第5章_水资源规划与利用

1、第五章水能计算及水电站在电力系统中的运行方式目录1水能计算的目的与内容2水能计算主要方法3电力系统及其容量组成4水电站运行方式5.1 水能计算的目的与内容水能计算任务o水能计算是确定水电站的动能指标的计算, 包括水电站的出力与发电量，以便选择水电站的主要参数及其在电力系统中的运行方式等的重要手段。主要任务：o确定水电站的动能指标，包括保证出力、多年平均发电量和装机容量。o配合水工和机电设计，确定水电站的正常蓄水位、死水位及水电站的主机设备等。o对水电站的经济效益进行计算和分析。水电站保证出力天然水流出力：N天=9.81Q天H水能：E天=9.81Q天HT水电站在计算时段内平均出力：N水 = 9.

2、81h水QHh水 =h机h电h传H = Z上- Z下- (DH+ h) = Z上- Z下- DH引水电站保证出力o水电站保证出力是水电站在长期工作中， 枯水期所能发出相应于设计保证率的平均出力。计算方法：长系列法、代表年法t水电站的发电量水电站在t1，t2时间内，因出力随系统负荷要求， 天然来水的变化及综合用水的变化而不同，故发电量：E水 =N水dt2t1实际计算时常采用下列简化式：t2 E 水 = t1N 水Dt水电站多年平均年发电量o水电站多年平均年发电量多年平均年发电量指水电站在多年工作时期内，平均每年所能生产的电能量。计算方法有详算法和简化法。详算法：在Z兴，V兴，N保已定的情况下，对

3、长系列水文年份进行计算，取其平均值。简化法：在规划阶段，进行方案比较时，精度要求不高，可采用简化法选代表年进行计算，设计代表年的选择又可分为设计中水年法和 年法。水能计算所需的基本资料水库特性曲线水文资料系统负荷资料综合利用要求5.2 水能计算的基本方程和主要方法水能计算o水库运用过程水库水位，用水流量，弃水流量随时间变化情况。水库操作方式：定流量操作：设各时段的调节流量为已知值。定出力操作：专对发电调节而言，即按照预定的出力值调节径流。等流量调节方式引供水期水电站的引用流量Q/兴Q= W供 + VT引供式中：W供供水期天然来水量m3或（m3/s）月；V兴水库兴利库容m3或（m3/s）月； T

4、供供水期历时（s或月）。等流量调节方式引设计枯水年蓄水期水电站的引用流量Q/Q= W蓄 - V兴T引蓄式中：W蓄蓄水期天然来水量m3或（m3/s）月；T蓄蓄水期历时（s或月）。由Z蓄和 Z死，查库容曲线得兴利库容V兴。确定供水期及其引用流量。确定蓄水期及其引用流量。利用水量平衡方程计算时段初蓄水量V初。由时段平均蓄水量查库容曲线，求上游平均水位Z上。由引用流量，查水位流量关系曲线，求下游水位Z下。计算平均净水头H=Z上-Z下-H。计算时段出力Ni=KQH。计算水电站总出力和发电量。等出力调节方式o第1种水库运用过程：是供水期初V兴蓄满， 算至供水期末；蓄水期初V兴放空，算至蓄水期末。结果表明按

5、定出力运行，水库在各种来水情况下实际蓄放水过程。o第2种水库运用过程：是自供水期末V兴放空为起算点，自蓄水期末V兴蓄满为起算点分别逆时序算至起点。结果表明水电站按定出力运行且保证V兴在供水期末正好放空，蓄水期末蓄满的条件下，各种来水年份各月水库须具有的蓄水量。计算步骤：先假设时段出力为N0，计算精度为，从供水起初正常蓄水位开始顺时序计算；假设时段水电站引用流量为Q引（也可以先假定水头H）；由水量平衡方程，计算时段末库容V末；计算时段平均库容为（V初+V末）/2，查库容曲线得出水电站上游平均水位Z上；由Q引查水电站下游水位流量关系曲线得到水电站下游水位Z下；计算时段平均净水头，即H=Z上-Z下-

6、H；计算误差B=ABS（N0/KH-Q）。若B，则令Q/引=（N0/KH+Q）/2，替代上一次的引用流量Q引，返回步骤；若B，该时段计算结束，继续下一时段已知出力的计算；经过以上逐时段演算至供水期末，若期末水位降至死水位，则计算结束；否则，若期末水位高于死水位，说明假定出力太小，应加大出力N0，若期末水位低于死水位，说明假定出力太大，应减少出力N0， 返回步骤进行下一轮迭代计算。5.3 电力系统及其容量组成电力系统及其户1、电力系统电力系统或电网：在各电站之间及电站与用户之间用输电线连结成的一个整体。2、电力用户工业用电：农业用电：市政用电：交通运输用电：电力系统负荷图o电力系统负荷在任何瞬时

7、内要求电力系统供应的电力，称为电力系统负荷。o电力负荷图表示电力负荷随时间的变化过程的图形。表示负荷在一昼夜内变化过程的图形，成为日负荷图；表示负荷在一年内变化过程的图形，成为年负荷图。日负荷图分区及负荷图指数特征值:日最大负荷N/、日平均负荷及日最小负荷N/日用电量E日:日负荷图所包围的面积，它与日平均负荷的关系日为 E=24N分区基荷：在N/以下的部分，全日24小时均均匀 ；腰荷：N/与 N的部分，部分时间变动，部分恒定；峰荷：N以上至N/之间的部分，一天日负荷图内不断变化。日负荷图分区及负荷图指数o日负荷图指数：大表示基荷占负荷图的比重大， 也就是各用户用电情况稳定；a = N / No

8、日最小负荷率：越小，表示负荷图中高峰与低谷差别大，日负荷越不均匀；b = N/ No平均负荷率：越大，表示日负荷的变化小，相反越小，表示负荷越不均匀。g= N / N 日电能累积曲线年负荷图年负荷图（a）月最大负荷曲线；（b）月平均负荷曲线电力系统的容量组成电力系统总装机容量N系装=N火装+N水装+N核装+N抽装+N潮装电力系统的工作容量、备用容量及重复容量o最大工作容量N/工-担任系统最大负荷的容量，电网为满足最大负荷的需要而装设，等于最大年负荷图上的最大负荷值。o备用容量N备-当其它工作机组发生故障、停机检修时备用的容量。负荷备用容量N负备：事故备用容量N事备：检修备用容量N检：电力系统的

9、容量组成o必须容量N必：最大工作容量和备用容量之和，是正常供电必不可少的容量。o重复容量N重：弃水多的水电站，在必须容量外加装额外容量利用弃水生产额外电能以节省煤耗。系工系备系重系统总装机容量N系装= N/+N+N上述各种容量关系可用下式表示：N装=N必+N季（重）工=N/+N备+ N季（重）工=N/+N负备+ N事备+ N检备+N季（重）各类电站的工作特性电力系统空闲容量及受阻容量空闲容量N空：受阻容量N阻：从运行的容量平衡观点看N系装也可以下式表示：N系装=N/工+N备+N空+N阻各类电站的工作特性水电站工作特性：出力多变起动迅速不消耗燃料具有综合利用任务的水电站，其工作方式受其他部门用水

10、的影响。各类电站的工作特性燃气轮机火电站的工作特性出力稳定成本高火电站工作的“惰性”大，不宜担任峰荷。火电站机组启动比较费时。各类电站的工作特性核电站的主要工作特性需要持续不断的以额定出力工作，总是承担基荷部分，全部运行时间内约有5-15%时间计划或事故停堆，故需较大的备用容量。抽水蓄能电站的工作特性日调节抽水蓄能电站系吸收夜间系统低落处的多余电能抽水，使系统中其他电站如火电站、核电站等处在最有利工况下运行，从而节省煤耗，节省运行费。而季调节抽水蓄能电站利用汛期多余的电能抽水，充分利用水能，改善电站运行条件。蓄能机组对负荷急剧变化的适应性甚好，故最适宜于担任日负荷图的尖峰部分。由于抽水蓄能电站

11、运行的高度灵活性与可靠性，它可代替水电机组担任事故备用，使火电机组不必处于旋转备用或热备用状态，从而减少煤耗。可逆式机组也适宜于作为负荷备用来调整周波。离负荷中心较近的抽水蓄能电站也可多带无功负荷， 对系统起调相作用。5.4 水电站在电力系统中的运行方式无调节水电站在电力系统中的运行方式无调节水电站的一般工作特性运行特征：任何时刻的电站出力主要决定于河中天然流量的大小，枯水期天然流量变化不大，故应担任日负荷图的基荷部分，洪水期流量增加仍宜担任基荷， 只有当天然出力大于系统最小负荷N时，才担任基荷和部分腰荷，且有弃水。丰水期在日负荷图上的工作位置设计枯水年在系统中的工作情况丰水年在系统中的工作情

12、况无调节水电站在不同水文年的运行方式设计枯水年：枯水期以最大工作容量或更大些出力运行和其他电站联合运行，洪水期即使以全部装机运行仍有弃水。丰水年：可能全年内天然水流出力均大于N装，因而水电站全年均以装机容量运行，尚有弃水，汛期更多。日调节水电站在电力系统中的运行方式日调节水电站一般工作特性日调节对电力系统有三方面效益：日调节枯水期担任峰荷，火电站基荷出力均匀，效率高，节省煤耗，成本低；日调节水电站的工作容量比无调节大，可更多的替代火电容量，因水电投资少，故有利；洪水期全部装机由峰荷逐步转到基荷，减少火电煤耗，降低运行费。日调节水电站在电力系统中的运行方式日调节水电站在电力系统中的运行方式日调节

13、水电站在不同年份的运行方式设计枯水年枯水期： 洪水期：丰水年日调节水电站在电力系统中的运行方式（三）日调节水电站汛期工作位置确定：已知：N水装，E水日作辅助曲线E将电能累积曲线向左平移，距离为E水日；做辅助曲线N将电能累积曲线向上平移，距离为N水装；N，E二线相交于a点，自a向下画垂线交电能累积曲线于b点；自a，b向左画平行线与日负荷曲线相交，即工作位置。随着天然来水的进一步加大，E日加大，与N交于c点 时，担任基荷。年调节水电站在电力系统中的运行方式年调节水电站的一般工作特性年调节水电站设计枯水年的运行方式供水期：蓄水期：弃水期：不蓄不供期：年调节水库各时期的工作情况年调节水电站设计枯水年在

14、1天然流量过程线；2调节流量过程线；年负荷图上的工作位置3蓄水量；4弃水量年调节水电站在电力系统中的运行方式年调节水电站丰水年的运行方式供水期： 洪水期： 弃水期：年调节水电站丰水年在年负荷图上的工作位置多年调节水电站一般年份在电力系统中的运行方式特点：多年调节一般都进行年、日调节。时段划分：一般年份内只有供水期与蓄水期两个时期，水库只有在连续丰水年才能蓄满，并可能发生弃水， 只有在连续枯水年水库才放空到死水位。工作位置：应经常按保证出力图工作，为了使火电站机组能在洪水期或电力系统负荷低时进行计划检修，在此时期，水电站需适当增加出力以替代火电站检修的出力。无调节水电站保证出力保证出力计算原理：

15、设计保证率采用历时保证率计算，即用实测的全部日平均流量，计算并绘制保证率曲线。设计保证流量从该曲线上查出相应于设计保证率的日平均流量作为保证流量Q保。计算步骤由Q保查当时相应的日平均上、下游水位，其差值即为平均水头，然后由下式计算N保 ：N保 = 9.81h水Q保H年调节水电站保证出力保证出力计算原理：长系列法对所有年份的水文资料进行径流调节（等流量、等出力），按N水=9.81水Q调H供计算每年供水期的平均出力，然后，按从大到小次序排列，计算并绘制平均出力保证率曲线，由曲线上查相应设计保证率P设时的出力，即为N保。保证出力计算原理：设计枯水年法设计代表年按设计保证率选择实际年份，其年内分配较危

16、险的，要对水量加以修正。进行径流调节求得Q调、H供，水假定为常数， 则N保=9.81水Q调H供（KW）如供水期采用等流量调节，则Q 调 =V兴 + W供T供N保 = V兴9.81h水+ W供 H供T供多年调节水电站保证出力保证出力计算原理：计算步骤多年调节兴利库容已定的情况下求N保先选择设计枯水系列；求出该设计枯水系列的净天然来水量W枯Q= V兴 + W枯T调枯N保 = 9.81h水Q保H水电站多年平均发电量多年平均发电量计算原理： 计算方法有详算法和简化法。 详算法：在Z兴，V兴，N保已定的情况下，对长系列水文年份进行计算，取其平均值。 简化法：在规划阶段，进行方案比较时，精度要求不高，可采用简化法选代表年进行计算，设计代表年的选择又可分为设计中水年法和 年法。简化法多年平均发电量：设计中水年法（平水年）选出设计中水年，并决定其径流年内分配；所选设计中水年各月来水减去损失流量为净流量；按综合用水要求，列出各月用水量；年调节，多年调节需进行径流调节求Q和H；计算各月平均出力N保=9.81水Q保H，如N水N装，则以N装为平均出力； N水730为日发电量，