水電站運行調度
正文
合理安排水電站的運行方式和水庫的水位和水量調度，使水電站及其接入的電網得到最大可能的經濟效益。綜合利用的水電工程，其水庫運行調度需從整個國民經濟利益出發。發展概況 19世紀末葉水電站多為孤立的，或為某一用途如冶煉、造紙而建造，故其運行方式較單一。20世紀以來，建成一批大型水電站，並以高壓輸電線聯入電網。電網內電源構成多樣化，因而出現水火電站聯合運行。1960年以來，由於大電網調峰和調相的需要，由於核電發展和石油價格上漲，抽水蓄能電站得到迅速發展。它的運行方式比常規水電站更為複雜。從水電站運行調度的發展過程來看，已從單一電站的發電運行發展到發電、 抽水、 備用以及水庫綜合利用等多目標運行；從局部電網內少數水電站水庫發電調度，發展到大地區聯合電網內多座水電站水庫群補償調節。為此必須發展各種實時最佳化運行的自動化技術，並對水庫發電調度實行最佳化管理。
水電站運行方式的實時最佳化調度，現需發展各種可靠性高的自動控制、自動調節裝置，加強水電站的水情預報以及與外部的通訊聯繫，發展各種可程式序控制器，以提高水電站的自動化水平、調節品質和安全程度，逐步將最佳化過的調度命令，全盤自動化地實時付諸執行。西歐、美國、日本幾處新建的大型抽水蓄能電站，承擔大電網的調頻、調峰、調相、備用的多種任務。一天之內機組運行方式頻繁變化，同時要求達到很高的調節品質，通過完善各種自動化元件，達到全盤最佳化運行調度。
1946年法國人P.B.P.馬塞提出了水庫發電調度的最佳化概念。其後美國人R.貝爾曼的動態規劃理論被廣泛運用。隨著水文處理技術和計算機套用的發展，在制定最佳化水庫發電調度中，增加了參數──預報入流量 Q，即N=f(z,Q,t)並進行遞推計算,求得最優水位Z或最優出力N隨時間t的變化過程。在中國湖南柘溪水電站的非汛期最佳化發電調度中，採用了幾種實用的遞推計算方法，取得了較好的效果。此外，為了解決多水庫發電最佳化調度，曾研究了多種計算方法如微分動態規劃等，以加速計算的收斂。同時在實現水庫發電最佳化調度中，需結合各樞紐的具體情況，在滿足一定的約束條件下進行。應按照國民經濟效益最大的原則，而不宜局限於追求發電量最大。例如中國黃河上游梯級水庫的最佳化調度，做過許多有益的探索。自1983年實施最佳化調度以來，按照國民經濟效益最大的原則，統籌兼顧發電、灌溉要求，並根據實際徑流情況進行實時修正，獲得了梯級發電量較設計值增加2～5％和灌溉用水量增加的明顯效益。美國大古力水電站及水庫，除發電外亦負有灌溉任務，經過最佳化水庫發電調度後，較之運用多年的常規調度圖，能增加發電量1％。
運行方式 通常由電網調度決定，通過通訊系統指揮水電站按基荷運行（即比較穩定連續性地發電），或調峰運行（按負荷變動或間歇性地發電），或調相運行(只發無功功率)，或作電網的備用。對於抽水蓄能電站還需安排作抽水方式運行，以利用電網剩餘的電力。通過合理安排電網內各類電站的運行方式，特別是起主導作用的水電站和蓄能電站的運行方式，可以降低全網的生產費用。
運行方式的選擇 水電站的運行方式可按電站的本身特點選定。具有調蓄水庫和優良水道參數並靠近電網負荷中心的水電站，都被指定作電網的調峰電站。徑流式水電站或缺乏調蓄庫容的電站都被指定為基荷電站。按水文情況來選定時，水電站在汛期需按基荷運行，儘量少棄水，到枯水期改為按調峰運行。短期（日）運行方式一般是在已確定的日平均出力 N（或日發電量）下，安排電站的瞬時出力和機組的開停及負荷分配，因而短期運行方式需立足在中、長期水庫發電調度的基礎上。
運行方式的最佳化 運行方式是電網調度的組成部分。它的最佳化涉及網內各類電站的特性，包括火電站的機、爐特性,水電站機組動力特性,以及輸電網損耗特性。目前在電網日調度中對於各類機組的實時出力安排，多採用“等微增率”為準則，並結合電網可靠性方面的要求；對水電站內機組的開停和負荷分配，逐步向全盤自動化方向發展。由於電網負荷是隨機變化的，故須進行實時調度，以收到最佳化的實效。
日運行最佳化的常用準則是“等微增率”。其含義是在一天內任意時刻，電網內水電站費用微增率妧t與水電站耗水微增率妜t之間的比值，保持為一個常數λ。即：
分別為一天內任意時刻t1,t2…tn（或任意n個電網負荷情況）的網內火電站的費用微增率和水電站的耗水微增率。它們既取決於機組的特性，也隨出力而改變。它的檢測運算可由控制機組的微處理機來實時完成。但在過去長時期內，是取自機組特性資料庫，由人工來調用的。當一天或數天內的λ值確定後，目前已有條件通過一系列自動裝置來實現最佳化日運行方式的實時調度。最佳化日運行方式的實時調度是水電站自動化中的一項重要內容。隨著微型計算機的廣泛套用，現在傾向於採用分層分布處理的方式來組成站內的計算機自動控制系統(圖1)。 
水電站運行調度水庫調度 除發電調度外還需統籌兼顧防洪、灌溉、給水、航運、排沙、防凌等多個部門中一項或幾項要求（見水庫調度）。發電調度是旨在最佳化管理水庫的蓄泄能力和調節庫容。
單一水庫的發電調度 按照充分利用水庫的調蓄作用，最大可能地滿足國民經濟需要；或以電力系統效益最大為目標，進行水庫發電調度的最佳化。常見的水庫發電調度，分別按汛期和非汛期兩類水文情況，研究其最佳化的內容。
①汛期水庫發電調度需在滿足工程安全和上下游防洪的前提下進行。此時電站以基荷運行為主，通過最佳化調度，力爭多發電量，故在洪水期間，按準確預報的基礎，實行洪水來前加大發電，汛末適時回蓄。
②非汛期水庫發電調度一般按已確定的徑流制定調度圖。圖中規定水電站出力N與庫水位Z和時間 t兩個參變數的關係,即N=f(z,t)。通過一系列徑流調節計算,可以擬定出某個年調節水庫在一年內各個時段庫水位的過程線，稱為水庫調度圖（圖2）。
水電站運行調度水庫群發電調度和補償效益 水庫群發電調度需考慮有關梯級水電站和電網中的各個水電站進行可能的補償調節，使電網獲得最大可能的經濟效益。水庫群間的補償調節效益，在設計階段往往是不可忽視的。隨著電網的擴大，不同流域上的水電站水庫之間，常有水文補償效益。另外在有調蓄庫容的水電站和大批徑流式水電站之間，常有可觀的庫容補償效益。（見水庫群補償調節計算）
參考書目
華中工學院主編：《水電站經濟運行》，電力工業出版社，北京，1981。
張勇傳編著：《水電站水庫調度》，中國工業出版社，北京，1963。
