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摘要：文章就黑河流域梯级水电站联合调度及水库优化运行相关技术问题进行探讨，系统地对黑河流域梯级水电站的联合调度运行模式、水库优化运行等问题进行了分析，根据上游不同来水量，对龙首一、二级电站库水位进行联合控制，尤其在拦洪蓄尾，减少弃水方面取得了一定的经验，提高了两级电站发电量，增加了经济效益。
关键词：水库；优化调度；运行
中图分类号：TV741 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-09-0247-2
0前言
根据国内外电站运行经验，水库优化调度与常规调度相比，可增加3-7%的效益。同一河流上，往往有许多水电站形成水电站水库群，实行水电站的联合优化调度，可起到库容补偿或电力补偿，在几乎不增加额外投资的情况下，就可获得比单库优化调度更显著的经济效益。因此，开展联合调度及梯级水电站的优化调度意义重大。
1 龙首一、二级电站简介
龙首一级水电站位于甘肃省张掖市西南约30Km在黑河干流上，是黑河流域规划的第八座水电站。该电站是一座压力钢管引水式电站，坝高80m，设计库容1320万m3，装机容量59Mw，设计年发电量1.98亿Kwh。
龙首二级（西流水）水电站位于甘肃省张掖市肃南裕固族自治县境内、黑河大峡谷西流水至榆木构河段，是黑河流域规划的第七座水电站。该电站是一座压力隧洞引水式电站，坝高146.5m，设计库容8620万m3，装机容量157Mw，设计年发电量5.28亿Kwh。
2 龙首一、二级电站联合调度系统情况介绍
如今的水电厂自动化系统已经成为一个集计算机、控制、通信、网络、电力电子为一体的综合系统。且已不仅只完成对单个电厂，还要实现对梯级、流域、甚至跨流域的水电厂群的自动经济运行和安全监控。
为减员增效、为提高厂内及水库优化调度水平，增加经济效益，2006年初龙首一、二级电站联合调度系统改造项目正式开始实施，2006年1月改造、调试成功， 2006年3月中旬正式开始联合调度，至今已安全、可靠运行4年。龙首一、二级设备监控系统上位机操作统一由龙首一级电站值长负责。龙首二级水电站设备操作正常顺序为：一级电站联调操作员站、二级电站操作员站、二级电站现地操作。对二级（西流水）水电站设备操作以一级电站中控室联调监控系统计算机为主。当联调设备出现问题时或一些特殊情况下由值长下令二级电站中控室主值班员进行操作。
3 龙首一、二级电站水库优化运行情况介绍
3.1管理模式
发电运行部为龙首一、二级水电站联合调度优化运行的主要责任部门，经营管理部代表公司实施监督和考核工作。在水库优化运行调度各项工作中坚持“安全第一，发电服从于防汛，科学合理规避风险”的思想，严肃认真的贯彻执行各项规程制度，团结协作的工作作风。在水库的优化调度上，采取了科学、切实可行的措施逐步落实管理责任，严肃防汛度汛纪律，在确保两级电站安全的前提下，不盲目承担风险、面对困难不退缩。
每年年初制定下发《龙首一、二级水电站水库优化运行预案》，对本年度水库优化运行的要求、原则、具体措施、调度方式、调度权限等进行了详细的规定，并制定下发了《班电量考核实施办法》，将各项水库优化调度指标细化、分解到班组、个人，做到责任明晰，落实到位。成立水情预测调度小组，对黑河上游中、短期水情进行预测，建立起了水量预测管理及水库调度系统，科学的地进行水库调度，最大限度地利用黑河来水，创造最佳经济效益。
3.2 运行方式
由于黑河径流年内分布很不均匀，年径流量的68.2%集中在6-9月份的主汛期，所以这一时期也是龙首一、二级水电站抢发电量的关键时期，为了提高这一时期的水能利用率，我们采取了预泄调度方式，充分利用龙首二级的有效调节库容，通过分析流域气象水文信息，提前预测洪水，并加大机组过水流量，降低库区水位（汛限水位由1917m最低可降至1908.0m），最多可拦蓄洪水近2000万m3，龙首一、二级水电站可增发电近1000万kwh。
在每年的10月份至来年5月份，黑河来水较小，一般不会造成弃水，在这一时期，我们抬高坝前水位运行（1918-1920m），增加发电水头，以降低发电耗水率，增加发电量。
由于龙首一级水电站无调节库容，同时龙首一级水电站机组最大过流量与龙首二级水电站机组最大过流量相当，所以龙首二级水电站的调度方式不会造成龙首一级水电站多弃水，龙首一级水电站采用“来多少水、放多少水”的调度方式。
4 龙首一、二级梯级水库径流预测
4.1 年径流预测
4.1.1 预测依据 每年汛前，安排专人对黑河的来流情况进行分析研究，并和地方水文、气象部门进行联系、沟通，预测掌握未来一年流域的气象信息，根据气象信息绘制流域水情曲线表。根据历史洪水的重现期计算确定本年度洪水量级。
4.1.2 预测计算过程 通过对流域水文资料的分析和设计洪水计算成果来确定本年度洪水频率，首先在大的方面根据气象资料确定为枯水年（P＞50%）、平水年（P=50%）或丰水年（P＜50%），一般在水文系列中，丰水年出现的机会往往要比枯水年出现的机会少，这一点在计算过程中进行了考虑。然后根据流域长时期的水文资料洪水重现期确定本年度预报洪水频率。
4.2 月径流预测
根据计算预测的年径流洪水频率预测各月平均流量。
在实际运行过程中，在每月月末根据本月实际来水情况和气象部门有关近期的天气预报情况对下个月的雨情、水情进行预测，并对年度预测数据进行修正，在每月上、中、下旬对流量进行实时进行预报，以确保预报的准确性。
4.3 日径流预测
日径流量根据水文局上游水文站测报流量、龙首一、二级电站水库水情自动测报系统的实时测报数据、区间流域的降雨情况以及上游水电站水库调蓄情况进行实时预测。日径流预测准确率可达90%以上。
5 水情预报、水情测报信息采集、传输及兴利、防洪调度
5.1 水情预报
黑河流域的中长期水情预报目前采取单要素预报方法-历史演变法，主要是利用流量这一水文要素本身的历史演变规律来预报流量本身的数值。但是由于影响水文要素未来可能出现情况的因素的复杂性，一个要素的前期变化的情况对未来只能提供部分信息，因此，这种预报方法有一定局限性，预报结果也是不完全的。在实际工作中，主要根据历史演变曲线的外形特征来分析它们的历史变化规律。这些规律大体上可以归纳为以下几种：（1）持续性；（2）相似性；（3）周期性；（4）最小可能性和最大可能性；（5）转折点。
分析与预报可以分为以下几个步骤：（1）整理记录；（2）分析主要规律；（3）做出初步预报值；（4）校核预报值。
对于黑河流域的水情预报目前主要以中短期预报为主，尤其是短期预报，着眼于预报正在发生或出现的水文现象。这种预报为防汛调度利用水利资源服务，往往需要得出未来水文现象逐日逐时的变化，目前中期预报采取的预报主要以分析上游近期天气变化情况以及当时的实测资料，采取成因分析的途径来作预报。对于短期预报，主要结合上游水文站每日8时的测报流量以及水情遥测信息判断上游是否出现洪水过程，就可以应用河段的水量平衡原理及水流在河段中的运动规律，制定出将上游流量演进为入库流量的计算公式或图表，作为预报入库流量过程的方案。目前利用这种方案预报的准确率较高，但是由于预报时间只提前了8-10小时，所以在做短期预报的同时还要结合中长期预报成果，这样才能使预报工作真正成为电站防洪兴利工作的参谋。
5.2 水情测报信息采集、传输
2006年龙首一、二级水电站在黑河上游建立了水情遥测系统，该系统包括四个水情测报站和一个水情中心站，四个测站分别位于黑河上游的东西岔的扎玛什克、祁连以及东西汇流点的黄藏寺和下游小孤山测报站点。该系统采用卫星无线通信手段实现上游测站水位数据的自动采集，传输和处理，进而做出洪水预报及水库优化调度的高技术水情自动化系统。水情自动测报系统的建立弥补了上游水文站人工水情数据收集的不足和不及时：（1）水情自动测报数据传输准确及时，在调度中心站内可随时了解各站的水文数据，为预报调度提供可靠的第一手资料。（2）洪水预报和优化调度联机运行，使所需时间缩短，预报精度提高。（3）增长了预见期，使调度决策更加趋于合理。通过3个汛期的运行，我们在08年底绘制了各站水位-流量曲线图，2009年汛期根据来水对数据的累积和曲线图进行修正。可以保证水情遥测系统能为两级电站的防洪、兴利发电发挥更大的作用。
6龙首一、二级梯级水库联合调度优化运行
6.1 中长期联合调度优化运行
龙首一、二级水库相距仅为14km，区间无汇流（局部暴雨例外），并且龙首一级无调节能力，所以在联合调度工作中主要以龙首二级的水库调度为主。龙首二级水库为日调节水库，在一般情况下只根据逐日来水尽量发电，这对水库中、长期水量调度没有大的影响，因此，龙首一、二级水库中长期联合优化调度主要问题是发电水头的问题，一般以季度或年为区间控制发电水头，即发电耗水率来提高发电量。中长期水库优化调度主要是在入库流量小于机组最大过流的情况下，抬高库区水位，以提高发电水头，减小机组耗水率，增加发电量。一般在非汛期和次汛期以这种调度进行。
6.2 短期联合调度优化运行
黑河年来水比较集中，洪水一般持续时间较短，洪峰消落较快，因此能抓住这短暂的来水机会多发电，提高水能利用率，成为短期联合调度优化运行的主要任务。针对黑河来流的实际情况以及龙首一、二级的调洪能力，在6-9月份的主汛期，我们采取了预泄调度，在龙首二级水库来流较少时，加大机组过流发电，保持水库水位在一个相对经济的水位，当预测三天之后上游来水增大时机组立即满发降水位，待洪水来到时可以有效的进行拦蓄发电，洪水减小时再将水位降至经济运行水位等待下一次洪水的来临。通过2007-2009年主汛期的实际操作运行，这种调度方式使龙首一、二级水电站水能利用率有了显著的提高，可以最大限度的拦蓄洪水进行发电，3年龙首一、二级电站累计可增发电量近9000万kwh，为完成电站年度经营指标起到了很大作用。
6.3 防洪、兴利调度
由于龙首一级电站库容小没有防洪库容，只有龙首二级有防洪库容。所以在梯级调度中主要以龙首二级电站的防洪、兴利发电调度为主。具体调度的原则是：（1）根据上游区间预报来水情况，确定承担防洪任务的蓄泄流量。（2）考虑龙首二级水电站的滞洪作用，根据与防洪测报站之间的区间洪水进行调度。为了保证下游重点防护对象的安全，当预报发生误差和上游放水偏大时，可视雨情允许临时利用保坝的防洪库容为下游错峰。（3）当梯级洪水超过龙首一级水电站防洪标准时，如果承担防洪的龙首二级水电站水位低于设计保坝防洪水位时，可允许继续为下游承担防洪，否则不再考虑为下游防洪。
参考文献
[1] 陈洋波，陈安勇.水库优化调度：理论方法、应用[M].武汉：湖北科学技术出版社，1996.
[2] 陈洋波.动态规划法确定陆水水库确定性优化调度规律. 系统工程理论与决策(第四卷)[M].武汉：湖北科学技术出版社，1996.
[3] 张勇传.水电站优化调度[M].北京：水利电力出版社，1983.
[4] 魏权，等.数学规划与优化调度[M].北京：水利电力出版社，1984.
作者简介：宋通林(1978-),男，就职于甘肃电投河西水电开发有限责任公司，助理工程师，研究方向：电站的生产技术和安全监督管理。
关键词：水库；优化调度；运行
中图分类号：TV741 文献标识码：A 文章编号：1674-0432（2010）-09-0247-2
0前言
根据国内外电站运行经验，水库优化调度与常规调度相比，可增加3-7%的效益。同一河流上，往往有许多水电站形成水电站水库群，实行水电站的联合优化调度，可起到库容补偿或电力补偿，在几乎不增加额外投资的情况下，就可获得比单库优化调度更显著的经济效益。因此，开展联合调度及梯级水电站的优化调度意义重大。
1 龙首一、二级电站简介
龙首一级水电站位于甘肃省张掖市西南约30Km在黑河干流上，是黑河流域规划的第八座水电站。该电站是一座压力钢管引水式电站，坝高80m，设计库容1320万m3，装机容量59Mw，设计年发电量1.98亿Kwh。
龙首二级（西流水）水电站位于甘肃省张掖市肃南裕固族自治县境内、黑河大峡谷西流水至榆木构河段，是黑河流域规划的第七座水电站。该电站是一座压力隧洞引水式电站，坝高146.5m，设计库容8620万m3，装机容量157Mw，设计年发电量5.28亿Kwh。
2 龙首一、二级电站联合调度系统情况介绍
如今的水电厂自动化系统已经成为一个集计算机、控制、通信、网络、电力电子为一体的综合系统。且已不仅只完成对单个电厂，还要实现对梯级、流域、甚至跨流域的水电厂群的自动经济运行和安全监控。
为减员增效、为提高厂内及水库优化调度水平，增加经济效益，2006年初龙首一、二级电站联合调度系统改造项目正式开始实施，2006年1月改造、调试成功， 2006年3月中旬正式开始联合调度，至今已安全、可靠运行4年。龙首一、二级设备监控系统上位机操作统一由龙首一级电站值长负责。龙首二级水电站设备操作正常顺序为：一级电站联调操作员站、二级电站操作员站、二级电站现地操作。对二级（西流水）水电站设备操作以一级电站中控室联调监控系统计算机为主。当联调设备出现问题时或一些特殊情况下由值长下令二级电站中控室主值班员进行操作。
3 龙首一、二级电站水库优化运行情况介绍
3.1管理模式
发电运行部为龙首一、二级水电站联合调度优化运行的主要责任部门，经营管理部代表公司实施监督和考核工作。在水库优化运行调度各项工作中坚持“安全第一，发电服从于防汛，科学合理规避风险”的思想，严肃认真的贯彻执行各项规程制度，团结协作的工作作风。在水库的优化调度上，采取了科学、切实可行的措施逐步落实管理责任，严肃防汛度汛纪律，在确保两级电站安全的前提下，不盲目承担风险、面对困难不退缩。
每年年初制定下发《龙首一、二级水电站水库优化运行预案》，对本年度水库优化运行的要求、原则、具体措施、调度方式、调度权限等进行了详细的规定，并制定下发了《班电量考核实施办法》，将各项水库优化调度指标细化、分解到班组、个人，做到责任明晰，落实到位。成立水情预测调度小组，对黑河上游中、短期水情进行预测，建立起了水量预测管理及水库调度系统，科学的地进行水库调度，最大限度地利用黑河来水，创造最佳经济效益。
3.2 运行方式
由于黑河径流年内分布很不均匀，年径流量的68.2%集中在6-9月份的主汛期，所以这一时期也是龙首一、二级水电站抢发电量的关键时期，为了提高这一时期的水能利用率，我们采取了预泄调度方式，充分利用龙首二级的有效调节库容，通过分析流域气象水文信息，提前预测洪水，并加大机组过水流量，降低库区水位（汛限水位由1917m最低可降至1908.0m），最多可拦蓄洪水近2000万m3，龙首一、二级水电站可增发电近1000万kwh。
在每年的10月份至来年5月份，黑河来水较小，一般不会造成弃水，在这一时期，我们抬高坝前水位运行（1918-1920m），增加发电水头，以降低发电耗水率，增加发电量。
由于龙首一级水电站无调节库容，同时龙首一级水电站机组最大过流量与龙首二级水电站机组最大过流量相当，所以龙首二级水电站的调度方式不会造成龙首一级水电站多弃水，龙首一级水电站采用“来多少水、放多少水”的调度方式。
4 龙首一、二级梯级水库径流预测
4.1 年径流预测
4.1.1 预测依据 每年汛前，安排专人对黑河的来流情况进行分析研究，并和地方水文、气象部门进行联系、沟通，预测掌握未来一年流域的气象信息，根据气象信息绘制流域水情曲线表。根据历史洪水的重现期计算确定本年度洪水量级。
4.1.2 预测计算过程 通过对流域水文资料的分析和设计洪水计算成果来确定本年度洪水频率，首先在大的方面根据气象资料确定为枯水年（P＞50%）、平水年（P=50%）或丰水年（P＜50%），一般在水文系列中，丰水年出现的机会往往要比枯水年出现的机会少，这一点在计算过程中进行了考虑。然后根据流域长时期的水文资料洪水重现期确定本年度预报洪水频率。
4.2 月径流预测
根据计算预测的年径流洪水频率预测各月平均流量。
在实际运行过程中，在每月月末根据本月实际来水情况和气象部门有关近期的天气预报情况对下个月的雨情、水情进行预测，并对年度预测数据进行修正，在每月上、中、下旬对流量进行实时进行预报，以确保预报的准确性。
4.3 日径流预测
日径流量根据水文局上游水文站测报流量、龙首一、二级电站水库水情自动测报系统的实时测报数据、区间流域的降雨情况以及上游水电站水库调蓄情况进行实时预测。日径流预测准确率可达90%以上。
5 水情预报、水情测报信息采集、传输及兴利、防洪调度
5.1 水情预报
黑河流域的中长期水情预报目前采取单要素预报方法-历史演变法，主要是利用流量这一水文要素本身的历史演变规律来预报流量本身的数值。但是由于影响水文要素未来可能出现情况的因素的复杂性，一个要素的前期变化的情况对未来只能提供部分信息，因此，这种预报方法有一定局限性，预报结果也是不完全的。在实际工作中，主要根据历史演变曲线的外形特征来分析它们的历史变化规律。这些规律大体上可以归纳为以下几种：（1）持续性；（2）相似性；（3）周期性；（4）最小可能性和最大可能性；（5）转折点。
分析与预报可以分为以下几个步骤：（1）整理记录；（2）分析主要规律；（3）做出初步预报值；（4）校核预报值。
对于黑河流域的水情预报目前主要以中短期预报为主，尤其是短期预报，着眼于预报正在发生或出现的水文现象。这种预报为防汛调度利用水利资源服务，往往需要得出未来水文现象逐日逐时的变化，目前中期预报采取的预报主要以分析上游近期天气变化情况以及当时的实测资料，采取成因分析的途径来作预报。对于短期预报，主要结合上游水文站每日8时的测报流量以及水情遥测信息判断上游是否出现洪水过程，就可以应用河段的水量平衡原理及水流在河段中的运动规律，制定出将上游流量演进为入库流量的计算公式或图表，作为预报入库流量过程的方案。目前利用这种方案预报的准确率较高，但是由于预报时间只提前了8-10小时，所以在做短期预报的同时还要结合中长期预报成果，这样才能使预报工作真正成为电站防洪兴利工作的参谋。
5.2 水情测报信息采集、传输
2006年龙首一、二级水电站在黑河上游建立了水情遥测系统，该系统包括四个水情测报站和一个水情中心站，四个测站分别位于黑河上游的东西岔的扎玛什克、祁连以及东西汇流点的黄藏寺和下游小孤山测报站点。该系统采用卫星无线通信手段实现上游测站水位数据的自动采集，传输和处理，进而做出洪水预报及水库优化调度的高技术水情自动化系统。水情自动测报系统的建立弥补了上游水文站人工水情数据收集的不足和不及时：（1）水情自动测报数据传输准确及时，在调度中心站内可随时了解各站的水文数据，为预报调度提供可靠的第一手资料。（2）洪水预报和优化调度联机运行，使所需时间缩短，预报精度提高。（3）增长了预见期，使调度决策更加趋于合理。通过3个汛期的运行，我们在08年底绘制了各站水位-流量曲线图，2009年汛期根据来水对数据的累积和曲线图进行修正。可以保证水情遥测系统能为两级电站的防洪、兴利发电发挥更大的作用。
6龙首一、二级梯级水库联合调度优化运行
6.1 中长期联合调度优化运行
龙首一、二级水库相距仅为14km，区间无汇流（局部暴雨例外），并且龙首一级无调节能力，所以在联合调度工作中主要以龙首二级的水库调度为主。龙首二级水库为日调节水库，在一般情况下只根据逐日来水尽量发电，这对水库中、长期水量调度没有大的影响，因此，龙首一、二级水库中长期联合优化调度主要问题是发电水头的问题，一般以季度或年为区间控制发电水头，即发电耗水率来提高发电量。中长期水库优化调度主要是在入库流量小于机组最大过流的情况下，抬高库区水位，以提高发电水头，减小机组耗水率，增加发电量。一般在非汛期和次汛期以这种调度进行。
6.2 短期联合调度优化运行
黑河年来水比较集中，洪水一般持续时间较短，洪峰消落较快，因此能抓住这短暂的来水机会多发电，提高水能利用率，成为短期联合调度优化运行的主要任务。针对黑河来流的实际情况以及龙首一、二级的调洪能力，在6-9月份的主汛期，我们采取了预泄调度，在龙首二级水库来流较少时，加大机组过流发电，保持水库水位在一个相对经济的水位，当预测三天之后上游来水增大时机组立即满发降水位，待洪水来到时可以有效的进行拦蓄发电，洪水减小时再将水位降至经济运行水位等待下一次洪水的来临。通过2007-2009年主汛期的实际操作运行，这种调度方式使龙首一、二级水电站水能利用率有了显著的提高，可以最大限度的拦蓄洪水进行发电，3年龙首一、二级电站累计可增发电量近9000万kwh，为完成电站年度经营指标起到了很大作用。
6.3 防洪、兴利调度
由于龙首一级电站库容小没有防洪库容，只有龙首二级有防洪库容。所以在梯级调度中主要以龙首二级电站的防洪、兴利发电调度为主。具体调度的原则是：（1）根据上游区间预报来水情况，确定承担防洪任务的蓄泄流量。（2）考虑龙首二级水电站的滞洪作用，根据与防洪测报站之间的区间洪水进行调度。为了保证下游重点防护对象的安全，当预报发生误差和上游放水偏大时，可视雨情允许临时利用保坝的防洪库容为下游错峰。（3）当梯级洪水超过龙首一级水电站防洪标准时，如果承担防洪的龙首二级水电站水位低于设计保坝防洪水位时，可允许继续为下游承担防洪，否则不再考虑为下游防洪。
参考文献
[1] 陈洋波，陈安勇.水库优化调度：理论方法、应用[M].武汉：湖北科学技术出版社，1996.
[2] 陈洋波.动态规划法确定陆水水库确定性优化调度规律. 系统工程理论与决策(第四卷)[M].武汉：湖北科学技术出版社，1996.
[3] 张勇传.水电站优化调度[M].北京：水利电力出版社，1983.
[4] 魏权，等.数学规划与优化调度[M].北京：水利电力出版社，1984.
作者简介：宋通林(1978-),男，就职于甘肃电投河西水电开发有限责任公司，助理工程师，研究方向：电站的生产技术和安全监督管理。