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【摘 要】如何在复杂的条件下应对电力市场的变化，使梯级水电效益最大化成为目前梯级水电站群亟需解决的问题，开展梯级水电站经济调度控制系统研究工作迫在眉睫。本文主要研究电网、电站和生态灌溉用水之间在电力、水力和水利之间的关系，立足于处理三者之间的矛盾，从满足电网安全运行、电站经济运行和满足灌溉用水需求等角度出发，着重研究与AGC高度融合，实现对流域梯级各水电站实时在线集中经济调度控制，为梯级电站控制集约化管理和安全、经济运行提供研究基础，充分发挥梯级电站的发电及其它各方的综合效益。
【关键词】梯级电站;经济调度;集中控制;系统研究
1 研究背景
新疆 YLKSH流域，全长296km，自上而下分别为S、T、J1、J2、N、W共6座水电站，S电站装机容量80MW，引水式电站，无调节能力，以发电为主，兼有河道生态基流任务;T电站类型同S电站一样;J1电站装机容量500MW，不完全多年调节电站，以发电为主，兼有灌溉和防洪任务;J2电站装机容量50MW，日调节水电站，以发电为主，兼有生态、灌溉任务;N电站装机容量240MW（4×60MW），设计发电量12.79亿千瓦时，位于KSH中游河段，为引水式电站，以发电为主，兼有灌溉、河道生态基流任务;W水电站装机容量180MW，季调节电站，兼有灌溉任务。
新疆区域电力市场供需矛盾较为突出，风电和光伏等新能源机组占据发电第一序列，在供给侧比重较大，汛期易占用水电送出通道;枯水期有调节能力水电调峰力度大，上下游电站水量不匹配，对梯级电站的经济运行造成一定影响。另新疆 YLKSH流域6座电站分布于该流域的上、中、下游，各电站调节性能不一;共22台机组，送出方式多样复杂;S、T电站属地调调管，J1、J2、N、W电站属省调调管，梯级电站调管级别不同。运行期间存在电站间负荷分配不均、上下级电站水量不平衡、灌溉用水与发电用水矛盾等问题，既无法满足水电经济运行的要求和灌溉用水的需求，更不利于电站及电网的安全运行。
如何在复杂的条件下应对电力市场的变化，使梯级水电综合效益最大化是今后梯级水电发展的一个趋势，梯级中小水电优化目标将由原来简单追求发电量最大向多目标发展，传统优化算法的改进和新型智能混合算法将不断被创新和应用。梯级水电的优化调度模型也将更注重厂内、外的联系，进行梯级水电站厂内、外的一体化调度，以期获得的优化结果能够更好指导电站的实际应用。
2 研究内容
梯级水电站集中经济调度控制系统功能按经济调度决策脑和AGC执行脑两层设计。决策脑负责梯级总负荷在各电站间的最优分配和梯级水位动态控制，主要考虑最优蓄放水次序、站间联合躲避振动区、避免负荷在站间大规模转移、电网送出分配、生态灌溉用水需求等因素;执行脑负责电站总负荷在投入AGC的所有机组间的最优分配，主要考虑机组躲避振动区、机组启停顺序、最短开停机时间、主辅机优化运行工况等因素。主要研究内容包括以下方面：
（1）针对KSH梯级水电站分布、库容、装机容量等特点，研究基于优化运行原则的梯级水电站经济调度模型;
（2）在保证电网和梯级水电站安全稳定运行的前提下，根据梯级水电站当前运行状况及电力系统负荷要求，与自动发电控制（AGC）协同，研究梯级电站在不同经济调度模型下的全自动实时在线分析控制系统;
（3）研究站内经济运行管理策略，机组关键运行参数如何与状态监测结合，自动分析诊断机组最优运行工况;
（4）研究经济调度决策脑如何与气象预测系统、生态灌溉用水需求实现联动，实现水资源的合理分配。
3 研究工作
（1）收集整理相关资料。分析梯级水电站厂内经济运行、梯级水电站优化调度、送出线路潮流分布、生态灌溉用水需求等现状，明确主要研究内容、拟采用的技术路线和创新点。
（2）梯级水电站经济调度模型研究。分析梯级电站的分布形式，并结合梯级电站优化调度的基本理论，以及龙头水库在梯级水电中的作用和梯级水电联合优化调度的特性，对梯级水电站联合优化调度以及水电站厂内经济运行的数学模型、目标函数和约束条件等进行详细研究，建立梯级水电站经济调度模型。
（3）水电站厂内经济运行研究。研究梯级电站机组特性，给定不同边界或约束条件，反复执行计算程序，计算不同组合情景下的实时机组调度最佳运行方式，形成指导梯级水库在不同限制条件下的发电运行方案。
（4）梯级水电站实时自动在线集中控制系统研究。将水电站厂内经济运行引入到梯级电站优化调度模型中，建立对应的一体化调度数学模型，协同自动发电控制系统（AGC），建立梯级水电站自动在线集中控制系统。
（5）实际生产应用研究，修正系统模型。根据梯级电站的运行特征，以理论研究为基础，对其进行简化求解，检验模型能否较好地反映电站的实际运行状况，求解思路和方法是否合理可行，求解结果是否可以指导梯级电站的生产实践，不妥地方修正。
4 創新点和难点
（1）通过经济调度系统建设，在确保电网安全运行的前提下，实现22台机组的统一调度，打破目前一站一调的传统调度模式。如何将该系统与电网调度系统相结合，层层设防，保障电网安全运行，是项目研究的难点和关键。
（2）结合梯级电站送出线路结构及各电站特点，利用经济调度系统分析电网潮流，自动在线调整梯级电站间负荷，充分利用中游J1水电站的不完全多年调节“龙头水库”性能，实现上游两座无调节引水式电站向下“借库发电”和下游N引水式电站向上“借库发电”。
（3）在水库优化调度理论的基础上，引入了水电站厂内参数，利用系统自动分析诊断功能，通过对机组各部位运行状态的分析，自动调整站内经济运行策略。目前通常为人工分析机组工况和站内经济运行管理，如何实现系统自动分析是项目研究的一个难点和创新点。
（4）利用经济调度系统与气象预报系统、生态灌溉用水需求的联动功能，根据降雨量和灌溉用水量的变化，在线自动调整梯级电站的发电用水量，实现灌溉用水动态精细化管理，达到水资源利用最大化。如何在数据关联等技术层面实现三个方面联动是项目研究的一个难点。
5 预期目标
主要预期目标如下：（1）保证电网和梯级水电站安全稳定运行;（2）梯级电站经济调度，上下游电站水量关系匹配，有效避免弃水，流域水资源重复利用最大化;（3）调度自动化程度提高，减少负荷调整时间，提高机组利用小时数;（5）减少人力时间的投入，提高工作效率，员工总结分析时间大幅度增加，有效提升员工综合能力;（6）智慧化经济调度，发电生产管理模式转变;（7）实现节能减排、优化水资源、确保生态灌溉用水等综合社会效益;（8）实现机组运行数据自动统计分析为机组智慧检修提供支撑。
6 结语
本文主要结合新疆 YLKSH流域梯级水电站的特性，从满足电网安全运行、电站经济运行和满足灌溉用水需求等角度出发，着重研究经济调度系统与发电控制系统（AGC）高度融合，探索了流域梯级各水电站的统一管理、统一调度和机组负荷集中控制分配的新型生产管理模式，充分发挥了梯级电站的发电及其它各方的综合效益，为梯级电站控制集约化管理和安全、经济运行提供了研究基础，并对我国各地的梯级水电站群开展实时在线联合优化调度工作起到了借鉴作用。
参考文献：
[1]陈石;梯级水电站水库联合优化调度研究与应用[J];中国新技术新产品;2011年14期。
[2]季林奎;探讨梯级联合优化调度在节水发电中的作用[A];中国水力发电工程学会信息化专委会2009年学术交流会论文集[C];2009年。
（作者单位：国家能源集团新疆吉林台水电开发有限公司）
【关键词】梯级电站;经济调度;集中控制;系统研究
1 研究背景
新疆 YLKSH流域，全长296km，自上而下分别为S、T、J1、J2、N、W共6座水电站，S电站装机容量80MW，引水式电站，无调节能力，以发电为主，兼有河道生态基流任务;T电站类型同S电站一样;J1电站装机容量500MW，不完全多年调节电站，以发电为主，兼有灌溉和防洪任务;J2电站装机容量50MW，日调节水电站，以发电为主，兼有生态、灌溉任务;N电站装机容量240MW（4×60MW），设计发电量12.79亿千瓦时，位于KSH中游河段，为引水式电站，以发电为主，兼有灌溉、河道生态基流任务;W水电站装机容量180MW，季调节电站，兼有灌溉任务。
新疆区域电力市场供需矛盾较为突出，风电和光伏等新能源机组占据发电第一序列，在供给侧比重较大，汛期易占用水电送出通道;枯水期有调节能力水电调峰力度大，上下游电站水量不匹配，对梯级电站的经济运行造成一定影响。另新疆 YLKSH流域6座电站分布于该流域的上、中、下游，各电站调节性能不一;共22台机组，送出方式多样复杂;S、T电站属地调调管，J1、J2、N、W电站属省调调管，梯级电站调管级别不同。运行期间存在电站间负荷分配不均、上下级电站水量不平衡、灌溉用水与发电用水矛盾等问题，既无法满足水电经济运行的要求和灌溉用水的需求，更不利于电站及电网的安全运行。
如何在复杂的条件下应对电力市场的变化，使梯级水电综合效益最大化是今后梯级水电发展的一个趋势，梯级中小水电优化目标将由原来简单追求发电量最大向多目标发展，传统优化算法的改进和新型智能混合算法将不断被创新和应用。梯级水电的优化调度模型也将更注重厂内、外的联系，进行梯级水电站厂内、外的一体化调度，以期获得的优化结果能够更好指导电站的实际应用。
2 研究内容
梯级水电站集中经济调度控制系统功能按经济调度决策脑和AGC执行脑两层设计。决策脑负责梯级总负荷在各电站间的最优分配和梯级水位动态控制，主要考虑最优蓄放水次序、站间联合躲避振动区、避免负荷在站间大规模转移、电网送出分配、生态灌溉用水需求等因素;执行脑负责电站总负荷在投入AGC的所有机组间的最优分配，主要考虑机组躲避振动区、机组启停顺序、最短开停机时间、主辅机优化运行工况等因素。主要研究内容包括以下方面：
（1）针对KSH梯级水电站分布、库容、装机容量等特点，研究基于优化运行原则的梯级水电站经济调度模型;
（2）在保证电网和梯级水电站安全稳定运行的前提下，根据梯级水电站当前运行状况及电力系统负荷要求，与自动发电控制（AGC）协同，研究梯级电站在不同经济调度模型下的全自动实时在线分析控制系统;
（3）研究站内经济运行管理策略，机组关键运行参数如何与状态监测结合，自动分析诊断机组最优运行工况;
（4）研究经济调度决策脑如何与气象预测系统、生态灌溉用水需求实现联动，实现水资源的合理分配。
3 研究工作
（1）收集整理相关资料。分析梯级水电站厂内经济运行、梯级水电站优化调度、送出线路潮流分布、生态灌溉用水需求等现状，明确主要研究内容、拟采用的技术路线和创新点。
（2）梯级水电站经济调度模型研究。分析梯级电站的分布形式，并结合梯级电站优化调度的基本理论，以及龙头水库在梯级水电中的作用和梯级水电联合优化调度的特性，对梯级水电站联合优化调度以及水电站厂内经济运行的数学模型、目标函数和约束条件等进行详细研究，建立梯级水电站经济调度模型。
（3）水电站厂内经济运行研究。研究梯级电站机组特性，给定不同边界或约束条件，反复执行计算程序，计算不同组合情景下的实时机组调度最佳运行方式，形成指导梯级水库在不同限制条件下的发电运行方案。
（4）梯级水电站实时自动在线集中控制系统研究。将水电站厂内经济运行引入到梯级电站优化调度模型中，建立对应的一体化调度数学模型，协同自动发电控制系统（AGC），建立梯级水电站自动在线集中控制系统。
（5）实际生产应用研究，修正系统模型。根据梯级电站的运行特征，以理论研究为基础，对其进行简化求解，检验模型能否较好地反映电站的实际运行状况，求解思路和方法是否合理可行，求解结果是否可以指导梯级电站的生产实践，不妥地方修正。
4 創新点和难点
（1）通过经济调度系统建设，在确保电网安全运行的前提下，实现22台机组的统一调度，打破目前一站一调的传统调度模式。如何将该系统与电网调度系统相结合，层层设防，保障电网安全运行，是项目研究的难点和关键。
（2）结合梯级电站送出线路结构及各电站特点，利用经济调度系统分析电网潮流，自动在线调整梯级电站间负荷，充分利用中游J1水电站的不完全多年调节“龙头水库”性能，实现上游两座无调节引水式电站向下“借库发电”和下游N引水式电站向上“借库发电”。
（3）在水库优化调度理论的基础上，引入了水电站厂内参数，利用系统自动分析诊断功能，通过对机组各部位运行状态的分析，自动调整站内经济运行策略。目前通常为人工分析机组工况和站内经济运行管理，如何实现系统自动分析是项目研究的一个难点和创新点。
（4）利用经济调度系统与气象预报系统、生态灌溉用水需求的联动功能，根据降雨量和灌溉用水量的变化，在线自动调整梯级电站的发电用水量，实现灌溉用水动态精细化管理，达到水资源利用最大化。如何在数据关联等技术层面实现三个方面联动是项目研究的一个难点。
5 预期目标
主要预期目标如下：（1）保证电网和梯级水电站安全稳定运行;（2）梯级电站经济调度，上下游电站水量关系匹配，有效避免弃水，流域水资源重复利用最大化;（3）调度自动化程度提高，减少负荷调整时间，提高机组利用小时数;（5）减少人力时间的投入，提高工作效率，员工总结分析时间大幅度增加，有效提升员工综合能力;（6）智慧化经济调度，发电生产管理模式转变;（7）实现节能减排、优化水资源、确保生态灌溉用水等综合社会效益;（8）实现机组运行数据自动统计分析为机组智慧检修提供支撑。
6 结语
本文主要结合新疆 YLKSH流域梯级水电站的特性，从满足电网安全运行、电站经济运行和满足灌溉用水需求等角度出发，着重研究经济调度系统与发电控制系统（AGC）高度融合，探索了流域梯级各水电站的统一管理、统一调度和机组负荷集中控制分配的新型生产管理模式，充分发挥了梯级电站的发电及其它各方的综合效益，为梯级电站控制集约化管理和安全、经济运行提供了研究基础，并对我国各地的梯级水电站群开展实时在线联合优化调度工作起到了借鉴作用。
参考文献：
[1]陈石;梯级水电站水库联合优化调度研究与应用[J];中国新技术新产品;2011年14期。
[2]季林奎;探讨梯级联合优化调度在节水发电中的作用[A];中国水力发电工程学会信息化专委会2009年学术交流会论文集[C];2009年。
（作者单位：国家能源集团新疆吉林台水电开发有限公司）