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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：水电站经济运行研究
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层 次： 专科起点本科
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指导教师：
完成日期： 2021 年9月11日
随着经济的快速发展，电力生产的供需矛盾也日见突出，如何充分发挥现有电站的潜能，在确保工程生产安全和运行可靠的前提下，使水电站（群）或电力系统取得尽可能大的效益，引起了发电企业的广泛关注，具有很深的研究意义。
简要说明了水电站（群）经济运行的任务、原则和存在问题，并针对充分利用水资源发电的多个调度方式和管理模式进行分析，研究总结各方式的优缺点、适用情况、原因、实施方式和改进措施等。文章最后以水电站（群）经济运行案例进行分析，对其实际的运行的调度方式、问题进行分析论述，结合原因分析，提出合理的解决措施和方法。
关键词：水电；经济运行；调度方式
目 录
引 言
我国的能源现状充裕，在能源蕴藏量位居世界前列，同时也是世界第二大能源生产国与消费国。但是我国能源应用上存在如下问题：
1. 我国能源利用均是以煤炭为主，可再生资源开发利用率非常的少。
2. 随着我国能源消费总额的不断增长，能源利用效率低。
3. 能源消费以国内供应为主，环境污染状况加剧，优质能源供应不足。
鉴于以上问题点，我国将优先发展水电作为我国能源发展的重要方针，同时在十一五规划提出在保护生态寄出上有序开发水电，实现水电开发的经济运行性。 水电系统已经成为社会最关键，最宽阔的支柱产业之一，由于水电能的开发、传递、使用的快捷以及多样性，水电能已经成为了必不可少的方面。如果更好的发展水电能运用，这就需要实现水电能系统即水电站(群)经济运行优化问题。既要实现可靠性又要实现经济性的要求。
可靠性是需要满足数量以及质量的需要，这就需要电力系统不间断的、安全的、可靠的向用户供电，即要满足一定时期内对于电力能量的符合要求。经济性是指电力系统在对用户供电的时候需要做到尽可能的经济以及便宜，从而对于水电站的开发比如设备上配备、购买、安装、运行以及维护就需要做到成本最低，从而降低运营的电力系统成本。重点是要降低发电成本，即在低燃料消耗低耗水量率提前下实现最大的电力输送。所以本文需要从水电站群存在的现有问题点出发，研发适合水电站群体自身的经济运行优化以及可持续化方案，实现水电站的机组运行进行优化，实现最优经济运行。
水电站厂内经济运行（也叫优化运行）是在满足电能生产的安全、可靠、优质的前提下，合理地组织调度电厂的发电生产设备，以获得尽可能大的经济效益。与此相适应的水电站运行方式，称为水电站经济运行方式，也可称最优运行方式。水电站厂内优化运行主要是研究水电站的出力平衡、流量平衡、水头平衡、水电站的动力特性、机组最优启停顺序、工作机组的台数、机组间负荷或流量的最佳匹配方式、机组的最合理调节程序和电能生产的质量控制问题。
从研究问题的空间范围来看，水电站经济运行可划分为厂内经济运行和厂间或电力系统经济运行。本论文课题主要研究水电站厂内经济运行，即根据电网调度给定的某一时段电站的出力，按照一定的计算方法，确定水电站中机组的开、停机次序和机组间负荷的最优分配，使运行机组都在高效率区域运行，从而使全厂的发电耗水量最小，来达到增加发电量的目的。 从研究问题的时间范围来看，水电站经济运行可划分为瞬时（小时）、短期（周、日）和长期经济运行。长期经济运行的任务是将一段较长时期（季、年、多年）内的有限输入能量分配到其中较短的时段内（月、周、日）；短期经济运行的任务是将以上长期经济运行所分配的输入能量在短期内的各更短时段（小时）间合理分配，确定出水电站逐日、逐小时的负荷分配和机组的运行状态。瞬时经济运行的任务是将在相应小时或时刻分配到水电站的负荷，再落实分配到各台机组。短期经济运行方式的制定对具有短期（日）调节性能以上的水电站都有现实意义。而长期经济运行方式的制定只对长期调节性能水库（季调节以上的水库）的水电站才有意义。为了充分发挥水电站的作用，最大限度的利用水能，以获得尽可能大的运行效益，应全面开展水电站的长期、短期经济运行方式及厂内的经济运行调度。
从研究问题的分析方法来看，国内外制定水电站厂内经济运行方式的方法有机组间负荷最优分配等微增率法、机组最优工作台数、组合及启停次序的耗量特性图解法、最优运行方式动态规划法以及机组最优启停组合和负荷最优经济分配的遗传算法等。
水电站厂内经济运行是一类典型的单目标优化问题，本文以水电站在给定发电负荷下耗流量最小作为最优化目标来探讨这一问题。它包含了两个子优化问题:机组负荷分配优化问题和机组组合优化问题。这两个问题都是以耗流量最小作为唯一的优化目标。其中，固定机组负荷分配问题要求根据水电站给定水头下的各台可供发电的机组出力与流量之间的特性曲线，得到这些机组在各种负荷下的机组所要承担的出力状况，并保证在这一负荷要求下，这种分配方案耗流量最少。由于在这个过程中，我们所依据的机组特性曲线是非线性的，因此这是一个非线性的优化问题。
1 水电站（群）经济运行任务和问题
1.1 水电站（群）经济运行的任务和基本原则
水电站经济运行中，水电站及其水库运行调度的基本原则就是，在保证电能生产的安全可靠、连续优质以及多目标综合利用的要求下，分清电与防洪及其它纵使利用任务之间的主次关系，统一调度，合理地、有效地、最大限度地利用水能，使水库综合效益尽可能最大。当工程安全与满足供电、上下游防洪及其它用水要求发生矛盾时，应当首先考虑工程安全；当供电的可靠性与经济性发生矛盾时，应当首先满足可靠性要求。
水电站经济运行的任务，一方面主要是在保证电力系统安全运行的前提下，以发电效益多少来衡量发电效益指标经济运行的好坏，它主要取决于上游河流一年来的河流径流情况的好坏，是不以人的意志为转移的年自然降雨为基础，从而决定河流上一年来水电站发电经济效益的主体方向；另一方面，水电站经济运行仍可通过人为控制其运行方式，研究水电站科学管理的优化技术和调度决策，以达到经济效益最大化的目标。水电站经济运行具体的任务，就是在不改变水库上游河流径流现状的情况下，通过人为控制水电站的运行方式，应用系统工程的理论和方法，以电子计算机为主要运算手段，结合水利调度经验，研究电力系统中水电站的运行方式，最终达到研究系统整体最优的目的。水电站经济运行研究方向，主要是以有水库库容及发电水能为控制对象，减少水库弃水量，提高水能利用效率，以达到水电站发电效益最大化为原则。
1.2 水电站（群）经济运行中的问题
目前水电站经济运行存在的问题很多，在我国已建成的水电站中，目前实现水电站经济运行功能的比重偏低，一方面，重建轻管的思想依然存在，另一方面其技术上的影响也比较关键。在水库调度研究中由于径流预报精度问题进展缓慢，导致总体无法投入实际应用。实测机组运行参数的仪器检测存在误差，电站的调度水能利用率不高，负荷的较难最优分配，调度优化方法的研究还需深入等，都严重制约了水电站经济运行功能的实施。
1.2.1 径流预报存在偏差
预报和调度是水电站(群)优化运行的核心。水电站的来水量取决于河流水文情况，这具有随机性质，因此，准确和可靠的预报信息直接关系和影响着调度决策，它们是调度成功的基础。径流量与水电站的蓄水量、水头、出力等变量间存在复杂的动态关联关系，尤其对于梯级水电站群，上下游间入库出库流量以及电力关系等关联较大，径流量的准确程度直接影响了电站运行的安全与效益。尽管国内外学者近年来对于水电站（群)的预报做了大量有益的探讨，但由于气象预报、检测方法和预报算法等都存在一定的误差，就解决实际问题仍存在较多障碍，预报精度还有进一步提高的空间。
1.2.2 经济运行优化方法
水电站水库(群)优化调度研究，是一个比较复杂的非线性优化问题，具有非线性、离散性等特点，大量研究表明，用优化调度方法思想指导水库调度可以取得巨大的经济效益。但是较多优化算法在约束条件、计算速度、收敛速度和存储量等方面尚有诸多问题，而水电站实际运行主要依赖其实时性，传统的优化算法会由于时段数、机组数、梯级电站数的增加而出现“维数灾”的问题，难以达到实时性要求。部分优化算法收敛困难，计算结果也缺乏比较调整，这些都会导致与原问题的偏差，还需积极探索更为有效可行的优化调度方法。
现存的中、小河流中，地区水文站站点布置数量不足，或不合理，对河流中通过的雨量、水量径流特性数据采集能力有限，不能有效指导水电站水库科学调度。大部分小水电站虽然有水库，但运行方式很不完善，水量蓄泄关系带有很大的主观性，未经过严密的科学计算，很难掌握水库水量的蓄泄水量及时间关系，在防洪度汛过程中，容易为了降低每次洪水到来时所带来的风险及危害，采取过早提前泄洪措施，出现水库水位已降至死水位，机组因水头太低而处于长时间等待满负荷发电状态中，水能利用率低。
在水电站运行管理中存在如下问题点：
1. 水电站运行管理中规章制度欠完善：周所周知完善的管理制度是一个水电 站能够高效的安全的运营的必要条件。但是现在的状况远不能满足此要求，主要体现在如下几方面：员工工作环境不佳且缺乏良好的安全保护措施，且水电站原理城市，基本的生活保障远远无法满足，同时缺乏强而有力的管理制度进行约束，
