福建仙游抽水蓄能电站水库调度探讨

(福建仙游抽水蓄能有限公司，福建 仙游 351267)

水电站技术

福建仙游抽水蓄能电站水库调度探讨

邹仕鑫

(福建仙游抽水蓄能有限公司，福建 仙游 351267)

本文通过综合分析福建仙游抽水蓄能电站投入运行以来水库所处区域的气象情况、水库库容变化以及机组运行情况，得到电站所属上下库库容与雨量变化关系，探寻降雨量与机组运行的相关性，结合机组运行情况提前对水库水位进行合理控制，保证上下水库库容满足机组运行需要，并在遭遇大暴雨等恶劣天气时，提前计算得出库容变化及水位变幅，腾出库容应对极端情况，保证电站的生产安全及福建电网的调度需求。

抽水蓄能电站；调度；探讨

1 工程概况

福建仙游抽水蓄能电站(以下简称仙游电站)为周调节抽水蓄能电站。电站装机容量为1200MW(4×300MW)，枢纽系统由上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站及下水库等组成。

仙游电站所在地属于亚热带湿润季风候区，受海洋性气候影响，气候温暖湿润，全年几乎无霜，区域多年平均降雨量上水库为2014mm、下水库为1890mm。降雨主要集中在4—9月，占全年总雨量的80%。月平均以6月最大，达244.6mm，8月次之，为223.9mm。年平均降雨天数142.3天。根据流域气象要素特性知雨期蒸发量是降雨量的40%。

流域洪水由锋面雨及台风带来的暴雨形成，暴雨均发生在4—9月，以6—7月梅雨期最多。上水库库区位于西苑乡广桥村大济溪源头，为狭长带状的山间谷地，集雨面积仅4km2，多年平均流量0.16m3/s，最低月平均流量0.05m3/s。下水库库区位于木兰溪支流——溪口溪上，坝址以上集雨面积约17.40km2，其多年平均流量为0.63m3/s。

2 降雨量与库容变化关系分析

仙游电站水库库容变化主要包括三部分：一是降雨(扣除雨期蒸发量40%)所形成的径流入库，二是溢洪道泄洪出库，三是生态放水管泄流及水库渗漏、蒸发等其他原因出库。因仙游电站上下水库面积较小，且上库渗漏量仅为20L/s，下库渗漏量仅为10L/s左右，与泄洪道和生态放水管的泄量(m3/s)相比小很多，故本文不统计渗漏量及水面蒸发量等原因出库的影响。

抽水蓄能电站因电网调度运行的需要，或抽水运行，或发电运行，因此，上下库水位变化频繁，每日变化范围在10～15m之间，溢洪道闸门和生态放水管阀门开启后，受水位变化频繁的影响无法直接计算每日泄量，故本文通过绘制下泄流量随时间的变化曲线，再进行汇总计算得到溢洪道每日泄洪量，然后根据水位库容变化关系，通过每日水位变化计算得到每日水库库容变化，加上溢洪道和生态放水管的泄洪量补偿，就可以得到降雨量与水库库容的变化关系。

2.1 溢洪道每日泄洪量计算

根据文献[1]式(3-1-4)计算溢洪道闸孔出流流量：

Q=μ0enb(2gH0)0.5

(1)

式中Q——下泄流量，m3/s；

μ0——闸孔自由出流的流量系数；

e——闸门开启高度，m；

n——闸孔孔数；

b——每孔净宽，m；

g——重力加速度，取9.8m/s2；

H0——含行近流速的堰上水头，m。

溢洪道闸门为平板钢闸门，按文献[1]式(3-4-6)计算流量系数：

μ0=0.745-0.274(e/H)， 0.1<(e/H)<0.75

(2)

式中H——不含行近流速的堰上水头，m。

忽略行近流速水头的影响，令H=H0，将式(1)μ0由式(2)代替，得

Q=[0.745-0.274(e/H)]enb(2gH)0.5

(3)

式(3)中若堰上水头为固定值或变化很小，则下泄流量可以准确计算，根据泄流时间就可以较容易地计算出每日泄洪量。但由于抽水蓄能电站运行的特殊性，水库水位每日变化频繁，导致溢洪道下泄流量为一变化量，很难准确计算每日泄洪量，故本文根据每日水库水位变化的实时数据，绘制出堰上水头随时间的变化曲线，根据式(3)可得下泄流量随时间的变化曲线，再汇总计算即可得到溢洪道的每日泄洪量。

式(2)中μ0的应用范围为0.1<(e/H)<0.75，实际泄洪时因库水位为变化值，当库水位下降到较小时，往往e/H值会大于0.75或小于0.1，再综合考虑其他影响水流的因素，通过曲线汇总得出的泄洪量与实际泄洪值相比必然会有偏差，本文对两者的偏差进行了汇总统计(见表1)。

从表1数据可以发现，当溢洪道闸门开度在50cm附近时，由曲线汇总计算所得的泄洪量比实际泄洪值偏大25%左右；当溢洪道闸门开度在25cm附近时，由曲线汇总计算所得的泄洪量比实际泄洪值偏大40%左右。受下游河道行洪能力影响，溢洪道闸门开度自仙游电站投产以来未超过50cm，但根据表1数据推算，闸门开度越大，e/H不适用时的泄流量所占总泄流量的比例越小，两者相差也越小。

表1 实际泄洪值与曲线汇总值对比

注因数据较多，表中数据选取的为不同开度时的部分泄洪时段。

由此，对式(3)进行修正：

当闸门开度为50cm左右时Q=0.8[0.745-0.274(e/H)]enb(2gH)0.5

(4)

当闸门开度为25cm左右时Q=0.7[0.745-0.274(e/H)]enb(2gH)0.5

(5)

由此就可根据式(4)或式(5)比较精确地计算出溢洪道每日泄洪量，得到溢洪道每日泄洪量后，加上生态放水管泄量，即可得到每日仅受降雨影响的水库库容变化。

2.2 降雨量与水库库容变化关系分析

根据水文学中流域出口断面流量中推求单位线的倍比假定和叠加假定，采用历时较短的5次降雨所形成的单峰洪水推求电站所处流域的单位线，取单位线净雨量10mm、单位时间24h，推求出的单位线(见表2)。

表2 10mm净雨单位线

按倍比假定和叠加假定，以几场较明显的降雨对上述单位线进行复核。

表3 2016年9月11—21日库容变化复核

表4 2016年9月28日—10月4日库容变化复核

表5 2016年10月21—31日库容变化复核

从表3～表5中的库容变化复核可以发现，根据本文所推求出的单位线计算得到的库容变化值与实际库容变化值的误差均在10%左右，仅在库容变化最后时段误差稍大，由此表明本文所推求的单位线能较好地反映仙游电站所处流域的汇流情况，为后续预估水库库容变化提供了有力的计算工具。

3 降雨量与机组运行的相关性分析

仙游抽水蓄能电站投产前，福建电网负荷峰谷差较大，无专用调峰电源，且由于福建水电径流式电站比重大，汛期除需火电深度调峰外，还需水电弃水调峰运行。仙游抽水蓄能电站投入运行后，充分利用抽水蓄能电站特有的调峰、填谷功能能有效降低火电机组的深度调峰幅度，并缓解水电弃水情况。本文根据2015年、2016年福建省降水强度及仙游抽水蓄能电站的4台机组抽水电量，探寻降雨量对福建电网的影响。

图1 2015年5—6月降水强度指数与抽水电量相关曲线

图2 2015年7—8月降水强度指数与抽水电量相关曲线

图3 2016年5—8月降水强度指数与抽水电量相关曲线

图4 2016年9—10月降水强度指数与抽水电量相关曲线

从图1～图4可以看出，抽水电量随降水强度指数变化而变化，当福建省内降雨较少时，仙游电站抽水电量基本维持在低位水平，当福建省内降雨较多时，仙游电站抽水电量根据需要迅速提升至低位水平的1～1.5倍左右，充分体现了抽水蓄能电站调峰填谷、储存能量、缓解水电弃水甚至不弃水的作用。图1～图4中抽水电量变化存在一定滞后，这是由于降雨形成径流需要一定时间所致。

对比2015年和2016年降水强度指数可以发现2016年福建全省降水明显比2015年偏多，故仙游电站抽水电量峰值2016年也比2015年明显增大，2015年最大为830万kW·h左右，2016年峰值达910万kW·h左右，说明仙游抽水蓄能电站所发挥的作用愈发明显，为福建电网安全稳定高效运行提供了有力保障。

通过对降水强度指数与抽水电量进行相关性分析，可以根据气象预报预估仙游电站机组未来运行情况，若遇台风暴雨等极端天气时，全省降雨量预计将明显增多，则仙游电站机组将抽水频繁，此时可通过有效方式提前控制上下库水位，尽量降低上库水位，抬升下库水位，以应对各种极端情况并使电站整体经济效益最大化。

4 结 语

本文通过综合分析仙游电站上下水库所处区域的气象情况、水库库容变化以及机组运行情况，首次根据抽水蓄能电站运行的特殊性修正了溢洪道平板钢闸门闸孔出流流量公式，推求出根据降雨量预估上下库库容的单位线，并探寻了福建省降雨量与仙游电站机组运行的相关性，为提前控制水库水位提供了量化依据，以应对各种极端情况并最大化地提升仙游电站的整体经济效益。

[1] 李炜. 水力计算手册：第2版[M]. 北京：中国水利水电出版社，2006: 75-76.

[2] 叶守则， 詹道江. 工程水文学：第3版[M]. 北京：中国水利水电出版社，2000: 84-89.

[3] 李志刚. 广州蓄能水电厂水库调度探讨[J]. 大坝与安全，2004(3): 22-25.

DiscussiononReservoirSchedulingofFujianXianyouPumpedStoragePowerStation

ZOU Shixin

(FujianXianyouPumpedStorageCo.,Ltd.,Xianyou351267,China)

In the paper, Upper and lower reservoir capacity and rainfall change relationship is obtained through comprehensive analysis on weather conditions, reservoir capacity change and unit operation situation in reservoir location since operation of Fujian Xianyou Pumped Storage Power Station. The correlation between rainfall and unit operation is explored. Reservoir level is controlled rationaly in advance combined with unit operation condition, thereby ensuring that the upper and lower reservoir capacity can meet the demand of unit operation. The reservoir capacity change and water level range can be calculated and obtained in advance in heavy rain and other bad weather. The reservoir capacity can be emptied for dealing with extreme situation, thereby ensure the safe operation of the power plant and scheduling requirement of Fujian Power Grid.

pumped storage power station; scheduling; discussion

TV743

A

1673-8241(2017)09-0019-04

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.09.006