抽水蓄能电站水库水情计算程序研制及应用

李 鹏

（国网新源山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司运检部，山西省忻州市 035503）

抽水蓄能电站水库水情计算程序研制及应用

李 鹏

（国网新源山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司运检部，山西省忻州市 035503）

抽水蓄能电站机组运行灵活，在电网中除了调峰填谷以外，还可承担调频、调相和紧急事故备用等作用，实时地密切关注抽水蓄能电站水库水情及可发电、抽水时长等信息至关重要，基于以上需要，特提出研制水电站水库水情计算程序。本文以国内某抽水蓄能电站水库水情估算方法的实例，简介水库库容水量比较和蓄能电站发电、抽水时长预估预判的程序研制及应用。

水电站水库；水情；预估；程序

0 引言

抽水蓄能电站在全世界各国电力系统中迅速发展，主要原因是其以比较低的成本，为电网提供调峰、调谷、调相、调频及紧急事故备用等功用，是为了解决电网高峰、低谷之间供需矛盾而产生的，是间接储存电能的一种方式。它在用电低谷时用过剩电力将水从下水库抽到上水库储存起来，然后在用电高峰时将水放出发电，并流入下水库。

纯抽水蓄能电站的特征是只有很少甚至没有天然径流进入上水库，在调节时段内水量通过引水系统和厂房在上、下水库之间往复循环，只由于抵消蒸发和渗漏的损失，需要补充少量水源，厂房内安装的机组全部是抽水蓄能机组。纯抽水蓄能电站要求有足够的蓄能库容，在建设时，有的利用现有水库为上水库（下水库），新建另一水库、引水系统和厂房；也有的利用不上现有水库，完全依靠新建上，下两个水库，引水系统和厂房。

由于抽水蓄能电站具有多种功能，电网常把它作为综合管理的工具，在此情况下，水库中库容量将直接影响发电和抽水时长，对抽水蓄能电站水库水位和水情变化的监视是必要且有意义的。

1 技术背景

1.1 抽水蓄能电站发电、抽水时长需要预估

国内的抽水蓄能电站一般情况下配合核电或风电机组参与电网调峰调频，或承担事故紧急备用的作用，因此需要特别重视对水库水位的监视和对可发电、抽水时长的预判，以满足电力调度部门的计划，实现随调随启。电站运行技术人员目前的通用做法是根据发电净水头对应表和抽水净扬程对应表人工读表大概估计，这往往需要较长的时间，而由于水库总库容的蓄水量也会影响计算条件，预测的结果也不一定精确。

1.2 抽水蓄能电站水库库容需要监视

常规水电站只有一个水库，在发电运行或承担防洪、灌溉作用过程中，一般只需要关注该水库的水位即可了解到当前的库容信息，而且，常规水电站有自然来水，不涉及人工补水的情形。而抽水蓄能电站的水库有上、下库两库盆，总的蓄水量与两库盆均有关联，不能简单地通过某单一水位来判断，同时，抽水蓄能电站水库一般没有自然来水，循环水在一段时间的蒸发渗漏后将不能满足电站正常发电、抽水，此时应定期人工补水，这就需要运行人员时时掌握当前总库容以判断是否满足补水条件。

如上论述，人工计算的过程也是较复杂的。

基于以上两种情形，可研制一套计算机程序，应用于抽水蓄能电站水情监测系统，根据当前水位信息即可瞬时计算得出库容和预计可发电、抽水时长，并对水库水量容量状况进行分析，得出是否需要调整水量（对库补水）的结论供给参考借鉴，这将极大地提高电站运行人员工作效率，并简化水库水情监测的工作流程。

2 研制思路和原理

按照上文的论述，本发明想要研制的水库水情计算程序，应实现如下功能：

一是要根据水位信息计算出水电站（抽水蓄能电站）水库（上、下库）库容，包括：计算库容、比较水库水量、调取库容曲线等功能，其特征在于：在计算水库蓄水量过程中要省略人工计算库容和查表的过程，使得实时水情计算更加迅速、结果更加精确可靠。

二是要实现机组发电（抽水）时长的预估计算，其特征在于：根据实时水库水位数据计算当前库容和预计可发电（抽水）时长，并且由于水库容量的限制，要预先在已知库容的前提下，考虑计算的先决条件，不能单一按照某水位读表得出时长结论。（如在水量较多的情况下，受制于下库库容的限制，发电量将不能按照上库水位信息得出，否则下库水将溢出等情况）

三是通过水量比较分析得出对库的补水建议和当前发电、抽水时长结果均由计算机软件程序代码实现，并要通过可视界面输出结果。

程序编写可由开发软件Visual Basic实现，水电站水库水情计算程序的运行环境是WindowsXP及以上系统，技术方案所述主要领域为计算机程序开发，数据库来源为水工结构、抽水蓄能电站水库实验数据和运行信息。

3 实施方案

3.1 研发主要过程

3.1.1 库容函数

本应用设计背景为某抽水蓄能电站，根据水库设计、施工单位提供的上、下库库容计算成果表，分别绘制水库水位—库容曲线，如图1示意。

图1 水库水位—库容曲线

图1所示采样部分点数据列表统计，其他区域近似模拟为一次函数，通过Excel等辅助工具，得到库容与水位关系。编写成Visual Basic代码，即可通过赋值上下库水位，对应得到上下库实际库容。

图2 水库库容判断及函数代码

3.1.2 水情分析

由上述得到的上下库实际库容总量即可与额定库容比较分析，得出是否需要补水调节水量的结论。

额定库容按照其中一个水库额定水位，另一个水库死水位设计，分别是：上库额定水位1492.5m，下库死水位798m，对应库容539.76万m3；下库额定水位838m，上库死水位1467m，对应库容558.73万m3。由于水库会有渗漏蒸发等情况，本次发明将较大的库容558.73万m3设定为额定库容，当水量小于该值时认定为需要补水。VB集成开发环境中编程语句通过当前总库容与额定库容大小比较判断实现。

图4 库容比较代码

3.1.3 预计可发电（抽水）时长计算

本发明设计的程序需要根据水位信息（或由库容反算得到的水位），得到对应水位下的单机可发电（抽水）时长。

图5 发电时长与水位对应表

由图5发电净水头对应表或抽水净扬程对应表可以查到某一水位下对应可发电（抽水）时长，本发明在VB集成开发环境中使用数组录入该表格的数据，即可实现根据相应编号的水位查找相同编号的发电（抽水）时长。

图6 编程代码实现计算发电（抽水）时长

但是，需要注意的是，理论上机组发电（抽水）时长与水位并不是简单的直接对应关系，它应当由当前库容的水量确定。水位与库容也有对应关系但是两者在映射机组发电（抽水）时长时的定义域是不同的，这就要求在VB集成开发环境中计算之前首先需要确定复杂的判定条件，这也便是相比较于传统的运行人员查表估计的旧方法，设计该程序提高准确性的意义所在。

设计案例电站上库库容较小，下库库容较大，具体参数如表1所示：

表1 设计案例电站水库水位及容量规范表

以发电情况为例，理论上每一个上库的当前库容量可以对应得到相应的可发电时长，但是，若上下库的总库容存储水量过多（大于558.73万m3），就存在上库还有水，下库已满的情况，此种情况下，发电时长需要根据下库水位对应得到。

不同库容下，发电（或抽水）时长将按照不同库盆水位对应计算。

图7 不同库容下发电（抽水）时长计算原则示意

因此，在Visual Basic集成语言编程过程中，就需要首先根据上下库水位计算出总库容，再依据图7中所示原则比较，在不同条件赋予变量不同的值（水位）套用语句计算出预计可发电（抽水）时长。

3.1.4 界面设计

如图8～图9所示，本程序调用Visual Basic基本控件，满足水位数据输入，触发按钮计算等功能。

图8 水电站水库水情计算程序界面

图9 VB集成开发环境

3.1.5 其他条件设定及功能更新

本次应用设计过程中，还需要注意一些其他条件如输入水位值超出范围等，编程过程中均有所设定，在水位条件超出额定水位或低于死水位的情况下，会弹出提示框，并清空文本框输入内容。

图10 水位设定不满足提示示意界面

更新版本的功能新增根据当前库容和某一水库水位反算另一水库水位的功能，用来实现在水库库容一定的前提下，单一地依靠某一水库库容即可得出相应的水情信息。

实现方法为：按照库容函数的介绍，对水库水位—库容曲线进行反算，得出库容与水位的反函数关系。同理编写成Visual Basic代码，即可通过赋值库容和某一水库水位，对应得到另一水库水位，从而进一步得到所有需要的水情数据。

3.2 主要应用

3.2.1 使用界面说明

如图8所示即为本发明程序（水电站水库水情计算程序）实际使用界面。

如图11所示为发明程序（水电站水库水情计算程序）图标及水位对应抽水发电时长方法的说明，按照对应的计算方法，输入上下库水位信息并确保无误后点击确定，即可得到相应的水情信息。

3.2.2 具体操作方式

如图8所示，在上库水位和下库水位文本框内键入当前水位数值，点击确认按钮，程序即可计算出上库库容、下库库容、总库容、预计可发电时长、预计可抽水时长、库容比较结论等水情信息。

图11 水电站水库水情计算程序图标示意

双击上库库容、下库库容标签，程序会弹出相应的水库水位—库容曲线供电站运行人员参考。

更新版可键入某一水库水位和当前总库容，点击确认水位按钮，可计算出另一水库水位。

4 结束语

本程序研制完成后，已经应用于该抽水蓄能电站水情监测系统，根据当前水位信息即可瞬时得出库容、蓄水量和预计可发电（抽水）时长，更好地实现了与电力调度部门的沟通，并定期对水库容量和水量状况进行分析，极大地提高了电站运行人员工作效率，并简化了水库水情监测的工作流程。

该实用型创新设计可以推广应用于国内抽水蓄能电站运行和水库库容监测等相关领域。并对抽水蓄能电站中包含有常规机组的情形更具实用价值。

[1] Panichclli，er al.Quantitative Evaluation in System Plarming of Dynamic Duties for Load-curve Following.CIGRE，31-14.

[2] RAJAT D.Operating Hydroelectric Plants and Pumped Shorage Units in a Competitive Environment[J].The Electricity Journal，2000，13（3）.

[3] 杨明广，王秀华，等.Visual Basic程序设计教程．中国科学技术出版社，2006．

李 鹏（1991—），男，主要从事水电站运维相关工作。

The Development and Application of Pumped Storage Power Station Reservoir

LI Peng
（Shan xi Xilongchi Pumped Storage Power Station Co.，Ltd.，Xinzhou 035503，China）

Pumped storage power station units are flexible when it’s running. It is not only regulate peaks and fill troughs in the grid，but also adjust the frequency of bear and adjust the phase and backup in case of emergency.Real-time and close attention to the reservoir water level of pumped storage power station and power generation，pumping duration and other information are very important.Based on the above needs，It is necessary to develop an application of Pumped Storage Power Station Reservoir computer program. This article set a domestic Pumped Storage Power Regimen estimation methods as an example to introduce the high water storage capacity of the reservoirs power generation，the development and application of time estimates predict when pumping.

reservoir；water level；estimates；program