第五章水能计算及水电站在电力系统中的运行方式

第五章水能计算及水电站在电力系统中的运行方式第一节水能计算的目的与内容水能计算：是确定水电站的动能指标的计算，包括水电站的出力与发电量，以便选择水电站的主要参数及其在电力系统中的运行方式等的重要手段。主要任务：①确定水电站的动能指标，包括保证出力、多年平均发电量和装机容量。②配合水工和机电设计，确定水电站的正常蓄水位、死水位及水电站的主机设备等。③对水电站的经济效益进行计算和分析。1、水电站出力天然水流出力N天=9.81Q天H

水能E天=9.81Q天HT

水电站在计算时段内平均出力为

2、水电站的发电量 水电站在t1，t2时间内，因出力随系统负荷要求，天然来水的变化及综合用水的变化而不同，故发电量

实际计算时常采用下列简化式

3、水电站保证出力计算⑴水电站保证出力的定义：水电站在长期工作中，枯水期所能发出相应于设计保证率的平均出力。⑵年调节水电站保证出力计算①长系列法：

②设计枯水年法：⑶无调节及日调节水电站保证出力计算⑷多年调节水电站保证出力计算多年调节兴利库容已定的情况下求N保先选择设计枯水系列：求出该设计枯水系列的净天然来水量W枯

4、水电站多年平均年发电量估算定义：多年平均年发电量指水电站在多年工作时期内，平均每年所能生产的电能量。计算方法有详算法和简化法。5、水能计算所需的基本资料①水库特性曲线②水文资料③系统负荷资料④综合利用要求第二节水能计算的基本方程和主要方法水量平衡方程出力计算公式电量计算公式水能计算的列表法三、根据既定兴利库容和水库操作方案推求水库运用过程水库操作方式：

⑴定流量操作：设各时段的调节流量为已知值。

⑵定出力操作：专对发电调节而言，即按照预定的出力值调节径流。

水库运用过程：指水库水位，用水流量，弃水流量随时间变化情况。

定出力操作有两种方式：

第一种：是供水期初V兴蓄满，算至供水期末；蓄水期初V兴放空，算至蓄水期末。结果表明按定出力运行，水库在各种来水情况下实际蓄放水过程。

第二种：是自供水期末V兴放空为起算点，自蓄水期末V兴蓄满为起算点分别逆时序算至起点。结果表明水电站按定出力运行且保证V兴在供水期末正好放空，蓄水期末蓄满的条件下，各种来水年份各月水库须具有的蓄水量。

1、等流量调节方式

供水期水电站的引用流量Q/引

式中：W供—供水期天然来水量[m3或（m3/s）·月]；V兴—水库兴利库容[m3或（m3/s）·月]；T供—供水期历时（s或月）。设计枯水年蓄水期水电站的引用流量Q//引式中：W蓄—蓄水期天然来水量[m3或（m3/s）·月]；T蓄—蓄水期历时（s或月）。

例题：设某年调节水电站的正常蓄水位Z蓄=760m，死水位Z死=720m。计算所依据的资料有：水库水位容积曲线；水电站下游水位流量关系曲线；设计枯水年入库径流资料；出力系数K取8.2；假设水头损失为定植，取△H=1.0m；无其他用水要求。本例不计水量损失，故未列出水库面积曲线。按等流量调节方式，计算设计枯水年水电站的出力和发电量，以及供水期平均出力。

水库水位容积曲线

水位Z上（m）630650670700710720730740750760770库容V（亿m3）00.21.04.25.97.910.513.417.021.426.7下游水位流量关系曲线

Z（m）625625.5626626.5627627.5628628.5629629.5630635.5Q（m3/s）97153226317421538670806950109012302620⑴由Z蓄和Z死，查库容曲线得兴利库容V兴。⑵确定供水期及其引用流量。⑶确定蓄水期及其引用流量。⑷利用水量平衡方程计算时段初蓄水量V初。⑸由时段平均蓄水量查库容曲线，求上游平均水位Z上。⑹由引用流量，查水位流量关系曲线，求下游水位Z下。⑺计算平均净水头H=Z上-Z下-△H。⑻计算时段出力Ni=8.2QH。⑼计算水电站总出力和发电量。

△T月Q天m3/sQ引m3/s水库蓄水或弃水Q弃m3/sW初亿m3W亿m3Z上mZ下mHmNi万KW△Qm3/s△Wm3/s123456789101112525925900

7.97.9720626.292.819.767515841674.47.910.1729627.7100.34877925842085.5412.315.03744.5627.7115.855.487215841373.6517.7519.58755.5627.7126.860.6∑=512∑=13.594584580021.421.476062713249.7103403400021.421.4760626.7132.336.9112682680021.421.476062613329.212147194-47-1.2421.420.78758625.8131.220.9187194-107-2.8320.1618.75753.8625.812720.2279194-115-3.0317.3615.82746.7625.8119.919.1375194-119-3.114.3012.75737.6625.8110.817.6469194-125-3.311.209.55727625.8100.215.9∑=-513∑=-13.5∑=393.2计算步骤：⑴先假设时段出力为N0，计算精度为ε，从供水起初正常蓄水位开始顺时序计算；

⑵假设时段水电站引用流量为Q引（也可以先假定水头H）；

⑶由水量平衡方程，计算时段末库容V末；⑷计算时段平均库容为（V初+V末）/2，查库容曲线得出水电站上游平均水位Z上；

⑸由Q引查水电站下游水位流量关系曲线得到水电站下游水位Z下；2、规定出力方式⑹计算时段平均净水头，即H=Z上-Z下-△H；

⑺计算误差B=ABS（N0/KH-Q）。若B＞ε，则令Q/引=（N0/KH+Q）/2，替代上一次的引用流量Q引，返回步骤⑶；若B＜ε，该时段计算结束，继续下一时段已知出力的计算；⑻经过以上逐时段演算至供水期末，若期末水位降至死水位，则计算结束；否则，若期末水位高于死水位，说明假定出力太小，应加大出力N0，若期末水位低于死水位，说明假定出力太大，应减少出力N0，返回步骤⑴进行下一轮迭代计算。

△t等出力Q天Q引△Q△WW初WZ上Z下H核验出力月万KWm3/sm3/sm3/s亿m3亿m3亿m3mmm万KW

21.4

1218.4147170-23-0.6120.7921.10758.6625.613218.4118.487177.1-90.13-2.3618.4319.61753.2625.7126.618.38218.479187-108-2.6315.8017.12746.7625.7119.918.39318.475204.4-129.4-3.412.4014.10736.6625.8109.718.39418.469241.8-172.8-4.547.8610.13719.8626.192.7318.39供水期规定出力调节方式水能计算表

第三节电力系统及其容量组成一、电力系统及其户1、电力系统电力系统或电网：在各电站之间及电站与用户之间用输电线连结成的一个整体。2、电力用户

⑴工业用电：⑵农业用电：⑶市政用电：⑷交通运输用电：二、电力系统负荷图电力系统负荷：在任何瞬时内要求电力系统供应的电力，称为电力系统负荷。电力负荷图：表示电力负荷随时间的变化过程的图形。表示负荷在一昼夜内变化过程的图形，成为日负荷图；表示负荷在一年内变化过程的图形，成为年负荷图。⑴日负荷图①日负荷图分区及负荷图指数特征值：日最大负荷N//、日平均负荷及日最小负荷N/日用电量E日：日负荷图所包围的面积，它与日平均负荷的关系为：分区基荷：在N/以下的部分，全日24小时均均匀；腰荷：N/与的部分，部分时间变动，部分恒定；峰荷：以上至N//之间的部分，一天内不断变化。日负荷图指数α：α大表示基荷占负荷图的比重大，也就是各用户用电情况稳定；日最小负荷率β：β越小，表示负荷图中高峰与低谷差别大，日负荷越不均匀；平均负荷率γ：γ越大，表示日负荷的变化小，相反γ越小，表示负荷越不均匀。②日电能累积曲线⑵年负荷图年负荷图（a）月最大负荷曲线；（b）月平均负荷曲线年负荷图的表示方法：①日最大负荷年变化曲线

②日平均负荷年变化曲线三、电力系统的容量组成及各类电站的工作特性1、电力系统的容量组成⑴电力系统总装机容量

N系装=N火装+N水装+N核装+N抽装+N潮装

⑵电力系统的工作容量、备用容量及重复容量

最大工作容量N//工：担任系统最大负荷的容量，电网为满足最大负荷的需要而装设，等于最大年负荷图上的最大负荷值。

备用容量N备：当其它工作机组发生故障、停机检修时备用的容量。①负荷备用容量N负备：②事故备用容量N事备：③检修备用容量N检：必须容量N必：最大工作容量和备用容量之和，是正常供电必不可少的容量。重复容量N重：弃水多的水电站，在必须容量外加装额外容量利用弃水生产额外电能以节省煤耗。系统总装机容量N系装=N//系工+N系备+N系重

上述各种容量关系可用下式表示：N装=N必+N季（重）

=N//工+N备+N季（重）

=N//工+N负备+N事备+N检备+N季（重）⑶电力系统空闲容量及受阻容量空闲容量N空：受阻容量N阻：从运行的容量平衡观点看N系装也可以下式表示：N系装=N//工+N备+N空+N阻2、各类电站的工作特性

⑴水电站工作特性：①出力多变②起动迅速③不消耗燃料④具有综合利用任务的水电站，其工作方式受其他部门用水的影响。⑵燃气轮机火电站的工作特性①出力稳定②成本高③火电站工作的“惰性”大，不宜担任峰荷。④火电站机组启动比较费时。⑶核电站的主要工作特性需要持续不断的以额定出力工作，总是承担基荷部分，全部运行时间内约有5-15%时间计划或事故停堆，故需较大的备用容量。⑷抽水蓄能电站的工作特性①日调节抽水蓄能电站系吸收夜间系统低落处的多余电能抽水，使系统中其他电站如火电站、核电站等处在最有利工况下运行，从而节省煤耗，节省运行费。而季调节抽水蓄能电站利用汛期多余的电能抽水，充分利用水能，改善电站运行条件。②蓄能机组对负荷急剧变化的适应性甚好，故最适宜于担任日负荷图的尖峰部分。③由于抽水蓄能电站运行的高度灵活性与可靠性，它可代替水电机组担任事故备用，使火电机组不必处于旋转备用或热备用状态，从而减少煤耗。④可逆式机组也适宜于作为负荷备用来调整周波。离负荷中心较近的抽水蓄能电站也可多带无功负荷，对系统起调相作用。第四节水电站在电力系统中的运行方式一、无调节水电站在电力系统中的运行方式⑴无调节水电站的一般工作特性运行特征：任何时刻的电站出力主要决定于河中天然流量的大小，枯水期天然流量变化不大，故应担任日负荷图的基荷部分，洪水期流量增加仍宜担任基荷，只有当天然出力大于系统最小负荷N′时，才担任基荷和部分腰荷，且有弃水。丰水期在日负荷图上的工作位置设计枯水年在系统中的工作情况丰水年在系统中的工作情况⑵无调节水电站在不同水文年的运行方式设计枯水年：枯水期以最大工作容量或更大些出力运行和其他电站联合运行，洪水期即使以全部装机运行仍有弃水。丰水年：可能全年内天然水流出力均大于N装，因而水电站全年均以装机容量运行，尚有弃水，汛期更多。二、日调节水电站在电力系统中运行方式㈠日调节水电站一般工作特性日调节对电力系统有三方面效益：⑴日调节枯水期担任峰荷，火电站基荷出力均匀，效率高，节省煤耗，成本低；⑵日调节水电站的工作容量比无调节大，可更多的替代火电容量，因水电投资少，故有利；⑶洪水期全部装机由峰荷逐步转到基荷，减少火电煤耗，降低运行费。日调节水电站在设计枯水年的运行方式

日调节水电站工作位置的决定

㈡日调节水电站在不同年份的运行方式

⑴设计枯水年枯水期：洪水期：⑵丰水年图（三）日调节水电站汛期工作位置确定：已知：N水装，E水日①作辅助曲线E—将电能累积曲线向左平移，距离为E水日；②做辅助曲线N—将电能累积曲线向上平移，距离为N水装；③N，E二线相交于a点，自a向下画垂线交电能累积曲线于b点；④自a，b向左画平行线与日负荷曲线相交，即工作位置。随着天然来水的进一步加大，E日加大，与N交于c点时，担任基荷。图三、年调节水电站在电力系统中的运行方式㈠年调节水电站的一般工作特性

㈡年调节水电站设计枯水年的运行方式⑴供水期：⑵蓄水期：⑶弃水期：⑷不蓄不供期：

图年调节水库各时期的工作情况年调节水电站设计枯水年在1—天然流量过程线；2—调节流量过程线；年负荷图上的工作位置3—蓄水量；4—弃水量㈢年调节水电站丰水年的运行方式

供水期：洪水期：弃水期：图

年调节水电站丰水年在年负荷图上的工作位置

四、多年调节水电站在电力系统中的运行方式多年调节水电站一般年份在电力系统中的运行方式特点：多年调节一般都进行年、日调节。时段划分：一般年份内只有供水期与蓄水期两个时期，水库只有在连续丰水年才能蓄满，并可能发生弃