水库群的水利水能计算分析课件.ppt
2023/3/12,1,水资源规划第六章,水库群的水利水能计算,主讲教师：倪广恒 胡和平2003年秋季学期,2023/3/12,2,第一节 简述,意义：我国水利水电资源丰富，水利水电建设发展很快，一个地区一条河流，一个电力系统中常常有许多水库，水电站共同工作。在水利水电工业中，无论供水，供电都是流一的有计划地安排的，各工程之间不是孤立的，而是互相配合工作的，也就是说可以把它们看作一个统一的系统来研究，使系统中各水库水电站很好地配合，取长补短，使总体效益最大,2023/3/12,3,意义,一个系统由许多元素组成，研究系统中各元素之间的相互联系，使其互相协调配合，达到总体最优，这就是系统工程研究的课题，可用系统工程方法来进行研究。但本课程不准备这么做，仍然用常规的思路和 方法来分析，其实这也是利用系统分析方法的基础。在实际工作中，在大中型水电站规划设计中，很少是孤立地考虑一个水电站，绝大多数都是水电站群的问题 研究水电站群（水库群）的目的主要是使各水库配合工作取长补短，以增加水库群总体效益，让1+12,2023/3/12,4,串联水库,根据水库群的特点，可分为三类 串联水库（梯级水库）：在同一条河流上，从上游到下游布置有若干个水库，水电站,如：永定河上有：官厅，向阳口，下苇甸，下马岭，三家店模式口。潮白河上有：青石岭，密云水库 一般的大江大河上，都分布着串联水库群，如黄河上有若干个梯级如：龙羊峡，李家峡，刘家峡，岩锅峡，小浪底等，红水河上有十个绨级。,2023/3/12,5,串联水库,理想的绨级水电站开发方式为下一级回水正好衔接到上一级的底水而形成梯级。这样可以充分利用落差 梯极水电站有的调节性能好，有的调节性能差，从发电角度来说，最理想的是在最上游找到一个调节性能好的水电站，它的调节可以给下游梯级带来效益，如永定河上游有官厅水库,2023/3/12,6,串联水库,从防洪角度来说，最好是在最接近被保护地区有一大的防洪库容，可以调节以上流域的全部洪水，若水库离被保护地区远，则区间洪水还可能造成很大危害,2023/3/12,7,并联水库,并联水库群:水库不在同一条河流上，水库间无直接水力联系，一个水库的出流并不进入另一水库中，例如：密云水库和官厅水库。,2023/3/12,8,并联水库群示例,2023/3/12,9,复杂水库群,复杂水库群：串联水库群和并联水库群结合的情况,2023/3/12,10,水库群,2023/3/12,11,水库、水电站群,什么情况下，把许多水库当成水库群系统来研究有水力联系（水源有联系）无水力联系，但有供水任务联系，向同一地区洪水，在同一供水系统（官厅，密云）有供电，在同一电力系统中，如丹江口，葛洲坝,2023/3/12,12,水库、水电站群,如不是上面情况，我们就没有必要把它们当作一个水库群来研究，如日前没有必要把海河流域和珠江流域作为流一系统来研究。但是当研究从黄河引水到海河流域时，海河和黄河就要当作统一系统，同样的道理，考虑南水北调时，要把长江、黄河当作一个系统考虑,2023/3/12,13,水库群的补偿作用,水文补偿：利用两河丰枯起迄期不同（或称水文不同步）的特点，把它们联系起来，共同满足用水或用电的要求，互相补充水量，提高两河的保证流量 库容补偿：利用各水库调节性能的差异进行补偿，如多年调节和年调节水库共同工作，多年调节，来水期多蓄水，枯水期多放水，丰水年多蓄水，枯水年多放水，于是就提高了枯水流量,2023/3/12,14,第二节 梯级水库的水利水能计算,梯级水库的径流调节计算梯级水库的径流补偿,2023/3/12,15,梯级水库的径流调节计算,计算方法不考虑补偿调节的梯级水电站，其径流调节计算与单一水库的径流调节计算在原则和方法上都没有多大区别。仅仅是下一级水电站计算其入流量时应考虑到上一级的调节作用，即上级水电站放水过程+区间来水过程=下级水电站入流过程,2023/3/12,16,梯级水库的径流调节计算,梯级水电站径流调节计算中，上级放水对下级电站入流及径流调节有影响，而下级水电站的放水，对上级水电站没有影响，所以梯级水电站径流调节计算要至上而下，逐级计算 径流调节计算方法先对第一级水库进行径流调节计算，求出各月的调节流量Qp（方法与单一水库径流调节相同）,2023/3/12,17,梯级水库的径流调节计算,计算各时段的区间来水过程，Q区tQ区QFQ上将第一级水库的各月调节流量与区间流量相加得到第二级水库的入流过程 Q入2Qp1Q区12以Q入2为第二级水电站的入流过程，根据已知V兴进行径流调节计算,得到各月调节流量QP2 用同样的方法对以下各梯级逐级进行调节计算,2023/3/12,18,径流调节计算的例子,有甲乙两水库，它们是梯级水库，甲在上，乙在下，V甲=50秒立米月，Q甲15秒立米（水轮机最大过流能力），V乙20秒立米月，Q乙20秒立米月，其设计年各月来水如下表，计算乙水库的出流过程。,2023/3/12,19,2023/3/12,20,解：（1）甲库调节计算：,（2）计算甲库出流过程，见下表,2023/3/12,21,2023/3/12,22,（3）计算区间入流,（4）计算乙库入流,（5）计算乙库调节流量,2023/3/12,23,（6）计算乙库出流过程,2023/3/12,24,注：在计算乙水库调节流量时可以把甲水库的调节库容计算在乙库中，即,2023/3/12,25,认为甲水库的库容可以折算为乙水库的等效库容。问题：这种算法是不是具有一般性？否，甲水库较大，上游来水较少，区间来水较大，甲水库的供水期和乙水库的供水期划分不一致，就不能用等效库容的简化方法来计算。所以关键：供水期要一致才可以,2023/3/12,26,防洪库容的确定,防洪库容的确定：应让本身防洪要求高的水库、水库容积大的水库、水头较低的水库、梯级的下一级多承担防洪库容，但不能小于必需防洪库容。（必需防洪库容分总的和各自的，应分别求，总的可根据来水过程与安全泄量差来求，各自的可以认为某一水库不放水时，所需防洪库容），计算方法同上，,2023/3/12,27,灌溉库容和总保证出力的确定,灌溉库容的确定：将乙处天然来水过程和灌区需水图绘在一起，找出总灌溉库容。然后在甲乙两库间分配 总保证出力的确定：将梯级水库中各库的出力保证率曲线上的同频率出力相加，就可画出梯级水库总保证出力保证率曲线，在该曲线上，根据设计保证率，可以很方便地求出梯级水库的总保证出力,2023/3/12,28,梯级水库的径流补偿,径流补偿调节的概念和作用 径流补偿就是利用各个水库的来水过程的不一致性和水库调节性能的不一致性，互相配合工作，取长补短，以达到提高水库群的总保证流量的目的。径流补偿调节的目的就是各水库联合运用以达到比单独运行更大的效益 水文补偿来水过程丰枯不一致，如甲乙两河无调节水库，来水如下表,2023/3/12,29,梯级水库的径流补偿,2023/3/12,30,梯级水库的径流补偿,由此可见，联合工作的流量53m3/s比单独工作的49 m3/s提高了4 m3/s提高了 8.2库容补偿水库调节性能不一样，被补偿水库按单独运行最优方式运行，补偿水库在被补偿水库放水时少放水，蓄水时多放水，以增加总保证流量,2023/3/12,31,梯级水库径流补偿例题1,有甲乙两水库，甲为年调节（被补偿），乙为多年调节（补偿）甲水库在一个枯水系列（6年）中年调节流量为25，26，29，23，35，30，保证流量为23，乙多年调节流量为40 m3/s,2023/3/12,32,梯级水库径流补偿例题1,单独Qp402363m3/s补偿Qp40（25+26+29+23+35+30）/668m3/s补偿后提高了 7.9,2023/3/12,33,梯级水库的径流补偿,梯级（串联）水库的径流补偿调节 上游水库调节性能差，下游好：此时按一般梯级水库径流调节即可，上游单独调节放水，加上区间入流，再对下游水库进行径流调节计算 上游水库调节性能好，下游差：进行补偿调节计算 上下游水库都有一定的调节性能：也要进行补偿调节计算,2023/3/12,34,梯级水库径流补偿例题2,甲乙两水库，甲为上游年调节水库V甲=180 m3/s月，乙为下游无调节水库，有区间入流,2023/3/12,35,梯级水库径流补偿例题2,若按无补偿调节计算,保证流量是190m3/s,2023/3/12,36,梯级水库径流补偿例题2,若按补偿调节计算，利用甲水库的调节性能,2023/3/12,37,梯级水库径流补偿例题2,2023/3/12,38,径流补偿示例,2023/3/12,39,第三节 并联水库群的径流电力补偿调节计算,并联水库（无水力联系）的径流补偿调节并联水库水电站的电力补偿,2023/3/12,40,并联水库群径流补偿调节,计算方法：如两个无水力联系的并联水库向同一地区供水，如有一个水库调节性能较好，另一个较差时，可以进行径流补偿调节 调节性能差的可按自身规律放水（被补偿）调节性能好的可以利用自身库容进行补偿调节，保证供水流量达最大,2023/3/12,41,并联水库群径流补偿调节例题,甲、乙为并联水库，甲为年调节V甲=106m3/s月，乙无调节。设天然来水（设计枯水年）如下，进行补偿调节计算,2023/3/12,42,并联水库群径流补偿调节例题,不补偿时,2023/3/12,43,并联水库群径流补偿调节例题,进行补偿调节,2023/3/12,44,并联水库群径流补偿调节例题,放水过程,2023/3/12,45,并联水库群防洪库容确定,并联水库群防洪库容确定 确定总防洪库容 确定各库的必需防洪库容 由各库分担防洪库容 如总必需防洪库容大于总防洪库容，取必需库容为防洪库容 上游水库群共同承担下游防洪任务时，要考虑补偿问题 选择合理的调节方式，防止不利组合的出现,2023/3/12,46,灌溉和其它用水的补偿计算,灌溉和其它用水的补偿计算：选择一被补偿水库按其自身有利的方式调节，然后由补偿水库进行补偿，满足用水,2023/3/12,47,并联水库水电站的电力补偿,概述电力补偿调节与径流补偿调节相类似，指在同一电力系统中供电的水电站，通过补偿调节，达到水电站群的总保证出力的目的。无水力联系的水电站群各电站之间，一个水电站放水流量的变化不会直接引起其它水电站入流的变化，但由于它们向同一电力系统供电，在供电上可以统一考虑，进行补偿。,2023/3/12,48,并联水库水电站的电力补偿,如何划分补偿和被补偿电站：选择担任补偿电站的条件有 应以调节库容大、调节性能好的水电站担任补偿任务 调节性能相同时，应以综合要求（限制）较简单的水电站（即受约束条件较少，可以较灵活地运用）担任补偿任务。调节性能与综合利用要求均差不多时，应以水头较高，距用电中心较近，单位千瓦投资较少的电站担任补偿任务,2023/3/12,49,并联水库水电站的电力补偿,电力补偿调节计算方法 其基本方法是参照水库径流调节的方法。以水电站的不蓄出力过程（天然流量在水量的平均水头 的出力过程）N=AQiH代替天然来水过程。以兴利库容V兴的水量在平均水头下所能发出的电能（水库电能）代替水库库容，并称之为电库容。从而按时历法径流调节计算的原理进行电力补偿计算,2023/3/12,50,并联水库水电站的电力补偿,电力补偿调节计算的步骤将各电站的天然流量过程Q（t），按公式NiAQiHi化为不蓄出力过程N（t），N的单位为千瓦，时段以一个月计，不蓄电能单位为（千瓦月）将各电站同一时间的不蓄出力相加，系列水电站群总的不蓄出力过程,2023/3/12,51,并联水库水电站的电力补偿,根据各电站的兴利库容V兴，按以下公式计算其电库容E库,2023/3/12,52,并联水库水电站的电力补偿,用电当量法进行调节计算，即利用电库容进行调节计算，在供水期所得的总保证出力最大,2023/3/12,53,并联水库调节例题,有甲乙两水电站，甲为日调节，乙为年调节，V乙=300m3/s月，H乙150m，H甲20m。甲乙两电站设计枯水年供水期各月来水流量如下,2023/3/12,54,并联水库调节例题,不补偿时，则,2023/3/12,55,并联水库调节例题,进行补偿调节，利用乙库容，将两水电站供水期各月出力总和调匀，以增加总保证出力,2023/3/12,56,第四节 水库群的蓄放水次序,概述 并联水电站的蓄放水次序 串联水电站蓄放水次序,2023/3/12,57,概述,问题的提出：水电站群建成后，在运行时，若干个水电站联合向一个电力系统供电时，在任一时刻，如电力系统要求水电站群供电量Et，要求研究各个水电站应采用什么方式供电才是最有利的？,2023/3/12,58,概述,如果分蓄水期、供水期二个时期来分别研究，则在供水期时各个水电站在该时刻t天然径流发电之和（不蓄出力之和），不能满足负荷Et的要求，需要由某些水库供水（动用某些小库的水库电能）故要研究在这些水电站中，在t时刻应由那个水电站先供水。在蓄水期则相反，各水电站不蓄出力之和大于系统的负荷Et，需要有一引起水库蓄水，此时，则要研究在时刻t应该由那些水库先蓄水,2023/3/12,59,概述,水电站群蓄放水次序的最优准则在水电站群设计时，最优准则是系统的总计算支出（年费用）最小。在运行阶段，由于投资已经确定，年运行费用中折旧、大修、管理等方面费用不大，由于运行方式不同，水电站的年发电量不同而使火电站的年发电量不同，水电站的年发电量不同而使大电站的年发电量不同，影响到系统的煤耗不同，所以在运行阶段，衡量运行时最优方案的准则是：煤耗最小系统火电站发电量最小水电站群发电量最大,2023/3/12,60,概述,怎样才能使水电站群发电量最大呢？分供水期和蓄水期讨论，先以供水期为例，作一说明。供水期，水电站的电能分为两部分:水库的供水电能（库电能），即由水库供水产生的电能，它和水库的库容有关（与天然来水无关），当水库库容确定后，库电能是定值,2023/3/12,61,概述,不蓄电能：供水期各水库天然来水量所发的电能，它与水库的天然来水量及水库各时期蓄水位有关，在天然来水量一定的情况下，如水库水位保持在最高水位，则不蓄电能最大,2023/3/12,62,概述,对于正在运行的水电站群来说，如水库的有效库容已定，则各水库的库电能也就定了。但不蓄电能则随不同的蓄放水次序而不同。例如一个水库如在供水初期放水，则水位下降，后几个月的来水量都在低水头下运行，不蓄电能就会减小，称之为不蓄电能的损失。反之，如在后期放水，则前几个月在高水头下运行，不蓄电能损失较小。因此水库不蓄电能的损失和蓄放水次蓄有关,2023/3/12,63,概述,最优蓄放水调度的准则：水电站群总发电量最大总不蓄电能最大不蓄电能损失最小不蓄电能损失值=水电站保持最高水位的不蓄电能由于放水使水位降低后的不蓄电能,2023/3/12,64,并联水电站的蓄放水次序,供水期最优放水次序供水期时水电站的不蓄出力不足以满足系统负荷的需要，要由某些水库来供水满足系统的负荷的需要 若某个时刻系统中水电站群的天然流动的出力（不蓄出力为NTPi，而系统负荷为N，不足出力为NNNTPi，此时的问题是：应该由那一个水库先供水而使水电站群的不蓄出力损失最小,2023/3/12,65,并联水电站的蓄放水次序,先由两个水库来分析：影响不蓄电能损失的两个因素是 水头的下降值 天然来水量（与水头和流量有关）不蓄电能的损失 WTP开始放水时段起直到供水期末该水库的天然来水量，如由水库1供水，水位降低为dH1，则不蓄电能损失为,2023/3/12,66,并联水电站的蓄放水次序,同理，如由水库2供水，则则水库1比水库2先放水的条件为,2023/3/12,67,并联水电站的蓄放水次序,2023/3/12,68,并联水电站的蓄放水次序,因为无论水库1，还是水库2放水都是为了补充水库群的不蓄出力与负荷要求之差N，即Nv1Nv2N，若不考虑二者效率的差别即12，则,2023/3/12,69,并联水电站的蓄放水次序,此式表示水库水位的下降与水库面积和水头的乘积成反比，即在供给相同的水库电能的条件下，水库面积与水头乘积越大的水库，其水位降低越小（也就是对不蓄电能影响越小）。根据上面提出的供水期不蓄电能的损失的大小不仅与该水库的水位降有关，还和水位降低后天然来水量有关的结论，水库1比水库2先放水的条件是,2023/3/12,70,并联水电站的蓄放水次序,2023/3/12,71,并联水电站的蓄放水次序,结论：若：k1k2，则水库1先放水，若k2k1，则水库2先放水这样我们在判别放水次序时，就可以先计算K值，由K值小的先放水，K1与K2的关系也不是一成不变的，如开始时K1K2，水库1先放水，到了一定阶段K2小于K1，则由水库2放水,2023/3/12,72,并联水电站的蓄放水次序,蓄水期的最优蓄水次序 蓄水期选择水电站群的最优蓄小的次序的最优准则是水电站不蓄电能的增加值最大 蓄水期各水电站不蓄出力之和NTPi大于负荷需要N，即有多余的出力NNTPiN，可以由水库蓄水的方式以电能储存起来，存在水库中,2023/3/12,73,并联水电站的蓄放水次序,蓄水后，由于库水位提高dH，不蓄电能增加值为 如水库1先蓄水，则,2023/3/12,74,并联水电站的蓄放水次序,如水库2先蓄水，则 此时水库1与水库2先蓄水的条件是：dE1dE2（若12）,2023/3/12,75,并联水电站的蓄放水次序,2023/3/12,76,并联水电站的蓄放水次序,令KWTP/FH，则K为最优蓄水判别系数，K1K2，则水库1先蓄水；K1K2，水库2先蓄水注意为了尽量减少弃水，在考虑并联水库的蓄水次序时，要结合防弃水调度进行，对库容小，有较多弃水的水库要尽早利用装机容量多发电，以减少弃水 对于综合利用水库，蓄放水不能仅靠K和K，要综合考虑,2023/3/12,77,串联水电站蓄放水次序,梯级水电站运行的特点：上一级水电站的供水除了在本级电站对不蓄电能有影响，而且对下一级电站的不蓄电能也有影响 供水期放水次序,2023/3/12,78,串联水电站蓄放水次序,仍以两个水电站为例，上游水库1供水造成的不蓄电能损失为 下游水库2供水造成的不蓄电能损失，不仅包括此时刻以后流过电站2的天然流量，还应包括上游水库1的库容中的蓄水量V1，即此时刻以后可能流过水电站2的总水量,2023/3/12,79,串联水电站蓄放水次序,2023/3/12,80,串联水电站蓄放水次序,2023/3/12,81,串联水电站蓄放水次序,2023/3/12,82,串联水电站蓄放水次序,可由K值判定放水次序，K小的先放。一般情况下由于上游电站的 Wi较小，H值又较大，所以K值较小，因此，上游先放水有利，只有当上游电站的F值已很小，V1也很小时，即当W1比W2小得多，而F1比F2小很多时，才会使K1K2，改变为下游水库先放水,2023/3/12,83,串联水电站蓄放水次序,蓄水期蓄水次序蓄水期NTPN，需蓄水NNTPN，判别最优蓄水准则：所增加的不蓄电能最大 如水库1先蓄,2023/3/12,84,串联水电站蓄放水次序,如水库2先蓄水，则 此时水库1与水库2先蓄水的条件是：dE1dE2,2023/3/12,85,串联水电站蓄放水次序,2023/3/12,86,串联水电站蓄放水次序,
