应其霖
国网东北分部绿源水力发电公司太平湾发电厂 辽宁 丹东118000
摘要：梯级水电站各水库间存在着紧密的电力、水力及水利联系，因而水库间具有水文补偿与库容补偿作用，这一作用的发挥关系着汛期梯级水电站的洪水错峰调度。汛期上游电站基于自身调节作用实施拦蓄错峰后减少下游水库弃水，可以增加下游电站的发电量，为下游电站创造可观的发电效益，对此调度方法国内外学者多有研究。
关键词：梯级水电站；拦蓄错峰；调度效益；补偿方法
一、模型构建
1.1弃水风险判断与有效拦蓄水量识别
水电站弃水风险判断：主汛期某水电站上游第i个水库是否存在较大弃水风险，文章提出通过识别库水位进行判断。存在较大弃水风险时的水位指主汛期电站上游第i个水库水位超过Zi值，Zi值是上游第i个水库接近正常高水位或汛期限制水位的差距，其中0＜i≤2，Zi值的计算公式如下：
1）若上游第i个水库接近正常高水位，则：Zi＝Zi正－Xi（1）
2）若上游第i个水库存在汛期限制水位Zi限，则Zi为该汛期限制水位，即：Zi＝Zi限。
阈值Xi为上游第i个水库水位与正常高水位或汛期限制水位之间的落差，计算公式如下：Xi＝(Zi正－Zi死)×0.1（2）
式中：Zi正为上游第i个水库的正常高水位或汛期限制水位，Zi死为上游第i个水库的死水位。
有效拦蓄水量识别：有效拦蓄水量定义为主汛期某电站上游第i个水库水位超过Zi时，上游第i个水库选择采取停机、关闸或减小闸门开度拦蓄的方式为下游水库拦蓄，使得下游水库减少或避免溢洪的水量，上游第i个水库的有效拦蓄水量Vi，计算公式如下：Vi＝Vi末－Vi初＋vTi初＋Δt－v正（3）
1.2计算下游水电站增发电量EΔ
下游水电站减少或避免溢洪的水量为上游水库的有效拦蓄水量，通过识别出上游水库的有效拦蓄水量，进而参考电量E计算公式，可以计算下游水电站的增发电量EΔ。
E＝kqhT（4）
参考电量E计算公式，根据上游水库的有效拦蓄水量，计算下游水电站的增发电量EΔ，计算公式如下：EΔ＝Vikh（5）
式中：k为下游水电站的综合出力系数，h为计算时段内下游水库的平均水头。
1.3增发电量EΔ的分摊与补偿
根据计算时段内上游第i个水库是否产生溢洪，分别按照不同权重系数计算下游水电站对上游水电站的补偿电量EΔi。
1）若计算时段内，上游第i个水库未产生溢洪，则下游水库为上游第i个水库的补偿电量EΔi为：EΔi＝EΔ×0.3（6）
2）若计算时段内，上游第i个水库产生溢洪，则下游水库为上游第i个水库的补偿电量EΔi为：EΔi＝EΔ×0.5（7）
对补偿电量按照总量进行控制，第i个水库全年得到的补偿电量Ei不超过设定值Ei设，计算公式如下： Ei＝Ei设×0.02（8）
式中：Ei为上游第i个水库全年得到的补偿电量上限，Ei设为上游第i个水库的设计多年发电量。
二、模型应用
北盘江流域上游的光照水电站为流域的龙头电站，调节性能为不完全多年调节，而下游的马马崖及董箐水电站为日调节水库，调节性能较差，三座水库之间存在着密切的水文水力联系，具有显著的库容补偿与水文补偿作用。
为此文章以北盘江流域梯级光照、马马崖及董箐三座水电站为实例，建立汛期错峰调度效益分摊补偿模型，并对模型进行求解计算。光照水库正常高水位为745m、死水位为691m；马马崖水库正常高水位为585m、死水位为580m；董箐水库正常高水位为490m、死水位为483m，三座水库均没有汛期限制水位。
2.1阈值与接近正常高水位值计算
1）汛期光照水电站在为下游马马崖、董箐进行拦蓄错峰调度时，对光照水库的调度运行建立模拟模型求解如下：
X2＝(Zi正－Zi死)×0.1＝5.4；
Z2＝745－5.4＝739.6。
即上游第2个水库水位与正常高水位之间的落差阈值X2为5.4m，此水库接近正常高水位是指水库水位在739.6m及以上，即Z2为739.6m。
2）汛期马马崖水电站在为下游董箐进行拦蓄错峰调度时，对马马崖水库的调度运行建立模拟模型求解如下：
X1＝(Zi正－Zi死)×0.1＝0.5；
Z1＝585－0.5＝584.5。
即上游第1个水库水位与正常高水位之间的落差阈值X1为0.5m，此水库接近正常高水位是指水库水位在584.5m及以上。
2.2典型实例
1）洪水情况：8月4日－8月5日光照－董箐电站区间持续中雨改善流域土壤含水情况，在8月6日－7日光照董箐区间普降大到暴雨、局地大暴雨后，马马崖电站时段平均入库流量8月7日21：00上涨至最大值1139m3／s，董箐电站时段平均入库流量8月8日17：00上涨至最大值1808m3／s。经区间流量还原计算后，光照－马马崖电站区间洪峰流量731m3／s，峰现时间8月8日01：00，量级接近区间洪水2a一遇；马马崖－董箐电站区间洪峰流量1003m3／s，峰现时间8月8日08：00，量级接近区间洪水2a一遇。
2）错峰调度情况：①根据光照水库水位运行情况，主动全停为下游错峰拦蓄，光照水库水位由719.92m上涨至723.61m。②滚动调整实时调度方案分析实时错峰条件，及时申请调整梯级水电站出力。临时增加马马崖低谷计划外出力多发电量控制马马崖水库水位在583.71m以下。临时增加董箐计划外出力，多发电量控制董箐水库水位在489.01m，最终马马崖水位在9日18：00涨至最高584.36m，董箐水位在9日06：00涨至最高489.12m，之后两水库水位逐渐降低，两水库在本场洪水调度过程中均未开闸溢洪，同时光照水库在调度过程中也未开闸溢洪。
3）增发电量计算：根据前述增发电量计算公式，计算2018年8月7日－8月9日光照电站全停为下游错峰拦蓄，实现马马崖增发电量1683万kW·h，董箐增发电量6004万kW·h，按照下游水电站对上游水电站的补偿电量EΔi计算公式，可得光照水电站在本场洪水调度过程中将获得补偿电量2306万kW·h。
EΔi＝EΔ1＋EΔ2＝1683×0.3＋6004×0.3＝2306
参考上述计算模型，总结北盘江流域光照、马马崖及董箐三座水电站在6月、8月及9月开展汛期错峰调度，计算马马崖、董箐水电站补偿给上游光照水电站的电量，共计达5842万kW·h，较之前按照《南方电网水电调度运行指标统计规范》计算的光照水电站在汛期错峰调度中抬高水位节水增发电量1111万kW·h增加了4731万kW·h，证明作为龙头水库的光照水电站在汛期错峰调度中发挥着重要的调节作用。
三、结语
通过梯级水电站间上游水库对下游的补偿调节，可以显著改善下游的发电效益，这毋庸置疑，但上游水库在调度过程中发挥的作用却并未得到应有补偿。文章探索性提出一种梯级水电站汛期错峰调度效益补偿方法，通过给予具有不完全多年调节的光照水电站以一定的补偿效益，体现其在梯级水电站群中的调节作用，但文章提出的方法仍未能完全脱离梯级水电站的运行经验。展望国内已建的或在建的并在国民经济建设中发挥着重要作用的大型梯级水电站群，对其补偿效益分摊的研究，将会给同类工作提供更科学的参考依据。
参考文献：
[1]余良坤.南流江中下游河库洪水错峰调度的应用[J].水利科技与经济，2017，23（08）：44－47.
[2]高仕春，万飚，梅亚东，等.三峡与清江梯级水电站群联合调度补偿效益分析[J].长江科学院院报，2006，23（01）：53－56.