книги из ГПНТБ / Резниковский, А. Ш. Управление режимами водохранилищ гидроэлектростанций

(до отметки НОУ). Для периода наполнения водохрани­ лища до отметки НПУ построение границ зоны гаранти­ рованной отдачи выполняется по той же схеме, но для других гидрологических периодов. Их водность должна быть достаточной для заполнения водохранилища-ком­ пенсатора до НПУ без превышения общей гарантирован­ ной отдачи ГЭС системы.

Рассмотрим, как строится на диспетчереком графике з о н а м и н и м а л ь н о д о п у с т и м ы х о т д а ч г и д р о ­ у з л а (зона II на рис. 5-12). Как указывалось выше, по­ явление такой зоны возможно в избыточных системах (по мощности и энергии). В этом случае, который бывает сразу после пуска в эксплуатацию крупного гидроузла, в течение некоторого периода времени обеспечения про­ ектной величины гарантированной отдачи системе не требуется. Минимально допустимая отдача— эта такая энергоотдача гидроэлектростанций, которая необходима при максимально допустимой (по числу часов использо­ вания) загрузке тепловых электростанций системы. По­ строение зоны минимально допустимых отдач ГЭС про­ изводится в следующем порядке:

а) выбираются расчетные маловодные периоды с раз­ личным распределением стока по годам (см. приложе­ ние II);

б) от минимально допустимой отметки воды в водо­ хранилище ‘(от УМ'О или несколько превышающей его отметки, т. е. принятой с некоторым запасом) в конце критического периода выполняется расчет регулирова­ ния стока в 'направлении, обратном течению времени, (обратным ходом) при минимально допустимой отдаче ГЭС системы. В результате расчета находятся уровни воды за весь период, в том числе отметка, до которой должно быть наполнено водохранилище ГЭС-компенса- тора в- начале маловодья;

в) верхняя огибающая уровней, полученная в резуль­ тате расчетов по всем отобранным маловодным перио­ дам, принимается в качестве верхней границы зоны ра­ боты ГЭС с минимально допустимой в системе отдачей. Зона минимально допустимой отдачи на диспетчерском графике (рис. 5-12) соответствует объему воды в водо­ хранилище, резервируемому для бесперебойной работы энергосистемы в случае наступления крайне маловодных периодов.

Рис. 5-12. Построение зоны минимально допустимой отдачи на диспетчерском графике работы гидроузла-ком­ пенсатора в развивающейся системе.

Линии /, 2 — границы зоны; а—г — уровни воды в водохранилище в различные расчетные маловодные периоды.

Линии а—г на рис. 5-12 — хронологические графики уровней воды в водохранилище, получаемые из условия работы ГЭС с минимально допустимой отдачей, -путем расчета от УМО обратным ходом; линия 2 — верхняя огибающая полученных уровней. 'Ветвь наполнения, ли­ нии 2 построена на основании расчетов наполнения во­ дохранилища при минимальной допустимой отдаче ГЭС от наинизшей точки линии 2 в условиях маловодных по­ ловодий, достаточных для заполнения водохранилища, до наивысшей точки линии 2 к началу следующего ма­ ловодного периода.

Для периода начального наполнения водохранилищ (рис. 5-5) зона гарантированной отдачи диспетчерского графика строится путем обобщения результатов расчетов регулирования речного стока на заданные величины от­ дач в условиях расчетной водности. Линии 10 и 11 стро­ ятся как верхняя и нижняя огибающие уровней воды в наполняемом водохранилище при гарантированной отдаче. Линия 9—верхняя огибающая уровней воды при минимальном расходе воды через водопропускные соору­ жения и турбины вводимой ГЭС. После пуска ГЭС зона VII— минимального расхода через гидроузел смыкается с зоной минимальной допустимой мощности /, зона га­ рантированного расхода VIII — с зоной гарантированной мощности II.

За окончание начального наполнения водохранилища принимается момент пересечения фактическими уровня­ ми воды в водохранилище верхней границы зоны гаран­ тированной отдачи или, если период маловодный, момент пересечения фактическими уровнями воды хронологиче­ ского графика уровней в тот же год расчетного периода

внормальных условиях эксплуатации.

Впериод начального наполнения водохранилищ прин­ ципиальные отличия диспетчерских графиков гидроуз­ лов-компенсаторов проявляются лишь после того, как на­ капливается объем воды в водохранилище, достаточный для выполнения компенсирующих функций.

Впериод нормальной эксплуатации гидроузла-ком­ пенсатора начальное наполнение водохранилища компен­ сируемого гидроузла отражается на размере режимных зон диспетчерского графика компенсирующего водохра­ нилища, на конфигурации их границ, на величине сум­ марной отдачи ГЭС системы.

133

5-5. Способы оптимального распределения

избыточной энергии

В общем случае границы зоны избыточной энергии (зоны избытков) определяются в результате расчетов оп­ тимизации энергоотдачи во все периоды, превышающие по 'водности расчетные маловодные. При этом необходи­ мо учитывать различные возможные условия сопряжения границ этой зоны на диспетчерском графике с зонами минимально допустимой отдачи (гарантированной отда­ чи) и безопасности.

Расположение зоны оптимального распределения из­ быточной энергии (выше линии 2 на рис. 5-12) относи­ тельно зоны минимально допустимой отдачи на плоскости диспетчерского графика может быть различным.

1. Нижняя граница зоны избытков расположена вы­ ше верхней границы зоны минимально допустимой от­ дачи. В этом случае сопряжение указанных диспетчер­ ских зон зависит от следующих обстоятельств: если во­ дохранилище запроектировано с учетом возможности ис­ пользования некоторой части его емкости в качестве ре­ зерва энергии в системе, то между зоной оптимизации и зоной минимально допустимой отдачи может распола­ гаться зона использования резерва (выше линии 2 на рис. 5-12); если ГЭС не несет функций резерва энер­ гии, то нижняя граница зоны оптимального распределе­ ния избытков может примыкать к верхней границе зоны минимальной отдачи.

2. Нижняя граница зоны избытков пересекает зону минимально допустимой отдачи. В этом случае зона из­ бытков сужается и в качестве ее нижней границы при­ нимается верхняя граница зоны минимально допустимой отдачи. Поэтому во всех случаях расчеты оптимизации избыточной отдачи гидроузла должны производиться с учетом верхней границы зоны минимальной отдачи и нижней границы зоны максимальной отдачи. Последнее связано с условиями безопасности сооружений при про­ пуске расчетных половодий.

Как уже отмечалось, в зоне избытков возможно при­ менение различных правил управления. Их достаточно полный обзор и анализ были даны в § 5-1. Некоторые из них, например равномерное увеличение отдачи в соответ­ ствии с наполнением водохранилища (рис. 5-1), являют­ ся эвристическими и базируются на очевидных сообра-

1 3 4

жениях. В основе большей части других хметодов лежит оптимизация режимов работы водохранилищ системы в соответствии с некоторым критерием. В § 5-1 и 5-2 были показаны преимущества и целесообразность использования автономно-иерархических приемов управ­ ления работой каскадов водохранилищ в системах. Применительно к этим приемам управления ниже и бу­ дут даны некоторые способы оптимального распределе­ ния избытков в системе.

Таким образом, исходными посылками последующего изложения являются: 1) иерархическая структура управ­ ления водохраиилищахми системы разработана (§ 5-2) и используется при оптимизации режихмов работы гидроуз­ лов системы; 2) необходимые для расчетов гидрологи­ ческие периоды смоделированы (гл. 3) и отобраны (при­ ложение II); 3) расчеты по оценке целевой функции,под­ лежащей оптимизации, выполнены, и получена обобща­ ющая зависимость затрат в системе от величины отда­ чи гидроузлов; 4) произведена серия расчетов оптими­ зации режимов работы водохранилищ системы по ото­ бранной 'гидрологической информации, которая и явля­ ется основой разработки правил управления работой гидроузлов в зоне избытков.

Здесь будут рассмотрены два пути построения пра­ вил управления: эвристический и регрессионный.

Эвристические способы распределения избыточной энергии. Таких способов можно предложить достаточно много. Рассмотрим пять наиболее очевидных. В качест­ ве примера возьмем трехлетний период развития неко­ торой системы, в течение которого установленная мощ­ ность ГЭС полностью не используется, а минимально допустимая отдача ГЭС обеспечивается транзитным сто­ ком. Поэтому зона избытков занимает все поле диспет­ черского графика.

1. Первый, показанный на рис. 5-13 диспетчерский график, построен по принципу максимально возможного использования стока. Поэтохму в качестве нижней грани­ цы зоны IV принято наиболее низкое положение уровней воды в водохранилищах, имеющих место в наиболее мно­ говодные периоды лет при оптимальном режиме работы ГЭС (линия 2). Для наиболее хмноговодных лет опти­ мальный режим работы ГЭС может оказаться одинаковыхм. В этОхМ случае при назначении отдачи по диспет­ черскому графику режим ГЭС в многоводные годы не

135

будет отличаться от оптимального. Ниже линии 2 распо­ лагается зона работы ГЭС с отдачей, средней из опти­ мальных для критически маловодных периодов. Таким образом, вторым принципом, по которому построен рас­ сматриваемый диспетчерский график, является условие обеспечения режима, наиболее близкого к оптимальному

Рис. 5-13. Первый вариант диспетчерского графика работы гидро­ узла-компенсатора для трехлетнего расчетного периода развития системы.

V —зона максимального расхода воды через гидроузел-компенсатор; IV — зона

маловодных периодов; линия 2 — граница между зонами.

в маловодные годы. Однако при назначении размера от­ дачи по диспетчерскому графику режим .работы ГЭС энергосистемы в маловодные годы, а тем более в сред­ ние будет в общем случае отличен от оптимального. Это объясняется тем, что оптимальный режим работы ГЭС для средних и маловодных лет неодинаков, и тем, что часть зоны оптимальных режимов для маловодных и средних лет отсечена зоной оптимальной работы в мно­ говодные годы.

136

2. На диспетчерском графике (рис. 5-14) граница между зонами IV и III построена как верхняя огибаю­ щая уровней воды .в водохранилищах в маловодные годы при условии работы ГЭС в оптимальном режиме. По сравнению с диспетчерским графиком на рис. 5-13 гра­ ница между двумя зонами повысилась, вследствие чего

Рис. 5-14. Второй вариант диспетчерского графика работы гидро­ узла-компенсатора для тре.хлетнего расчетного периода развития системы.

мы; //7 —зона отдачи гидроэлектростанций системы, средней из оптимальных для маловодных периодов; линия 2 — граница между зонами.

сузилась зона работы ГЭС с максимально допустимой отдачей *. В этом случае частота совпадений фактиче­ ского режима с оптимальным увеличится_в маловодные и уменьшится в многоводные годы. Способ обобщения результатов расчетов оптимизации отдачи ГЭС при по­ строении диспетчерских графиков, приведенных на рис. 5-13 и 5-14, практически одинаков, различны лишь1

1 Такой режим в данном случае оказался оптимальным для многоводных лет.

137 •

приемы построения границы между зонами максималь­ ной и избыточной отдачи.

3. Диспетчерский график на рис. 5-15 также построен по результатам расчетов оптимизации отдачи ГЭС при их совместной работе в энергосистеме, но способ обоб­

графика. Диспетчерский график на рис. 5-15 получен пу­ тем осреднения величин отдачи ГЭС в равных интерва­ лах уровней водохранилища гидроузла-компенсатора. При таком способе обобщения и достаточно большом расчетном ряде периодов возможности приближения к оптимальнохму режиму работы во всех гидрологических условиях практически одинаковы. Необходимо указать, что построение такого диспетчерского графика без выде­ ления зоны максимальной допустимой отдачи или зоны работы ГЭС-компенсатора с установленной мощностью возможно только в том случае, когда пропускной способ-

138

пости гидроузла достаточно для трансформации расчет­ ных половодий при НПУ.

4. На диспетчерском графике (рис. 5-16) выделена только зона принудительной сработки, назначением ко­ торой является подготовка водохранилища к пропуску весеннего половодья. Ниже этой зоны находится область работы ГЭС энергосистемы с гарантированной отдачей. Под гарантированной отдачей в данном случае подразу­ мевается энергоотдача ГЭС энергосистемы, которая мо­ жет быть обеспечена бесперебойно в расчетном маловод­ ном периоде при сработке к концу его всей полезной емкости водохранилища-компенсатора. Распределение гарантированной отдачи во времени (внутри года и меж­ ду годами) осуществляется в соответствии с требовани­ ями потребителей. Такой диспетчерский график обеспе­ чивает максимальную зарегулированность энергии. Ис­ пользование стока на ГЭС-комленсаторе в данном слу­ чае будет ниже, чем три работе по диспетчерским гра­ фикам на рис. '5-13 и ‘5-14. В какой-то мере это может выразиться в снижении выработки энергии.

5. На диспетчерском графике (рис. 5-17) зона гаран­ тированной отдачи разбита на две подзоны. Величина гарантированной отдачи, обеспечиваемая при помощи диспетчерского графика (рис. 5-16), в данном случае пе­ рераспределяется во щремени. Величина гарантирован­ ной энергоотдачи увеличивается за счет снижения ее обеспеченности, за пределами которой в энергосистему выдается так называемая сниженная энергоотдача. Нор­ мальная гарантированная отдача обеспечивается за счет емкости водохранилища-компенсатора, ограниченной сверху нижней границей зоны IV (линия 2), снизу — линией 1. Сниженная гарантированная отдача выдается за счет расходования емкости водохранилища-компен­ сатора, ограниченной сверху линией 1, снизу — УМО.

Регрессионный способ управления распределением избыточной энергии. Данный метод построения правил управления режимами работы водохранилищ, которые ниже будут называться управляющими функциями, ос­ нован на обобщении результатов оптимизационных рас­ четов с использованием методов множественного кор­ реляционного и регрессионного анализа. Для каждого временного интервала определяется основной регулируе­ мый параметр, например мощность или расход воды гидроузла. Эта мощность или расход ставятся в зави­

139

симость от всех факторов, определяющих режим работы водохранилищ и однозначно известных к началу рас­ сматриваемого временного интервала. В качестве таких факторов принимаются 'показатели, характеризующие запас воды в водохранилищах группы ГЭС в рассматри­ ваемый момент времени, приток воды к водохранилищам и т. д. Число и вид этих параметров зависит от состава

Рис. 5-16. Четвертый вариант диспетчерского графика работы гидро-

и расположения ГЭС в системе, характера и глубины регулирования стока водохранилищами.

Для водохозяйственных систем с многоступенными каскадами комплексных гидроузлов управляющие функ­ ции очень сложно записать в аналитическом виде из-за большого числа факторов (Л. 72, 85]. Для уменьшения размерности задачи используются автономно-иерархиче­ ские приемы управления сложными системами, о кото­ рых говорилось выше. В этом случае ГЭС с водохрани­ лищами, обладающими наименьшими возможностями

140