1、第 卷第期 年月水电能源科学 ：正常运行期条件下三峡电站发电能力分析谭政宇，胡挺，周曼，张松，郭率，时玉龙（中国长江三峡集团有限公司流域枢纽运行管理中心，湖北 宜昌 ）摘要：为复核正常运行期条件下三峡电站的发电能力、探究不同调度方式及上游水库调蓄对三峡电站发电能力的影响，以初设方案、优化调度方案、版调度规程方案、版调度规程方案为调度计算模型，选取初步设计测算所用 年宜昌站天然径流系列，在考虑上游主要控制性水库的基础上进行还现计算以反映正常运行期三峡入库径流特征，并对比分析了天然、还现径流分别按照四种调度模型运行情景下的三峡电站发电能力。结果表明，正常运行期条件下三峡电站发电能力为 ，较设计值提
2、高了 ；通过优化调度方式可显著提升水库 月蓄满率，相比初设方式，三峡电站发电能力提升约 ；在上游水库调蓄作用下三峡年内入库径流系列明显坦化，水资源利用率有效提升，三峡电站发电能力提升约 。关键词：调度方式；水库调蓄；发电能力；三峡水库中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：，修回日期：基金项目：国家重点研发计划（）；国家自然科学基金资助项目（）作者简介：谭政宇（），男，硕士、助理工程师，研究方向为水库优化调度，：通讯作者：胡挺（），男，高级工程师，研究方向为水库优化调度，：1概况三峡电站初步设计中以多年平均发电量为发电能力表征指标，基于宜昌站天然历史径流系列，测算三峡电站发电能力为 。
3、年 月日完成整体竣工验收转入正常运行期以来，三峡运行边界条件较初步设计已发生较大改变，主要体现在调度方式、入库径流情势两方面。其中在调度方式层面，为充分发挥三峡电站综合效益，围绕三峡水库汛期运行水位动态控制、中小洪水分级调度、提前蓄水调度、汛末洪水资源利用、生态补水调度等展开研究，形成了丰富的理论成果，通过结合已有研究和调度实践经验，三峡调度方式经历了多次优化，包括三峡初步设计调度方式（简称初设方式）、三峡水库优化调度方案（简称优化调度方案）、三峡（正常运行期）葛洲坝水利枢纽梯级调度规程（简称 版规程方案）、三峡（正常运行期）葛洲坝水利枢纽梯级调度规程（年修订版）（简称 版规程方案），正常运行
4、期依据 版规程方案运行；在入库径流情势层面，随长江上游大型水库群的陆续建成，三峡入库径流相比天然情景呈汛期来水减少、枯期来水增加的态势，水量时空分布明显改善。然而目前鲜有针对正常运行期条件下三峡电站发电能力方面的研究。鉴此，本文以现状水平年上游主要水库蓄泄计划为依据，还现初设阶段天然径流，复核正常运行期条件下三峡电站发电能力，并分析了不同运行条件对三峡电站发电能力的影响，以期为进一步挖掘三峡电站发电潜力提供参考。2三峡水库不同调度方式数学概化为复核正常运行期条件下三峡电站发电能力、探究不同调度方式对发电能力的影响，本文结合近年来三峡实际运行中重要节点控制水位、流量及出力要求对已有四种调度方式，
5、进行编程建模，构建四种调度计算模型，模型中主要约束条件见表。3径流还现方法与初步设计测算保持一致，本文采用 表三峡水库不同调度方式约束条件控制表 约束分类时期 指标名称初设方式优化调度方案 版规程方案 版规程方案水位约束汛期月 日月 日：月 日 月 日中小洪水调度：兼顾城陵矶防洪调度：月 日 月日中小洪水调度：兼顾城陵矶防洪调度：月 日 月日中小洪水调度：兼顾 城 陵 矶 防 洪 调 度：非汛期 月日：月 日：月：月底：不低于 月底：月日：月 日：月 日：月 日：月：月 日：月日：月 日：不超过 月 日：月 日：月：月 日：不超过 月日：月 日：不超 月 日：月底：月：月 日：不超过 月日：日
6、变幅枯水期：下降 ，月 日 月 日下降流量约束最小下泄流量保证出力及下游庙嘴水位不 低 于 （约 ）对应流量较大值 月上中下旬：、其他：月上中下旬：、其他：月：其他：最大下泄流量根据泄流曲线确定出力约束保证出力 装机容量 年天然径流，同时为反映正常期运行条件下三峡入库径流情势变化，结合现状水平年上游主要水库群基础资料还现天然径流，还现方法为：选取长江上游主要控制性水库，根据各水库蓄泄计划及水位库容特征曲线，计算上游水库群每月蓄（泄）水总量，进而得到每月因上游水库蓄（泄）水而导致的三峡入库径流变化量。3.1上游水库群年度蓄泄计划选取长江上游主要控制性水库共 座，即梨园、阿海、金安桥、龙开口、鲁地
7、拉、观音岩、两河口、锦屏一级、二滩、乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、紫坪铺、瀑布沟、碧口、宝珠寺、亭子口、草街、构皮滩、思林、沙沱、彭水。水库最早蓄水时间为月初（金中水库），最晚蓄水时间为 月初（瀑布沟、紫坪铺、碧口、宝珠寺），其他水库均月起蓄，消落起始时间统一按 月简化处理。锦屏一级、二滩和溪洛渡水库在实际运行过程中，一般先消落至死水位，汛前回蓄至汛限水位，其中锦屏一级及溪洛渡于月消落至死水位，二滩电站于月消落至死水位。3.2还现径流变化分析结合还现方法和水库蓄泄计划，得到还现径流量见图。由图可知，月受上游水库蓄水影响三峡月平均入库径流量相比天然径流量分别减少 、。月次年月受上游水库消落影响
8、三峡月平均入库径流图 年多年平均各月径流量情况 量较天然径流量分别增加 、。4计算场景设置及结果分析4.1模拟场景设置选取多年平均发电量为三峡电站发电能力表征指标。水电常规发电量计算公式为：（）式中，为电站综合出力系数；为发电流量；为发电水头。受制于实际运行资料的缺乏，初设阶段采用固定值法进行发电能力测算，然而不同工况下值是动态变化的。鉴此，以原始初设固定值测算方案为本文模拟方案（场景），其他场景均结合最新动态值曲线进行模拟，以天然、还现径流量分别按照四种调度模型计算设置为场景，见表。其中值动态控制方法为：根据水电能源科学 年第 卷第期谭政宇等：正常运行期条件下三峡电站发电能力分析表模拟测算场
9、景设置 场景编号水库调度方式径流系列出力计算方式初设方案天然固定值天然固定值还现固定值优化调度方案天然固定值还现固定值 版规程天然动态值还现动态值 版规程天然动态值还现动态值电站多年运行数据拟合得到毛水头与之间的关系曲线（图），计算过程中利用线性插值函数实现值的动态控制。图三峡电站不同值曲线 4.2计算结果分析4.2.1正常运行期下三峡电站发电能力图为不同场景下三峡电站发电量情况，表为不同场景下年发电量与年来水量相关关系统计，图为 年来水情势。由图可知，场 景中 三 峡 电 站 发 电 能 力 为 ，与初设阶段结果一致，正常运行期条件下（场景）发电能力为 ，相比初步设计提高了 。场景中各年发电
10、量与来 水 总 量 基 本 呈 正 比，两 者 相 关 系 数 为 （表），但也存在部分年份来水量大、发电量反 而 小 的 情 形，如 年 来 水 量 ，为系列最大年份，但系列最大发电量年份为 年（来水量 ），结合图可知，这是因为 年来水主要集中于月，洪水资源不能得到充分利用，天然、还现情况下月来水总量分别为 、，占比分别为、，而蓄水期和消落期来水偏少。结合表及图、可知，其他场景变化规律与场景一致，表明调度方式一定的情况下，年来水总量和年内来水分布均为影响电站发电能力的重要因素。4.2.2不同调度方式对三峡电站发电能力影响分析由图可知，天然径流下按照四种调度方式模拟计算三峡电站发电能力分别为
11、、（对应场景、），还现径流下按照四种调度方式模拟计 算发电能力分别为 、图不同场景下三峡电站发电量情况 表不同场景下年发电量与年来水量相关关系统计 场景 相关系数 图 年来水情势 、（对应场景、）。对比分析可知，模型输入径流一致情景下，随调度方式优化三峡发电能力同步提升，相比初设方案，天然、还 现 情 景 下 三 峡 发 电 能 力 分 别 提 升 、。图为不同径流系列下三峡各月多年平均发电量。由图可知，由于调度方式优化主要聚焦于汛期洪水资源利用，故汛期电量提升效果相对明显，天然、还现情景下汛期电量较初设方式分别提高 、。另外，月电量较初设方式提升效果同样显著，这是因为初设方案中水库 月初起蓄
12、且水位一般为 ，而其他调度方式起蓄时间提前至月中旬左右，故 月库水位相比初设方案普遍较高，相同出库流量条件下发电效益更好。图不同径流系列下三峡各月多年平均发电量 4.2.3上游水库调蓄对三峡电站发电能力影响分析由于上游水库“丰蓄枯补”的调节作用，三峡年内来水分布明显坦化，同种调度方式下还现情景较天 然 情 景 三 峡 电 站 发 电 能 力 增 加 约 。结合图可知，受上游水库蓄水影响，三峡入库径流量较天然径流量减少，同种调度方式下还现情景下 月发电量相比天然情景减少 ，受上游水库消落补水影响，还现情景下 月次年月发电量相比天然情景增加 。4.2.4不同场景下三峡电站发电能力影响指标分析为更全
13、面分析不同调度方式及上游调蓄对三峡电站发电能力的影响，选取水资源利用率、月蓄满率、年发电量超 年数及占比、系列最大及最小年发电量为三峡发电能力影响评价指标，相关指标统计见表。由表可知：从水资源利用来看，受上游水库的调节作用，相同调度方式下还现径流系列水资源利用率更高；通过调度方式优化，水资源利用率基本呈同步增长，但场景、相比场景水资源利用率有所下降，这是因为弃水主要集中在汛期，相较于固定值法，动态值计算过程中值更大，故相同出力下发电流量更小、弃水更多。从蓄水来看，初设方案起蓄时间较晚且起蓄水位较低，故仅有少数年份能在 月底蓄至 ，多数年份仅能通过延长蓄水时间至 月以完成蓄水任务，而其他调度方案
14、因起蓄时间提前，蓄水压力得到有效缓解，所有年份基本可在 月底蓄至 。从发电指标来看，在调度方式优化与上游水库调蓄 的 协 同 影 响 下，年 发 电 量 超 过 的年份由 增加至，系列最值电量也呈同步上升趋势。表不同场景下三峡主要发电统计指标 场景水资源利用率 月蓄满率年发电量超 系列年发电量 年数相应占比 最大最小 5结论 正常运行期条件下三峡电站发电能力相比设计值显著提高，达到 ；相同调度方式下，上游水库调蓄影响下可提高三峡电站发电能力 。通过调度方式优化，天然、还现径流系列下三峡电站发电能力分别增加 、。在调度方式优化和上游水库调蓄的协同水电能源科学 年第 卷第期谭政宇等：正常运行期条件
15、下三峡电站发电能力分析作用下，三峡电站水资源利用率、蓄满率、电能指标显著提升。参考文献：水利部长江水利委员会长江三峡水利枢纽初步设计报告武汉：水利部长江水利委员会，刘攀，郭生练，王才君，等三峡水库动态汛限水位与蓄水时机选定的优化设计水利学报，（）：胡挺，周曼，王海，等三峡水库中小洪水分级调度规则研究水力发电学报，（）：李雨，郭生练，郭海晋，等 三峡水库提前蓄水的防洪风险与效益分析长江科学院院报，（）：何小聪，鲍正风，鲁军，等 三峡水库汛期末段洪水资源利用调度方式 水电能源科学，（）：戴凌全，蔡卓森，刘海波，等三峡水库枯水期不同运行方式对洞庭湖生态补水效果研究水资源与水工程学报，（）：叶琰，马光文，龙训建，等 金沙江下游及三峡梯级空间径流均匀度变化水电能源科学，（）：，张曙光三峡水库优化调度研究与实践北京：中国三峡出版社，龚文婷，邢龙，胡挺，等新调度规程下三峡工程防洪综 合 效 益 分 析 水 电 能 源 科 学，（）：，（，）：，；，；，：；（上接第 页），：，（）：，：，（）：，：，（）：，（，）：“”，：；