陈哲昊

（安徽响水涧抽水蓄能有限公司，安徽 芜湖 241000）

0 引言

水库水位波动对水电厂电力输出具有显著影响。当水库水位下降时，水电厂的发电能力会受到限制，因为水位的降低会减少可用的水能，导致发电机组的出力减少，这将直接导致电力输出的降低。相反，当水位上升时，发电能力会增加，因为可用的水能增多，发电机组的出力也会增加，从而提高电力输出。因此，水库水位的波动对水电厂的电力供应和电力负荷平衡具有重要影响。

1 工程概况

响水涧抽水蓄能电站距离繁昌县城约25 km，距离芜湖市约45 km。该工程是一座日调节纯抽水蓄能电站，装机容量为1 000 MW，共有4台单机容量为250 MW的立轴单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组。响水涧抽水蓄能电站通过两回500 kV出线接入华东电网，承担着华东电网的多项重要任务，包括调峰、填谷、调频、调相及应对事故的备用。电站枢纽建筑物分为地面建筑物和地下建筑物两大部分，地面建筑物包括上水库、下水库、中控楼、继保楼、500 kV开关站和永久设备库等设施，而地下建筑物则包括输水隧洞、地下主厂房、副厂房、主变洞、母线洞、进厂交通洞、通风兼安全洞以及500 kV出线洞等。

2 响水涧水库水位波动对水电厂电力输出的影响

2.1 水位波动对发电产能的直接影响

2.1.1 水位降低对水电厂发电效率的影响

水位降低会对水电厂的发电效率造成直接影响。当水位降低时，上下水库水位之差即水头减小，导致发电过程中的可用水量减少，进而降低了水电厂的发电产能。此时，发电电动机的输出功率也会随之降低，影响电力输出的稳定性和可靠性。水位降低还可能导致水轮机的叶片出现空化现象，即水流速度过快导致叶片表面产生气泡，降低了发电电动机的效率。同时，水位下降还可能导致发电机进水口淤泥、杂物增多，增加了设备的维护难度，进一步影响了发电效率和运行稳定性[1]。

2.1.2 水位上升对水电厂发电能力的影响

首先，当水位越限超过最高值时，可能导致水库出现溢洪，造成水能浪费和发电量损失，并影响安全稳定生产。其次，水位上升可能导致发电机转速发生变化，需对其进行调整，而发电机在特定转速下能够达到最佳效率，如果水位上升导致转速超出这个范围，发电效率可能下降。此外，水位上升还可能导致水库库区周围土地的淹没，增加了环境保护和社会安全方面的压力。针对这种情况，水电厂需要根据水位上升的速率和幅度，及时进行发电调度，采取应对措施，以确保发电过程的安全性和稳定性。

2.2 水位波动对发电调度的挑战

2.2.1 水位波动导致的电力波动

水位波动对水电厂的电力输出会产生不可忽视的影响，这种波动直接导致了电力的起伏变化，进而影响电网的稳定性和运行质量。当水位发生快速上升或下降时，水电厂的发电能力会随之迅速增减，导致电力输出出现波动。这样的电力波动会在电网中传导，并可能引起电压波动、频率波动等问题，甚至触发电力系统的保护装置，导致线路的断电或电力设备的跳闸，造成供电不稳定的情况[2]。

电力波动对电网的影响可能不仅仅局限于发电厂所在地区，还可能影响到其他地区的电力供应。当发电厂处于峰值状态时，电网可能面临电力过剩的问题；而当发电厂处于低谷状态时，电网可能面临电力短缺的风险。这种电力波动会增加电网运行的复杂性，对电力系统的稳定性和安全性提出更高要求。

2.2.2 不稳定水位对电网调度的影响

在面对水位波动时，电网调度需要灵活应对，根据水位变化及时调整发电计划，合理安排发电机组的运行状态，以保障电力系统的平衡和稳定运行。同时，电网调度还需要考虑到不同地区的电力需求和供给状况，以实现跨区域电力调度和平衡。因此，不稳定水位对电网调度的影响不容忽视，需要制定相应的应对策略和调度方案。电力波动将对电网稳定性和运行质量产生直接影响，而不稳定水位给电网调度带来了更高的复杂性和难度。为有效解决这些挑战，需要加强水电厂与电网之间的协调，建立灵活的电力调度机制，以确保电力系统的稳定运行和可靠供电。

3 响水涧水库水位波动调控方法

3.1 水库调度管理

3.1.1 基于水位预测的调度策略

水位预测是一种重要的水库调度管理方法，通过利用历史水位数据、气象预报、往期负荷计划等信息，对未来一段时间内的水位变化进行预测。基于水位预测的调度策略可使水电站提前做好准备，合理安排发电抽水计划，降低水位波动对电力输出的影响。假设预测结果显示未来一段时间内水位会出现较快速的上升趋势，水电厂可以在此时适度增加发电量，充分利用水资源，以避免水位上升过快时的溢洪损失。相反，如果预测结果显示未来三天内水位将持续下降，水电厂可以适时减少发电量，留存一定的水量，以备不时之需，避免因水位下降导致的发电能力下降和设备损坏[3]。

3.1.2 干旱季节与雨季水库水位调整

在干旱季节，水库水位通常会下降，因为降雨量减少，河流和湖泊的水量也会减少，相应地，响水涧电站水库也存在丰枯水季。在干旱季节，应尽量减少水库内水源向外渗漏的途径，放慢水库的排水速度：通过降低水库的排水速度，可以让水库中的水更长时间地留在水库中；增加水库的蓄水量：可以通过购买或租赁其他水源的水来增加水库的蓄水量。在雨季，则应加快水库的排水速度：通过加快水库的排水速度，可以减少水库中的水量，从而防止水库溢出；控制水库的入水量：通过限制进入水库的水量，可以控制水库的水位[4]。

对水库水位的实时调控，有助于机组在一个合理的水头范围内运行，也能够为调度安排日负荷计划曲线提供更大的裕度，同时也有助于保护水库周边生态环境，实现水资源的合理分配和利用。

3.2 调速器设备的应用

根据表1中的调速器系统参数表，响水涧水库采用SAFR-2000H型微机调速器和ZFL-GE-125型液压操作柜来实现水轮机的调速控制。SAFR-2000H型微机调速器通过人工转速死区范围设置，可以在0%～±10%的范围内调整水轮机的转速，以适应不同负荷需求和水位波动情况。液压操作柜采用ZFL-GE-125型，通过调节参数范围Bp、Kp、Ki、Kd来控制水轮机的转速和输出功率，实现更精细化的调节。而液压随动系统采用FC5000双伺服比例阀冗余系统，额定油压为6.3 MPa，保证了调速器系统的可靠性和稳定性。

表1 调速器系统参数表

根据表2中各水头下的限制参数，响水涧电站针对不同水头情况制定了开度限制策略。在不同水头下，水轮机的空载开度、抽水开度、最小开度和最大开度有所不同，以适应不同水位变化时水轮机的运行。同时，为保证发电安全和设备运行，对功率也进行了限制，确保水轮机的运行在102%以内。

表2 各水头下的限制参数

基于以上调速器设备参数和水头限制参数，响水涧水库水位波动调控方法如下：

1）调速器参数优化：根据实际水位波动情况，对SAFR-2000H型微机调速器和ZFL-GE-125型液压操作柜中的调节参数进行优化设置。通过合理调整Bp、Kp、Ki、Kd等参数，使得水轮机的转速能够快速响应水位波动，实现更稳定的电力输出。

2）水库水位适应电网负荷调整：响水涧电站根据负荷计划以及一段时间内的水位变化情况，制定适宜的发电抽水计划。通过协调时期水库水在上下库库盆之间的调度以及根据电网负荷情况，实现水泵水轮机的合理运行，降低水位波动的幅度。

3）灵活开度控制：根据表2中各水头下的限制参数以及实际水位情况，灵活调整水轮机的开度，使其在合适的范围内运行。尤其是在水位上升或下降较快时，及时调整开度，以避免溢洪或水轮机叶片空化等问题。

综上，响水涧水库水位波动调控方法主要包括调速器参数优化、水库水位适应电网负荷调整和灵活开度控制。通过合理运用调速器设备和联合调度策略，响水涧水库能够更好地应对水位波动，保障水电厂的稳定运行和电力供应。

3.3 与电网的协调与配合

3.3.1 响水涧电站与电网之间的调度协调

首先，响水涧电站与所属调度管理部门根据电网负荷需求和水库的蓄水情况，由响水涧电站上报日最大发电点数，调度计划处下发每日负荷计划。根据电网的调度要求，水库调整水位、水库库容等，以满足电力需求和保障电网稳定运行。特别是在电力负荷波动较大的峰谷时段，响水涧电站能够根据电网的需求进行调峰填谷，提供相应的电力支撑，平衡电网负荷。其次，响水涧电站积极响应电网的调度指令。根据电网调度的要求，及时进行发电机组的启停，调整发电机的运行状态，以保持水库的水位稳定和电厂的平稳发电。在电网调度有调频、调相等需要时，响水涧水库也能够及时配合进行相应调整，以保障电网频率和电压的稳定。

3.3.2 增强电网调峰填谷能力

为了更好地响应电网的调峰填谷需求，响水涧电站采取一系列措施来增强电网调峰填谷能力。首先，优化水库的调度策略。通过提前进行水位预测，合理制定调峰填谷计划，确保在电网负荷波动较大时，水库水位能够及时进行调整，以满足电网需求。其次，利用水库的蓄能特性。响水涧水库作为蓄能水电站，具有较强的调峰填谷能力。在电网负荷高峰时，水库可以蓄水，储存水能；而在电网负荷低谷时，水库可以释放储存的水能，进行发电，以平衡电网负荷。此外，响水涧水库与其他水库进行联合调度，共同参与电网的调峰填谷[5]。通过与上下游水库的协调，形成一个整体的水能调配系统，实现跨区域的电能互补和调峰填谷，提高电网的调峰填谷能力。

4 结束语

水库水位波动对水电厂电力输出具有重要影响，因此调控水库水位是保障电力供应稳定的关键。本文研究了响水涧水库水位波动对电力输出的影响，并提出了相应的调控方法。通过加强水库水位的调控、优化发电机组的运行策略，以及引入可再生能源和储能技术，可以有效应对水库水位波动带来的电力供应不稳定问题。这些调控方法不仅可以提高电力输出的稳定性，还能够推动可再生能源的发展和利用。未来，随着技术的不断进步，相信水库水位调控和电力输出的优化将变得更加精准和可靠，为可持续能源发展做出更大的贡献。