水能计算原理及工作曲线使用与计算调度

（一）水能计算基本原理

水能是水资源的重要价值之一。水能开发是水资源综合开发利用的重要组成部分。水能计算的基本方程

式中　N——出力；

K——出力系数，它是包含了水轮机、发电机、连接传输设备效率的综合，原则上是一个随水头而变化的量；

H——净水头，它由上、下水位差扣除各种水头损失而得；

q——发电流量。

水能在计算阶段包括确定水电站参数（工作容量、重复容量、备用容量、装机容量）与经济指标（保证出力，多年平均电能）的各个方面，内容十分丰富。在运行阶段，是进行水库发电优化调库、厂内经济运行的基本内容。就计算原理而言，水能计算的中心任务旨在求解以下方程组

在整个水能计算中，求解的问题可归纳为两大类：

（1）已知Vt 与qt，求时段的发电出力Nt。

（2）已知时段平均出力Nt （等出力或不等出力），求Vt 或qt。

以上两类问题，根据不同的需要，常常有顺时序与逆时序计算的区别。水能计算中顺、逆时序计算，常常在学生中引起混淆，实际上，顺、逆时序的计算并无本质区别，它只不过是对计算初始值的响应不同而已。当时段初条件已知，求时段末值时，即为顺时序计算（例如在求保证出力时，计算起初水位是已知的，采用顺时序计算）；当时段末条件已知，求时段初值时，即为逆时序计算（如在年调节水电站中制作防破坏线时）。

（二）水能计算常用方法

式（2-21）与式（2-22）中Qt 与K 通常是已知的，解决上述第（1）类问题十分简单，只需按照以下步骤顺序求解（以已知Vt 为例，在优化调度中，以库水位或水库蓄水量作状态变量时，Vt 即为已知值）。

（1）据式（2-21）求出qt ＝Qt＋（Vt-1-Vt）／Δt。

（2）由求Z上，t （利用库容曲线）。

（3）由qt 求下游水位（利用尾水水位流量—关系曲线）。

（4）估算水头损失，并利用式（2-22）求出Nt。

当解决第（2）类问题时，式（2-21）与式（2-22）构成隐式方程组，需试算求解。为了减轻计算工作量，传统解法常利用水能计算工作曲线进行半图解。与调洪演算一样，可采用直接试算法求解。(www.xing528.com)

1.顺时序计算步骤（Vt-1已知）

（1）假定发电流量。

（2）据式（2-21）求出Vt。

2.逆时序计算步骤（Vt 已知）

（三）保证出力计算

无论在规划阶段还是在运行阶段，提高水电厂或水电系统的保证出力是十分重要的，所谓保证出力是指水电站在供水期所能发出的符合一定设计保证率的平均出力。

在长系列操作中，保证出力计算的核心是确定供水期的平均出力，通常是在正常高水位与死水位已确定的条件下进行计算。供水期平均出力的确定，在等出力操作方式下，包含着两步试算：①各进段出力等于预先假定值；②供水期末的最低水位为死水位。

具体做法是假定不同的供水期平均出力，用等出力法逐时段计算，求出各个出力相应的供水期的最低水位，建立供水期平均出力与供水期末最低水位关系，然后根据死水位，确定供水期的平均出力。如果利用电算，则可一次性完成两步计算，即双重试算步骤。

（1）假定供水期的平均出力）。

（四）多年平均电能计算

多年平均电能是水电站的重要经济指标，从计算的角度，多年平均电能计算核心在确定各个时段的发电出力Ni，多年平均电能计算公式：

式中　a——计算时段数；

n——计算年数；

Ni——第i 时段内平均出力；

Δt——计算时段内小时数。

多年平均电能的计算必须与一定的调度原则相配合。这种调度原则可以是水库调度图，也可能是其他的分级控制规则。多年平均电能的计算中尽量考虑正常高水位、死水位、保证出力以及其他综合利用要求等因素的约束。有条件时，多年平均电能的计算应采用长系列计算。若采用代表年法或代表期法计算，应充分论证其代表性。