錢 程（五凌電力有限公司株溪口水電廠，湖南長沙410000）

基于逐步回歸法的日發(fā)電量模型評估分析

錢 程（五凌電力有限公司株溪口水電廠，湖南長沙410000）

本文以一個典型的日調(diào)節(jié)庫容的低水頭電廠為例，取該電廠投產(chǎn)后七年的歷史數(shù)據(jù)，采用逐步回歸法分析確定該電廠出庫流量與下游水位的函數(shù)模型，繼而計算出發(fā)電量與來水流量的關(guān)系，應(yīng)用此模型，根據(jù)實際來水情況計算電廠每年應(yīng)發(fā)電量，評估實際年發(fā)電量生產(chǎn)水平，并提出核定發(fā)電量年計劃目標(biāo)的方法。

發(fā)電量評估；逐步回歸；線性回歸；經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

1 引言

目前中小型水電廠的年利用小時一般都達(dá)不到設(shè)計值，年發(fā)電量也難達(dá)設(shè)計發(fā)電量，影響發(fā)電量的因素有很多，其中水電廠上游來水量大小和電廠調(diào)度人員運(yùn)行管理是重要原因之一。因此要公正客觀的評價水電廠通過自身努力增加發(fā)電量的貢獻(xiàn)，必須要區(qū)分上游來水量對發(fā)電量的影響。由于上游來水時空分布無法準(zhǔn)確預(yù)測，決定了對水電廠的評價只能滯后于實際來水情況，即通過實際的來水情況來推算理應(yīng)的發(fā)電量，然后將理應(yīng)的發(fā)電量與實際發(fā)電量進(jìn)行對比，來評價調(diào)度人員水平及尋找更有的調(diào)度方式，進(jìn)一步提高水電廠發(fā)電管理水平。

本文基于SPSS軟件用逐步回歸法建立出庫流量與下游水位的模型，并在理想情況下維持上游水位恒定值，保持出庫流量與入庫流量相同，推算入庫流量水電廠發(fā)電量的關(guān)系，建立入庫流量與理想發(fā)電量關(guān)系模型，擬合歷史數(shù)據(jù)得出模型參數(shù)，并應(yīng)用該模型計算出該電廠某天應(yīng)發(fā)電量，同時通過對日實際發(fā)電量與理想發(fā)電量對比，客觀評價調(diào)度人員對水電廠的貢獻(xiàn)。

2 株溪口水電廠參數(shù)及概況

株溪口水電廠位于湖南省安化縣境內(nèi)資水流域中游，是資水流域規(guī)劃的第八個梯級電站，以發(fā)電為主兼有防洪、灌溉、航運(yùn)等綜合利用的水電樞紐工程。壩址控制流域面積23213km2，壩址多年平均流量 617m3/s，水庫正常蓄水位87.5m，死水位和汛期運(yùn)行最低庫水位86.5m，總庫容3330萬m3，電站裝機(jī)4×18.5MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，多年平均發(fā)電量2.952億kW·h，年利用小時數(shù)為3989h。

電站設(shè)計水頭6.1m，五年一遇洪水流量為4500m3/s。單臺機(jī)組設(shè)計流量351.5m3/s。從投運(yùn)以來的情況看，來水流量達(dá)到3000m3/s時由于下游水位急劇抬高，電站水頭低至機(jī)組最低運(yùn)行水頭3.5m，全廠停機(jī)不能發(fā)電。

3 日理想發(fā)電量計算條件及過程分析

株溪口水電廠上游水位可控制范圍在86.5～87.5m之間，以87.35m設(shè)定為理想上游水位，將每日分割成24h，每個小時的入庫流量與出庫流量相同，維持上游水位固定不變，計算出當(dāng)日應(yīng)發(fā)電量即為理想發(fā)電量。

3.1 機(jī)組運(yùn)行水頭

株溪口水電廠下游水位L隨出庫流量Q變化而變化，本文采用逐步回歸法對電廠投產(chǎn)后至今八年以來每日每時的下游水位與出庫流量進(jìn)行分析，選取回歸系數(shù)為95%的置信區(qū)間，當(dāng)無變量剔除時，終止回歸過程，建立出庫流量與下游水位的數(shù)學(xué)模型。

令下游水位L=a0+a1Q+a2Q2+a3Q3+…，用SPSS軟件進(jìn)行逐步回歸分析，剔除對因變量較小的變量后，得到下游水位L與出庫流量Q的關(guān)系為L=L（Q），因此可以得出機(jī)組運(yùn)行水頭h與出庫流量關(guān)系h=87.35-L（Q）。

3.2 發(fā)電流量

基于前面已經(jīng)給定上游水位，因此當(dāng)無棄水時，發(fā)電流量與出庫流量相同，此時發(fā)電流量q=Q；由于入庫流量在較大時，株溪口電廠一般采取固定導(dǎo)葉開度調(diào)節(jié)，相當(dāng)于恒定孔口出流，其過流量與電站水頭h0.5成正比。此時發(fā)電流量Q=a· h0.5，其中a為待定系數(shù)，h為運(yùn)行水頭。因此可以建立發(fā)電流量與運(yùn)行水頭的模型為q=min（Q，a·h0.5）。

3.3 水輪發(fā)電機(jī)組效率

機(jī)組效率η等于水輪機(jī)效率ηs與發(fā)電機(jī)效率ηf之積，即：

水輪機(jī)效率的計算過程較復(fù)雜，由于上述的水輪機(jī)運(yùn)行在固定上游水位的前提下，因此水輪機(jī)的效率主要由水頭和出庫流量決定，又因水頭可用出庫流量相關(guān)，即可得出水輪機(jī)效率與出庫流量的模型ηs=ηs（Q）；發(fā)電機(jī)效率主要由有功功率和功率因數(shù)影響，廠家已經(jīng)提供曲線，株溪口水電廠在功率因數(shù)為0.9，機(jī)組帶額定功率時發(fā)電機(jī)效率為97.06%，根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)和效率曲線，可得出機(jī)組效率函數(shù)模型。

3.4 理想發(fā)電量

理想發(fā)電量，這里指在水電廠實際過流環(huán)境下，理想狀態(tài)下控制上游水位恒定，通過對應(yīng)的實際出庫流量和理想運(yùn)行工況，機(jī)組所能生產(chǎn)出的應(yīng)發(fā)電量。根據(jù)公式N=9.81Qhη，式中N為水電站出力（萬kW）；Q為引用流量（m3/s）；h為凈水頭（m）（見水電站水頭）；η為水輪發(fā)電機(jī)組的總效率，其值為0.70～0.90。

可計算出記住每個小時的應(yīng)帶出力，然后對24h發(fā)電量進(jìn)行積分得出日理論發(fā)電量，計算公式為：

式中：Ni為每個時段平均出力（萬kW）；Ti為發(fā)電時間（h）。

根據(jù)制造廠家提供的機(jī)組效率數(shù)據(jù)、實際每時的平均入庫，即可計算出日理論發(fā)電量。其中η采用機(jī)組平均效率（即機(jī)組等流量運(yùn)行對應(yīng)的單機(jī)效率）。

3.5 年應(yīng)發(fā)電量計算模型

根據(jù)以上分析，經(jīng)反復(fù)計算比較，綜合考量計算精度、表達(dá)式復(fù)雜程度以及計算工作量之后，把每天的理想發(fā)電量累計起來定為年應(yīng)發(fā)電量，因此年應(yīng)發(fā)電量計算模型為：

P=Σp，其中p為每日理想發(fā)電量。

4 典型日入庫流量分析

我們選取了一個典型的株溪口調(diào)度日報表進(jìn)行分析，如表1。

表1是株溪口水電廠某天調(diào)度情況，該廠全天實際發(fā)電量103.41萬kWh，經(jīng)數(shù)據(jù)計算理想發(fā)電量102.928萬kWh。實際發(fā)電量必比理想發(fā)電量多了0.482萬kWh，同時水位較之前蓄高了15cm，根據(jù)當(dāng)日的平均耗水率可算出此庫容對應(yīng)的可發(fā)電量為 1.496萬 kWh，相當(dāng)于增發(fā)電量為1.978萬kWh，說明調(diào)度人員合理安排運(yùn)行方式，保持高水頭運(yùn)行，提高了收益。

5 結(jié)語

通過基于實際水電廠的入庫流量計算發(fā)電量模型，不僅能夠定量分析水電廠調(diào)度人員管理水平，研究提升發(fā)電量的方法和途徑，客觀評價水電廠的管理努力對發(fā)電量的貢獻(xiàn)，同時也為核算電廠的年度發(fā)電目標(biāo)提供了新方法、新思路，便于對水電廠進(jìn)行合理評估，也為水電廠做好優(yōu)化調(diào)度工作提供了較好的指導(dǎo)意義。

表1

[1]劉 涌.徑流式水電廠發(fā)電量計算模型探討[J].紅水河，2012（03）.

[2]夏守筠，王立勇.淺談常規(guī)水電廠發(fā)電量測算準(zhǔn)確性的問題[J].科技尚品，2015（09）.

[3]鄺錄章.水電廠年度發(fā)電量評價策略[J].梯級調(diào)度控制研究論叢——2012年學(xué)術(shù)交流論文集（下冊），2014（01）.

TM76

A

2095-2066（2016）33-0065-02

2016-11-12

錢 程（1990－），男，助理工程師，本科，主要從事水電廠生產(chǎn)運(yùn)行方面的工作。