第一節水能計算的目的與內容第二節水電站的保證出力和多年平均年發電量計算第三節電力系統的的負荷及容量組成第四節電力系統中各類電站的工作特性第五節水電站在電力系統中的運行方式第七節水電站裝機容量的選擇1第一節水能計算的目的與內容水能計算的目的：確定水電站的出力和發電量及它們隨時間變化的規律。水電站的出力：指發電機組的出線端送出的功率。水電站的發電量：水電站出力與相應時間的乘積。

水電站在t1至t2時段內的發電量為：23實際計算中常采用：水電站在某一時段t內的平均出力計算時段的長短主要根據水電站出力變化情況及計算精度要求確定。水電站的保證出力：指水電站在長期工作中，符合水電站設計保證率要求的平均出力。水電站的主要動能指標保證出力N保多年平均發電量E年，均4多年平均發電量：指水電站在多年工作時期內，每年平均所能生產的電能量。為經濟性指標或電量效益指標。5

工程規劃階段，一般是先要擬定幾個正常蓄水位方案，針對每一個方案去求裝機容量、保證出力、多年平均發電量和有利的死水位等指標，這也是水能計算的主要任務。

1.確定水電站的動能指標，主要是保證出力、多年平均發電量、裝機容量；

2.確定水庫的特征水位，正常蓄水位和死水位等；3.選定機電設備，水輪機組等；4.經濟評價水能計算的目的：確定水電站的保證出力、多年平均發電量指標、水電站的工作情況。6無調節水電站保證出力計算調節水電站保證出力計算年調節水電站的保證出力計算多年調節水電站保證出力計算水電站保證出力計算水能計算的方法：時歷法列表法：概念清晰，應用廣泛，尤其適合于有復雜綜合利用任務的水庫的水能計算。當方案較多、時間序列較長時，不適用。圖解法：計算精度較差、工作量也不比列表法小；電算法：從發展方向看，適宜用電算法進行水能計算。即使方案很多，時間序列很長，也可迅速獲得精確的計算結果。數理統計法78二、水能計算方法，可按簡化的水能調節方式：按等流量調節方式按規定出力調節方式以年調節水庫為例，計算時段月或旬

在已知水電站水庫的正常蓄水位和死水位，即已知興利庫容的情況下，按等流量調節方式計算水電站的出力和發電量。（例3-1P67）【例3-1】某水電站正常蓄水位高程為Z正=760m，死水位Z死=720m。水庫水位與庫容關系見表3-1，水庫下游水位與流量關系見表3-2。某年各月平均的天然來水量見表3-3，求水電站各月平均出力及發電量。10111）計算死庫容2）計算各月的調節流量3）推求水庫蓄水量變化4）計算水庫水量5）計算水電站水頭6）計算水電站出力和發電量12131415二、水能計算方法，可按簡化的水能調節方式：按等流量調節方式按規定出力調節方式按照已知出力調節的列表試算法根據規定的水電站出力，計算所需的調節庫容和水庫應用過程。列表試算法。（例3-2P71）水電站的保證出力Nfm：指水電站在長期工作中，符合水電站設計保證率要求的平均出力。水電站的主要動能指標保證出力N保多年平均發電量E年，均16無調節水電站保證出力計算日調節水電站保證出力計算年調節水電站的保證出力計算多年調節水電站保證出力計算第二節水電站保證出力和多年平均發電量計算年調節水電站的水能計算1.年調節水電站保證出力：符合設計保證率要求的17供水期平均出力。年調節水電站的水能計算18供水期平均出力。年調節水電站的水能計算長系列法：①對實測徑流資料逐年進行供水期的水能計算，求出各年供水期的平均出力；②將供水期的平均出力從大到小排列，計算其經驗頻率，并繪制供水期平均出力保證率曲線；③根據已知的設計保證率在曲線上查處相應的供水期平均出力即為年調節水電站的保證出力。19年調節水電站的水能計算設計枯水年法：①根據實測年徑流系列統計計算成果與年徑流頻率曲線，按已知的設計保證率求得年徑流量；②選年徑流與設計年徑流相近，年內分配不利的年份作為典型年；③用設計年徑流量與典型年徑流量之比表示的年內分配系數推求設計枯水年的徑流年內分配；④最后根據給定的Z蓄、Z死及相應的興利庫容求出供水期的調節流量，進而求出供水期的平均出力，該值為年調節水電站的保證出力。202.無調節和日調節水電站保證出力:

基本步驟：

1）以日為計算時段，計算各日的平均出力值；

2）繪制日出力保證率曲線；

3）相應于設計保證率的日平均出力，即為保證出力。21日平均出力。符合設計保證率要求的2.無調節和日調節水電站保證出力基本步驟：

1）根據實測徑流資料的日平均流量變動范圍，將流量劃分為若干個流量等級；

2）統計各級流量出現的次數，繪制日流量頻率曲線；

3）選擇設計枯水日，計算日平均水頭H和日平均流量Q；4）計算電站的出力N=KQH。注意：上游水位一般按照死庫容加興利庫容的一半，查找庫容曲線確定。下游水位由日平均下泄流量按流量—水位關系曲線查得。22設計枯水日法3.多年調節水電站保證出力計算23

計算方法與上述年調節水電站保證出力的計算基本相同。簡化計算時，可以設計枯水年組來計算。一般選用實際水文資料中最枯最不利的連續枯水段作為設計枯水段。二、水電站多年平均發電量的估算多年平均年發電量：指水電站在多年工作時期內，平均每年所能生產的電能量。它反映水電站多年平均動能效益，是決定電站效益的重要指標。1.設計中水年法2.三個代表年法3.設計平水系列法4.全部水文系列法

計工算作越量來逐越漸精加確大

241.設計中水年法：

基本步驟：

1）選擇設計中水年，要求該年的年徑流量及其年內分配均接近于多年平均情況；

2）列出所選設計中水年各月（或旬、日）的凈來水流量；

3）根據國民經濟各部門的用水要求，列出各月（或旬、日）的用水流量；

4）對于年調節水電站，可按月進行徑流調節計算，對于季調節或日調節、無調節水電站，可按旬進行徑流調節計算，求出相應各時段的平均水頭H均及其平均出力N均；255)將各時段的平均出力乘以時段的小時數，即得各時段的發電量，設n為平均出力低于裝機容量的時段數，m為平均出力等于或高于裝機容量的時段數，則水電站的多年平均年發電量為：設計中水年法上式中(m+n)為全年時段數，以日為時段，(m+n)＝365(日)，t=24小時；以月為時段(m+n)=12(月)，t=730小時。262.三個代表年法：27

設計平水系列：指某一水文年段(一般由十幾年的水文系列組成)，該系列平均徑流量約等于全部水文系列的多年平均值，其徑流分布符合一般水文規律。對該系列進行徑流調節，求出各年的發電量，其平均值即為多年平均年發電量。3.設計平水系列法284.全部水文系列法2930

（1）用n年長系列資料進行計算，計算時段為t，一年共T個時段。

（2）繪制時段出力保證率曲線（也即是水流出力持續曲線）。

（3）將橫坐標P換成持續時間T(h).

（4）根據裝機容量，“裝機切頭”。

（5）裝機容量以下的部分，就是多年平均發電量。4.全部水文系列法314.全部水文系列法32第三節電力系統的負荷及容量組成一、電力系統及其用戶特性電力系統：由若干發電廠、變電站、輸電線路及電力用戶等部分組成。1.按生產特點和用電要求分為工業用電、農業用電、市政用電及交通運輸用電等四大類。工業用電：用電量大，年內用電過程比較均勻，

但在一晝夜內則隨著生產班制和產品種類的不同而有較大的變化。農業用電：

在用電時期內負荷相對穩定，而在一年不同時期內則很不均勻。用戶類型：33

市政用電：一年內及一晝夜內變化都比較大。交通運輸用電：一年內與一晝夜間用電都是比較均勻的，只是在電氣列車啟動時會產生負荷突然跳動的現象。2.電力用戶按其重要性可分為一級、二級和三級。34二、電力負荷圖日負荷圖：負荷在一晝夜內的變化過程線。年負荷圖：負荷在一年內的變化過程線。35電力負荷：在任何時間內，電力系統中各電站的處理過程和發電量必須與用戶對出力的要求和用電量相適應，這種對電力系統提出的出力要求，常被稱為電力負荷。電力負荷圖：電力系統中所有用戶所需出力N（負荷）隨時間t的變化曲線。二、電力負荷圖（一）日負荷圖特征值：最大負荷P〃、平均負荷P、最小負荷P′。36基荷指數：37該指數越大，表示日負荷變化越小。該指數越大，基荷占負荷圖的比重越大，表示用戶的用電情況比較穩定。日最小負荷率該指數越小，表示負荷圖中高峰與低谷負荷的差別越大，日負荷越不均勻。日平均負荷率

日電能累積曲線

是日負荷圖的出力值（kW）與其相應的電量（kW·h）之間的關系曲線。特性（1）在最小負荷P’以下，負荷無變化，故OA是直線；（2）在P’以上，負荷有變化，故AB為向上凹曲線段；（3）延長直線段OA，與B點的垂線BC相交于D點，則D點的縱坐標就表示平均負荷P。（二）年負荷圖：負荷P在年內的變化過程。一年內各日的最大負荷值連成的曲線一年內各日的平均負荷值所連成的曲線工作容量：為滿足負荷要求而設置的容量，承擔負荷圖上的正常負荷。負荷備用：除工作容量以外，要滿足突然的負荷跳動所需要的容量。事故備用：為避免因機組發生故障影響系統正常供電而設置的容量。檢修備用：為了進行停機檢修而設置的容量。重復容量：為了利用季節性電量而設置的容量。2%-5%8%-10%？重復容量的設置是多余的么？（三）、電力系統的容量組成1.按任務性質劃分裝機容量（三）、電力系統的容量組成最大工作容量N工〞備用容量N備從設計的角度看，系統的裝機容量N裝必需容量N必重復容量N重負荷備用N負備事故備用N事備檢修備用N檢備N系裝=N必+N重=N工〞+N備+N重＝N工〞+N負備+N事備+N檢備+N重42電力系統容量組成示意圖系統最大負荷系統最大工作容量系統必需容量系統重復容量系統備用容量系統總裝機容量水電站裝機容量火電站裝機容量水電站重復容量水電站必需容量2.從某一時刻的運行狀態看：

N裝=N用+N阻=N工+N備+N空+N阻各種容量值的大小是隨時間和條件而不斷發生變化的，而且有可能在不同的電站、不同的機組上相互轉換，不一定固定。44第四節電力系統中各類電站的工作特性1.水電站的電力生產情況受河川徑流隨機性的影響和制約。具有綜合利用任務的水電站，其工作方式受其它部門用水的影響。一、水電站的工作特性2.水能是再生性能源，水電站的年運行費用與所生產的電能量幾乎無關。3.水電站機組開停靈便、迅速，適宜擔任系統的調峰、調頻和事故備用等任務；水電站的工作位置比較靈活。水電站在調度上更加復雜。二、火電站的工作特點1.只要保證燃料供應，火電站就可以全年按額定出力工作，不像水電站那樣受天然來水的制約。受“技術最小出力”限制。2.電能成本高，運行費包括燃料費、環保費等。3.工作有“惰性”，啟動慢，調負荷慢，適宜擔任電力系統的基荷，單位煤耗較小。47三、風力發電站的工作特性1.工作不連續；2.發電成本高；2.給電網運行帶來困難。四、核電站的工作特性1.始終以額定出力工作，始終承擔基荷；2.核電站造價昂貴，質量標準和安全要求高，技術復雜；2.運行費用低。(五)抽水蓄能電站抽水蓄能電站

蓄能電站抽水蓄能電站發電抽水蓄能電站工作示意圖水電火電運行靈活，開機到發電1-2分鐘，可調峰、調頻運行遲鈍，點火到發電2-3小時，不宜調峰、調頻能源為水能，成本是火電的

1/5～1/10，但可靠性差能源為煤、油、天然氣，成本高，但可靠性好改善環境，污染少，但要防止淹沒、浸沒，注意綜合利用灰塵、廢氣污染環境機組可逆，既可抽水，又可發電機組不可逆廠用電為年發電量的1.0%廠用電為年發電量的2.5%可以儲存水能，立即用來處理事故可以儲存煤能，不能很快處理事故51第五節水電站在電力系統中的運行方式確定電站運行的一般原則：要充分利用各種能源：盡量使水電站少棄水，徑流式電站在豐水期宜擔任系統基荷，火電的技術最小出力不宜小于名牌出力的80%，以提高燃料的使用效率。要使整個電力系統運行經濟。盡量使各電站機組在高效率區運行：在保證供電可靠的前提下，使系統的總能量損失最小，火電站的總燃料消耗量最小。52無調節水電站適宜擔任系統的基荷。只有當天然流量所產生的出力大于系統的最小負荷時，水電站才擔任系統的基荷和一部分腰荷。

53一、無調節水電站的運行方式54二、日調節水電站的運行方式55二、日調節水電站的運行方式日調節電站能對當日的天然水流進行重新范佩，可以承擔變動負荷，可盡量擔任峰荷。來水增多后可擔任基荷。設計枯水年：

枯水期以最大工作容量擔任峰荷；

洪水期開始逐漸擔任腰荷和基荷；

洪水期全部擔任基荷；

汛后逐步擔任腰荷和部分基荷。56二、日調節水電站的運行方式57二、日調節水電站的運行方式豐水年運行方式：

豐水年來臨時，河流來水量較多，即使在枯水期，日調節水電站也要擔任負荷圖中的峰荷與部分腰荷。在初汛后期，可能已有棄水，日調節水電站就應以全部裝機容量擔任基荷。在汛后初期，可能來水仍較多，如繼續有棄水，此時水電站仍應擔任基荷，直至進入枯水期后，水電站位置恢復到腰荷，并逐漸上升至峰荷。58三、年調節水電站的運行方式不完全年調節水電站的情況：在一年內按來水情況一般可劃分為供水期、不蓄期、蓄水期、棄水期和不供期五個階段。設計枯水年的運行方式:

供水期：水電站按保證出力在峰荷工作；

不蓄期：以天然水流能量在腰荷工作。

蓄水期：從腰荷轉到基荷位置工作。

棄水期：按全部裝機容量在基荷工作。

不供期：轉向腰荷。59設計豐水年的運行方式:60在供水期水電站的引用流量可能仍大于發保證出力的調節流量，可擔任峰荷和部分基荷；豐水期開始后，水庫進入蓄水期，水電站可盡早將其位置轉到基荷；在棄水期，水電站則應以全部裝機容量在基荷位置工作。61四、多年調節水電站的運行方式第七節水電站裝機容量的選擇影響裝機容量選擇的主要因素：電力系統的負荷；水電站在日負荷圖上的工作位置；設計水電站能量變化的特性；補充容量投資的影響。裝機容量選擇的基本依據：供電范圍；設計負荷水平年；水電站的徑流特性。根據水電站的水文條件、水庫的調節性能、電力系統的規模和特點及水電站在電力系統中的作用綜合研究確定。N裝=N必+N重=N工〞+N備+N重一、水電站最大工作容量的確定

水電站最大工作容量：指設計水平年電力系統負荷最高時水電站能擔負的最大發電容量。從可靠性方面，必須滿足電力系統的電力、電量平衡要求，即：P〞=N〞水工+N〞火工ES=E水保+E火保從經濟性方面，應使系統的計算支出最小。原則：盡可能滿足綜合利用條件下，以水電站提供的保證電量為前提，使水電站的工作容量盡可能大。無調節水電站的最大工作容量的確定

無調節水電站的最大工作容量等于按設計保證率所求出的保證出力。若設計枯水日的平均流量為Q設，相應的日平均凈水頭為H設，則無調節水電站的保證出力為：日調節水電站的最大工作容量的確定：

日調節水電站可以利用其調節日內徑流的能力，使水電站的出力適應日內負荷變化的要求，考慮可靠性和經濟性原則，以保證電能為控制條件，讓水電站承擔系統峰荷，使水電站最大工作容量盡可能大。日調節水電站N//工的確定日調節水電站的最大工作容量的確定：

如果水電站下游河道有航運要求或有供水任務，則水電站必須有一部分工作容量擔任系統的基荷，保證在一晝夜內下游河道具有一定的航運水深或供水流量。設下游航運或供水要求水電站在一晝夜內泄出均勻流量Q基，則水電站必須擔任的基荷工作容量為：具有綜合利用要求時，最大工作容量的確定年調節水電站的最大工作容量的確定

主要取決于設計供水期內的保證電能，為了滿足可靠性要求，水電站在供水期承擔的電能應等于保證電能；為了滿足經濟性要求，應使水電站最大工作容量盡可能大，供水期水電站應盡可能在峰荷工作，所確定的水火電站工作容量之和應等于系統的最大負荷，避免出現不必要的重復工作容量。（1）在水庫供水期，應盡量使擬建水電站擔任系統的峰荷或腰荷。水電站最大工作容量↑，則火電站的就↓，從而節省系統對電站的總投資。假設至少三個最大工作容量方案，定出各方案相應的日電能量。（2）對每個方案供水期各個月份水電站的日電能量除以24小時，即得各個月份水電站的日平均出力。每月的平均小時數第1方案供水期第i月份的月平均出力（3）作出水電站各個最大工作容量方案與其相應的供水期保證電能的關系曲線。然后根據所定出的水電站設計枯水年供水期的保證電能，即可從圖下圖中求出年調節水電站的最大工作容量。（4）在電力系統日最大負荷年變化圖上定出水、火電站的工作位置。兩者的交線為水平線，并由此作出系統出力平衡圖。電力系統出力平衡圖電力系統電力平衡圖二、電力系統備用容量的確定負荷備用容量（水）：根據《水利水電工程水利動能設計規范(SDJ11-77)》,一般采用系統最大負荷的2%-5%左右，大型電力系統可采用較小值；事故備用容量（水、火）：一般采用系統最大負荷的10%左右，但不得小于系統中最大一臺機組的容量；檢修備用容量（火）：水電站每臺機組平均年計劃檢修時間為10~30天，火電站15~45天。三、水電站重復容量（季節容量