Excel在水电厂机组负荷优化分配中的应用
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来源：《中国科技博览》2013年第27期
        摘要：应用Excel软件对水电厂机组流量、效率、水头、出力等参数进行分析处理，为实现机组最优效率运行提供简易直观参考，有效提高水能利用率，增加发电效益。
        关键词：效率 水头 流量 运行机组台数
        中图分类号：TV737
        1 引言
        在电厂运行工作中，水轮机运行特性曲线是电厂的考虑机组安全经济运行的重要依据之一，它表示机组转速为额定转速时实际运行的工作水头H、出力P、效率η三者之间的关系，放映了不同水头下机组相应的最佳效率。在满足电网下达负荷总出力的前提下，如何结合特性曲线，快捷简易制定出机组最优负荷分配方案，是水电厂运行人员面临的实际问题。
        微软公司Excel软件是一款试算表软件，它可以进行各种数据的处理、统计分析和辅助决策操作，广泛地应用于管理、统计财经、金融等众多领域。运用Excel软件对水电厂机组
流量、效率、水头、出力等参数进行分析处理，可以制作出全厂负荷～运行机组台数～机组效率曲线（P～n～η）。与水轮机运行特征曲线相比，该曲线更加直观，更加简易实用，对合理安排机组最优负荷运行提供更全面依据。
        2 全厂负荷～运行机组台数～机组效率曲线（P～n～η）制作步骤。（以下效率均指水轮发电机组综合效率）
表格制作excel手机版下载        2.1 制作水头～出力～效率关系表（H～P～η）
        以某厂为例予以阐述。该厂安装3台单机18MW立式转浆轴流水轮发电机组，机组参数如下：水轮机：ZZ580-LH-630；发电机：SF18-80/9300；水轮机额定出力：18650KW；发电机额定出力：18000KW；设计额定水头：9米；额定转速：75r/min 。
        在水电厂运行管理中，机组水头～出力～流量关系（P～n～Q）是基础的水调数据，运用公式η=P/9.81/H/1000Q （式中η为水轮发电机组综合效率；P为机组出力，单位KW；H为当时净水头，单位m；Q为机组发电流量，单位m3/s；9.81为重力加速度） 可计算出对应的机组水头～出力～效率关系表（H～P～η）。
        2.2 制作全厂负荷～运行机组台数～机组效率（P～n～η）关系表
        根据修正后的水头～出力～效率关系表（H～P～η），整理出各水头下全厂负荷～运行机组台数～机组效率关系表（P～n～η）。方法如下（以9米水头为例）：将修正后的水头～出力～效率关系表（H～P～η）中9米水头中效率数值列拉黑复制，粘贴（选择性粘贴中“值”项）到全厂负荷～运行机组台数～机组效率关系表（P～n～η）中9米的效率列中，在“1Unit”列中输入单机运行的各种负荷值，即1～18MW，在“2Unit”列中输入两台机运行的各种负荷值，即2～36MW（为简化处理，只取单机的倍数值）；在“3Unit”列中输入三台机运行的各种负荷值，即3～54MW（为简化处理，只取单机的倍数值），9米水头下的全厂负荷—运行机组台数—机组效率关系表即完成。同样方法，可制作其他水头下的全厂负荷—运行机组台数—机组效率关系表，如表三所示。该表的含义如下（以9米水头为例）：在总负荷为18MW的情况下，如只开1台机带18MW 负荷（单元格L21数据），对应的效率为0.859（单元格K21数据）；如开2台机各9MW带负荷（单元格M12数据），对应的效率为0.879（单元格K12数据）；如开3台机各带6MW带负荷（单元格N9数据），那么效率为0.849（单元格K9数据）。
        （表一 各种水头下全厂负荷～运行机组台数～机组效率关系表（P～n～η））
        2.3全厂负荷～运行机组台数～机组效率曲线（P～n～η）制作
        根据表一，可以制作各水头下全厂负荷～运行机组台数～机组效率曲线（P～n～η）。下图为9米水头下全厂负荷～运行机组台数～机组效率曲线（P～n～η）。制作方法如下：点击“图表向导”，选择标准类型中的散点图，子图表类型中选择带平滑线和数据标志的散点图，在图中空白处点击鼠标右键，在提示框系列选项中按“添加”按钮，出现系列1选项，在“名称”中输入“9m-1机”，在“X轴系列值（X）”选择1Unit区域的负荷值（$L$4：$L$17），在“Y轴系列值（Y）”选择效率区域的值（$K$4：$K$17），然后按确定按钮，9米水头下1台机运行的负荷-效率曲线即完成。再在图中空白处点击鼠标右键，在提示框系列选项中按“添加”按钮，出现系列2选项，在“名称”中输入“9m-2机”，在“X轴系列值（X）”选择2Unit区域的负荷值（$M$4：$M$17），在“Y轴系列值（Y）”选择效率区域的值（$K$4：$K$17），然后按确定按钮，9米水头下2台机运行的负荷-效率曲线即完成。同样可以得出9米水头下3台机运行的负荷-效率曲线。
        （图一 9米水头下全厂负荷～运行机组台数～机组效率曲线图（P～n～η））
        3 全厂负荷～运行机组台数～机组效率曲线（P～n～η）的应用举例
        对于本厂单机额定容量18 MW的机组，9米水头下当全厂总负荷为18MW时，有开1台机组、2台机组、3台机组三种运行方式，从（P～n～η）图中看出，如安排一台机运行带18MW，查“9m-1机”曲线，效率为0.86；如安排2台机各带9MW运行，查“9m-2机”曲线，效率为0.88；如安排3台机各带6MW运行，查“9m-3机”曲线，效率为0.85；显然开2台机组带负荷的效率最高，开1台机组带负荷的效率次之，开3台机组带负荷的效率最低，如按常规只开一台机带18MW负荷运行显然是不合理的。图中看出，机组在带11～12负荷之间效率是最高的，因此，我们可以安排一台机带11MW（效率为0.89），另一台机带7MW（效率为0.86）比较经济。同样的如全厂总负荷为36MW，最优方案是安排3台机各带12MW负荷，并非是按常规开2台机各带满负荷。
        4、应用效果检验
        水轮机厂家提供《ZZ580-LH-630水轮机技术条件》中说明：在设计水头9米，额定转速75r/min运行时，水轮机的效率保证值为：
        从表中看出，额定9米水头下出力在60-70 %额定负荷（即11-12MW之间）机组获得最佳运行效率。各水头下负荷-运行机组台数-效率的曲线图与厂家技术说明书上述结论是吻合
的。
        根据电厂历史数据缝隙，在全厂总负荷一定的情况下，运用（P～n～η）曲线确定机组最优负荷分配方案耗水率将降低2-3%，效益是显著的。
        5、结束语
        Excel应用广泛，功能无疑是强大的。运用Excel制作的各水头下全厂负荷～运行机组台数～机组效率图表（P～n～η），方便、直观的为水电厂机组优化运行提供决策依据。同时这种新颖的思维方式同样可以应用于负荷预报、流量计算方面，对自动化程度不高的中小型水电厂具有现实指导意义。
        在开展水电厂经济运行的同时，还需要综合考虑机组振动区、厂用电率、下网电量（电厂消耗电网的电量）、机组性能等各种因素。如将该换算出的负荷～运行机组台数～机组效率（P～n～η）图表有效结合电厂自动化监控系统，实现系统自动优化分配负荷，将大幅度提高水电厂在线经济运行水平。

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