水電廠等值禁止運行區(qū)及動態(tài)應(yīng)用技術(shù)

段振國,王永國,周懷念,吳雙杰,李艷麗

(1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司,北京100038；2.貴州東風發(fā)電廠,貴州清鎮(zhèn)551408)

0 引言

由于水電廠具有機組起、停過程相對簡單，負荷調(diào)整迅速等特點，如果水電廠水庫具有一定的調(diào)節(jié)性能，通常在電網(wǎng)中擔負調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用任務(wù)。具有調(diào)節(jié)性能水庫的水電廠一般都參加電網(wǎng)的遠方自動發(fā)電控制功能，由上級調(diào)度機構(gòu)實時控制水電廠的全廠出力來滿足電網(wǎng)的需求。通常水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)配備電廠自動發(fā)電控制(AGC)功能軟件，電廠AGC將上級調(diào)度機構(gòu)實時下達的全廠總負荷需求分配到各臺可以控制的機組中，來滿足電網(wǎng)的需求[1]。

由于大中型水輪發(fā)電機組一般都具有一定的振動區(qū)或氣濁區(qū)，機組不能在該區(qū)域內(nèi)長時間連續(xù)運行，導致機組的負荷調(diào)節(jié)范圍通常不能連續(xù)，電廠AGC的任務(wù)之一是保證在機組間進行負荷分配時，要躲避機組的禁止運行區(qū)域，同時還要盡量使機組少跨越這些禁止運行區(qū)域。例如一臺190MW的水輪發(fā)電機組，有一段60MW到120MW的振動區(qū)，這時機組就分成了兩個可運行區(qū)域:(1)120MW到190MW;(2)0MW到60MW。

上級調(diào)度機構(gòu)的AGC實施對電廠全廠總負荷控制，對電廠下達全廠負荷調(diào)節(jié)指令，現(xiàn)在一般采用以下兩種方式實現(xiàn)電廠和上級調(diào)度機構(gòu)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào):

(1)電廠上送調(diào)度機構(gòu)的是電廠全廠調(diào)節(jié)下限和上限方式，電網(wǎng)AGC在全廠調(diào)節(jié)下限和上限范圍內(nèi)下達的全廠負荷調(diào)節(jié)指令，電廠AGC負責進行機組間負荷分配和躲避機組的禁止運行區(qū)域。假設(shè)只有一臺前面提到的190MW機組，這樣送調(diào)度的全廠調(diào)節(jié)下限和全廠調(diào)節(jié)上限是0MW和190 MW，如果下達的負荷指令落在禁止運行區(qū)域內(nèi)，電廠AGC按偏差最小的原則躲避禁止運行區(qū)域。所以這種方式有可能因躲避禁運區(qū)，而帶來較大的控制偏差。

(2)電廠上送調(diào)度機構(gòu)的是電廠當前調(diào)節(jié)下限和上限方式。電網(wǎng)AGC在當前調(diào)節(jié)下限和上限范圍內(nèi)下達全廠負荷調(diào)節(jié)指令，電廠AGC負責進行機組間負荷分配。假設(shè)只有一臺前面提到的190MW機組，當機組在120MW到190MW運行時，上送調(diào)度的當前調(diào)節(jié)下限和調(diào)節(jié)上限是120MW和190MW；當機組在0MW到60MW運行時，上送調(diào)度的當前調(diào)節(jié)下限和調(diào)節(jié)上限是0MW和60MW。當上級調(diào)度機構(gòu)AGC發(fā)現(xiàn)當調(diào)節(jié)范圍不能滿足負荷調(diào)整要求時，由運行人員設(shè)定下達一個到另一連續(xù)運行區(qū)的負荷指令，實現(xiàn)連續(xù)運行區(qū)的轉(zhuǎn)移。所以這種方式不會出現(xiàn)因躲避禁運區(qū)，帶來控制偏差問題，但是運行區(qū)域的轉(zhuǎn)移自動化程度不高。

針對以上電廠和上級調(diào)度機構(gòu)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)方式的不足，本文提出了采用全廠等值禁止運行區(qū)域及其動態(tài)上送方案，并成功在貴州東風電廠應(yīng)用。

1 水輪發(fā)電機組禁止運行區(qū)域

水輪發(fā)電機組的禁止運行區(qū)域通常指振動區(qū)和氣濁區(qū)，在本文中是指考慮機組所有運行要求后的禁止運行區(qū)，主要考慮以下因素:(1)機組的振動區(qū)和氣濁區(qū);(2)機組投入PSS功能要求的最小出力;(3)考慮一次調(diào)頻動作要求的裕度。圖1是機組一、二段振動區(qū)情況下機組禁止運行區(qū)示意圖。

圖1 機組禁止運行區(qū)示意圖

2 全廠動態(tài)等值禁止運行區(qū)域

采用全廠動態(tài)等值禁止運行區(qū)域方式下，我們對幾個狀態(tài)(見圖2)進行如下定義:

全廠當前運行區(qū):當參加AGC的所有機組都在可調(diào)節(jié)的運行區(qū)中運行時，稱全廠在可調(diào)節(jié)區(qū)運行；

跨越振動區(qū)過程:從一個全廠當前運行區(qū)向另一個可運行區(qū)過渡時，必定是有機組在跨越振動區(qū)；

全廠當前上振動區(qū)、全廠當前下振動區(qū)都是相對于全廠當前運行區(qū)而定義的；

全廠調(diào)節(jié)上限=參加AGC機組的調(diào)節(jié)上限+未參加AGC機組的當前實際出力；

全廠調(diào)節(jié)下限=參加AGC機組的調(diào)節(jié)下限+未參加AGC機組的當前實際出力。

圖2 全廠動態(tài)等值禁止運行區(qū)域示意圖

送上級調(diào)度機構(gòu)信息的原則:

(1)上送全廠調(diào)節(jié)上限、全廠調(diào)節(jié)下限。

(2)上送全廠當前上振動區(qū)上限、下限。如果不存在上振動區(qū)，則這兩個限值都送全廠調(diào)節(jié)上限。當有機組在跨越振動區(qū)時，這兩個限值都維持不變，直到機組跨越振動區(qū)完成時再送新限值。

(3)上送全廠當前下振動區(qū)上限、下限。如果不存在下振動區(qū)，則這兩個限值都送全廠調(diào)節(jié)下限。當有機組在跨越振動區(qū)時，這兩個限值都維持不變，直到機組跨越振動區(qū)完成時再送新限值。

3 在貴州東風發(fā)電廠的應(yīng)用

3.1 東風發(fā)電廠概況

貴州東風發(fā)電廠位于貴州省清鎮(zhèn)市鴨池河，裝機有4臺水輪發(fā)電機組，其中1到3號機組是190MW，4號機組是125MW，每臺機組都有一段較強振動區(qū)[2]。

貴州東風發(fā)電廠是貴州省水電廠中最早實現(xiàn)自動發(fā)電控制(AGC)功能的水電站之一，并通過原國家電網(wǎng)公司的無人值班(少人值守)驗收。東風發(fā)電廠自動發(fā)電控制(AGC)功能最早是在2000年應(yīng)用的，當時控制三臺190MW水輪發(fā)電機組。電廠擴機后對AGC軟件實施升級，增加了對4號機組的自動發(fā)電控制功能。

東風發(fā)電廠自動發(fā)電控制(AGC)功能一直參加貴州省中調(diào)的自動發(fā)電遠方控制，省中調(diào)對該電廠按全廠方式控制，下發(fā)全廠總遙調(diào)值，控制全廠總出力。電廠自動發(fā)電控制(AGC)功能將依據(jù)省中調(diào)下發(fā)的全廠總遙調(diào)值和發(fā)電但不參加AGC控制機組的出力情況，計算出要在AGC可控機組中分配的出力要求，然后在發(fā)電運行的AGC可控機組中間進行負荷分配，分配準則采用按機組耗水等微增率原則，在各AGC成組可控機組中間進行有功負荷分配，在進行有功分配時要考慮下列約束條件:

各臺機組P-Q運行圖;

設(shè)置的機組有功限值(振動區(qū)等):

上式中,Pagc是AGC要在AGC可控機組間進行分配的總負荷;Preq是全電廠當前總有功出力需求;Pnoagc是沒有參加AGC運行的發(fā)電狀態(tài)機組的總出力。

原來實現(xiàn)中調(diào)遠方AGC控制電廠出力時，采取的模式是:東風電廠AGC根據(jù)電廠機組參加的AGC情況、不參加AGC機組的出力情況以及機組禁止運行區(qū)情況，動態(tài)計算全廠當前連續(xù)可調(diào)節(jié)上、下限值并送給中調(diào)。

3.2 試驗及應(yīng)用情況

按全廠動態(tài)等值禁止運行區(qū)域方式的電廠AGC功能在東風電廠進行了實施，于2009年6月同貴州省中調(diào)EMS進行了聯(lián)合試驗并成功投入運行。表1、表2是同省調(diào)進行聯(lián)合試驗時記錄的一組數(shù)據(jù)。1號、2號機為有功成組;3號、4號機為單機狀態(tài);1號、2號、3號機組振動區(qū):40MW～120MW;運行下限:31 MW;運行上限:150MW(由于實際水頭限制)，做了三組試驗。

4 結(jié)束語

計算水電廠等值禁止運行區(qū)域，并動態(tài)上送上級調(diào)度機構(gòu)，這種技術(shù)有利于遠方自動發(fā)電控制功能控制品質(zhì)的提高，實現(xiàn)電網(wǎng)、電廠對負荷的智能化、高精度控制。這一技術(shù)在貴州東風發(fā)電廠得到成功應(yīng)用，也可為類似工程提供借鑒。

[1]周全仁,張海.現(xiàn)代電網(wǎng)自動控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].中國電力出版社，2004.

[2]馮德才.東風水電廠自動發(fā)電控制技術(shù)[J].水電站機電技術(shù),2004,(3).

[3]陳凱,耿瑞杰,等.白山電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)調(diào)AGC功能的實現(xiàn)[J].水力發(fā)電,2002,(4).

[4]段振國，等.白山發(fā)電廠自動發(fā)電控制(AGC)功能的應(yīng)用[J].水電站機電技術(shù),2008,(3).