溪洛渡左岸電站AGC功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

劉曉彤，龔傳利，丁倫軍，李曉娟，張露成（.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京00038；.溪洛渡水力發(fā)電廠，云南永善657300）

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溪洛渡左岸電站AGC功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

劉曉彤1，龔傳利1，丁倫軍2，李曉娟1，張露成2
（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100038；2.溪洛渡水力發(fā)電廠，云南永善657300）

摘要：文章介紹溪洛渡左岸電站AGC運(yùn)行模式、調(diào)度模式、調(diào)節(jié)模式的實(shí)現(xiàn)方法；負(fù)荷曲線方式引入分步調(diào)節(jié)的算法，減少對(duì)電網(wǎng)沖擊，同時(shí)采取40 s提前分配負(fù)荷的方式，以提高負(fù)荷調(diào)節(jié)的及時(shí)性；對(duì)于電廠效率優(yōu)化問(wèn)題，采用修正等容量比例負(fù)荷分配措施。這些措施提高了電廠運(yùn)行效率，保證了電網(wǎng)安全，為溪洛渡左岸水電站自動(dòng)運(yùn)行提供有力保障。

關(guān)鍵詞：溪洛渡水電站；計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；自動(dòng)發(fā)電控制

1引言

溪洛渡電站位于四川省雷波縣與云南省永善縣接壤的金沙江干流上，距下游宜賓市約184 km（河道里程），左岸距四川省雷波縣城約15 km，右岸距云南省永善縣城約8 km。電站由攔河大壩、泄洪建筑物及引水發(fā)電建筑物組成。溪洛渡電站作為中國(guó)第二、世界第三水電站，總裝機(jī)容量13 860 MW，左右岸各安裝9臺(tái)770 MW水輪發(fā)電機(jī)組，左岸以500 kV等級(jí)電壓3回出線方式接入國(guó)家骨干電網(wǎng)，右岸以500 kV等級(jí)電壓4回出線接入南方電網(wǎng)[1]。

溪洛渡水電站機(jī)組屬于超大型機(jī)組，由于調(diào)節(jié)速度快，電站在參加電網(wǎng)AGC后，如果機(jī)組負(fù)荷波動(dòng)大，將引起全站出力的大幅度快速波動(dòng)，對(duì)電網(wǎng)沖擊很大，嚴(yán)重破壞電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，后果十分嚴(yán)重，所以，安全平穩(wěn)是電網(wǎng)對(duì)于溪洛渡電站運(yùn)行首要要求，同時(shí)，為了電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，需采用適當(dāng)分配策略保證效率最優(yōu)。文章針對(duì)上述情況，采用適當(dāng)措施，獲得很好效果。

2AGC運(yùn)行模式

AGC運(yùn)行模式分為開(kāi)環(huán)、半開(kāi)環(huán)和閉環(huán)模式。

開(kāi)環(huán)方式下，機(jī)組的設(shè)定值由軟件計(jì)算，顯示在操作員站的屏幕上，不能自動(dòng)分配到機(jī)組，需要操作員確認(rèn)有功分配結(jié)果，才可以將機(jī)組有功設(shè)定值下發(fā)到機(jī)組。

半開(kāi)環(huán)方式下，機(jī)組的設(shè)定值由軟件計(jì)算并直接分配到機(jī)組，不需要操作員確認(rèn)。

閉環(huán)方式下，機(jī)組的設(shè)定值由聯(lián)合控制軟件計(jì)算并直接分配到機(jī)組。AGC自動(dòng)執(zhí)行開(kāi)/停機(jī)，不需要操作員確認(rèn)，每次開(kāi)/停機(jī)只有1臺(tái)。

目前國(guó)調(diào)針對(duì)溪洛渡左岸電站沒(méi)有自動(dòng)開(kāi)/停機(jī)方式的要求，半開(kāi)環(huán)模式是當(dāng)前最主要運(yùn)行方式。

3AGC調(diào)度模式

AGC調(diào)度模式分別有國(guó)調(diào)/梯調(diào)/站控3種模式。在這3種模式下，AGC程序采用對(duì)應(yīng)調(diào)度模式下的有功給定值，保存在“國(guó)調(diào)總有功給定值”、“梯調(diào)總有功給定值”和“全廠總有功給定值”3個(gè)測(cè)點(diǎn)中。3種模式互斥，投入任一種模式，將自動(dòng)退出另外兩種模式。

當(dāng)電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“國(guó)調(diào)”且電站AGC運(yùn)行在有功給定方式時(shí)，AGC程序采用“國(guó)調(diào)總有功給定值”；“全廠總有功給定值”和“梯調(diào)總有功給定值”跟蹤全廠實(shí)發(fā)總有功。

當(dāng)電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“梯調(diào)”且電站AGC運(yùn)行在有功給定方式時(shí)，AGC程序采用梯調(diào)下發(fā)的給定值；即“梯調(diào)總有功給定值”；“全廠總有功給定值”和“國(guó)調(diào)總有功給定值”跟蹤全廠實(shí)發(fā)總有功；

當(dāng)電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“站控”時(shí)，如電站AGC運(yùn)行在有功給定方式，AGC程序采用操作員設(shè)定的全廠有功給定值；“梯調(diào)總有功給定值”和“國(guó)調(diào)總有功給定值”跟蹤全廠實(shí)發(fā)總有功；如電站AGC運(yùn)行在負(fù)荷曲線方式，有功給定值為當(dāng)前時(shí)間對(duì)應(yīng)時(shí)段負(fù)荷曲線給定值。

這種非當(dāng)前調(diào)度模式的有功給定值跟蹤全廠實(shí)發(fā)總有功的策略可以保證模式切換時(shí)負(fù)荷平穩(wěn)變化。

4電站AGC調(diào)節(jié)方式

電站AGC調(diào)節(jié)有有功功率給定和負(fù)荷曲線兩種方式，運(yùn)行操作員可以通過(guò)軟開(kāi)關(guān)來(lái)切換。

4.1有功功率給定方式

在這種方式下，電站AGC將根據(jù)給定的電站總有功，調(diào)節(jié)各機(jī)組的有功，AGC讀取對(duì)應(yīng)調(diào)度模式下全廠有功設(shè)定值，程序減去未加入AGC聯(lián)控機(jī)組實(shí)發(fā)有功值，將剩余負(fù)荷在AGC聯(lián)控機(jī)組間進(jìn)行分配。

4.2負(fù)荷曲線方式

只有在控制權(quán)為“廠控”時(shí)，才可以投入負(fù)荷曲線方式。負(fù)荷曲線有今日負(fù)荷曲線和明日負(fù)荷曲線兩種，分為每隔15min一點(diǎn)，1d共96點(diǎn)，由操作員手動(dòng)設(shè)置。電站AGC程序采用今日負(fù)荷曲線的當(dāng)前時(shí)段值調(diào)節(jié)每個(gè)機(jī)組的有功。每天23∶59∶57～23∶59∶59程序自動(dòng)將明日負(fù)荷曲線值拷貝賦值到今日負(fù)荷曲線對(duì)應(yīng)時(shí)段。

投入負(fù)荷曲線方式后，AGC程序讀取的負(fù)荷曲線為矩形圖，有功調(diào)度曲線調(diào)節(jié)模塊將此矩形圖平滑處理成梯形圖，將拐點(diǎn)前后的負(fù)荷做差值并將該差值等分到15 min內(nèi)，因此負(fù)荷是漸變而非突變，可以避免總有功變化過(guò)大，同時(shí)設(shè)置負(fù)荷曲線方式有功調(diào)節(jié)死區(qū)，若某時(shí)刻的負(fù)荷曲線值與前一次有效設(shè)定值差值大于死區(qū)，則將這一分鐘的設(shè)定值提前40 s分配給機(jī)組，同時(shí)這一設(shè)定值變成有效設(shè)定值。拐點(diǎn)處的設(shè)定值總會(huì)在拐點(diǎn)時(shí)刻下發(fā)。分步調(diào)節(jié)算法和提前調(diào)節(jié)的功能既保證了負(fù)荷平滑調(diào)節(jié)，又保證了到達(dá)設(shè)定值時(shí)間時(shí)負(fù)荷基本能調(diào)節(jié)到位[2][3]。

5AGC負(fù)荷分配策略

AGC實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷調(diào)整策略應(yīng)遵循優(yōu)先保證全廠負(fù)荷平衡原則，即：在負(fù)荷調(diào)節(jié)過(guò)程中，盡快調(diào)節(jié)電廠出力滿足系統(tǒng)對(duì)電廠的發(fā)電要求，不允許電站出力與系統(tǒng)負(fù)荷要求長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不平衡；同時(shí)應(yīng)該盡量避免由于機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值的波動(dòng)而引起機(jī)組的頻繁調(diào)節(jié)[1]。

溪洛渡左岸電站機(jī)組容量相同，各類型機(jī)組流量特性曲線接近，采用等容量分配接近最優(yōu)解[2]。AGC負(fù)荷分配遵從下述原則：

（1）機(jī)組不能運(yùn)行在振動(dòng)區(qū)；

（2）不能頻繁跨越振動(dòng)區(qū)；

（3）當(dāng)給定總有功大于實(shí)發(fā)總有功時(shí)，機(jī)組盡可能不減負(fù)荷；當(dāng)給定總有功小于實(shí)發(fā)總有功時(shí)，機(jī)組盡可能不增負(fù)荷；

（4）機(jī)組不能頻繁調(diào)節(jié)（小負(fù)荷變化由1或2臺(tái)機(jī)移動(dòng)）。

為了防止機(jī)組頻繁調(diào)節(jié)，程序設(shè)定步長(zhǎng)循環(huán)分配，增有功時(shí)，由實(shí)發(fā)有功最小的機(jī)組優(yōu)先增加負(fù)荷，步長(zhǎng)最大為40 MW，小于40 MW則由1臺(tái)機(jī)組承擔(dān)，超過(guò)的部分，下次循環(huán)采用相同方法，直至分配完畢，同時(shí)需考慮機(jī)組流量特性曲線允許最大最小有功值。減負(fù)荷時(shí)，有功分配策略類似。該算法循環(huán)計(jì)算，設(shè)定值同時(shí)下發(fā)。其最終調(diào)節(jié)結(jié)果，能保證每臺(tái)機(jī)組出力相差不大（最大40 MW），從而有效減少機(jī)組調(diào)節(jié)次數(shù)，由于溪洛渡水電站機(jī)組容量較大（770 MW），由機(jī)組出力不同所產(chǎn)生的效率損失可忽略不計(jì)，可基本保證電廠效率最優(yōu)。修正等功率分配法簡(jiǎn)單實(shí)用，這樣負(fù)荷變幅不大時(shí)，只有1或2臺(tái)機(jī)組采用調(diào)節(jié)，可以防止機(jī)組過(guò)于頻繁調(diào)節(jié)，同時(shí)也可減少多臺(tái)機(jī)組參與小負(fù)荷波動(dòng)造成的累計(jì)負(fù)荷偏差，較好地跟蹤有功給定值，保證機(jī)組負(fù)荷的平穩(wěn)[3]。溪洛渡左岸電站9臺(tái)機(jī)組的容量一致，振動(dòng)區(qū)數(shù)量較少（1個(gè)），修正等功率分配法比較適用，這樣降低了算法的復(fù)雜性，提高了計(jì)算的實(shí)時(shí)性，同時(shí)也滿足了電站高效率運(yùn)行的要求[2]。

6AGC安全性策略

對(duì)于大型電站，AGC不僅要保證正確負(fù)荷分配，還需保證平滑調(diào)節(jié)負(fù)荷，防止大的負(fù)荷波動(dòng)，這關(guān)系到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和電站的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此必須采取完備的安全策略，保障發(fā)電任務(wù)的準(zhǔn)確完成和設(shè)備的安全運(yùn)行。

6.1安全約束條件

溪洛渡左岸電站AGC根據(jù)電廠實(shí)際情況考慮了很完善的約束條件，機(jī)組只有在條件滿足情況下才能加入AGC聯(lián)控運(yùn)行，如果出現(xiàn)某些故障，程序自動(dòng)將機(jī)組退出到單控運(yùn)行，對(duì)于出現(xiàn)可能影響電廠AGC安全運(yùn)行的條件，程序?qū)?huì)自動(dòng)退出全廠AGC運(yùn)行。

AGC程序在采集的水位、機(jī)組工況狀態(tài)、電網(wǎng)頻率、開(kāi)關(guān)站母聯(lián)開(kāi)關(guān)狀態(tài)、開(kāi)關(guān)站及機(jī)組安穩(wěn)裝置切機(jī)信號(hào)等各種實(shí)時(shí)信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行計(jì)算，對(duì)機(jī)組重要的量測(cè)信息是否有效直接影響AGC計(jì)算結(jié)果，因此，AGC程序需要對(duì)采集信息進(jìn)行有效性檢驗(yàn)，不僅需要校驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)值是否在合理范圍內(nèi)、數(shù)據(jù)品質(zhì)是否正常、數(shù)據(jù)的變幅是否在合理范圍內(nèi)，還要校驗(yàn)數(shù)據(jù)通信狀態(tài)是否正常等[4]。

AGC根據(jù)電站調(diào)度模式來(lái)選擇對(duì)應(yīng)的全廠有功設(shè)定值，非投入的調(diào)度模式有功給定值跟蹤全廠有功實(shí)發(fā)值。

對(duì)電站接收的調(diào)度遙調(diào)設(shè)定值指令采取了上/下限、差值保護(hù)、零指令保護(hù)、頻率保護(hù)等必要的保護(hù)措施。當(dāng)有功設(shè)定值變幅越過(guò)預(yù)先設(shè)定的變幅，程序拒絕接受保持原值不變。當(dāng)有功設(shè)定值越過(guò)預(yù)先設(shè)定的上/下限或程序根據(jù)水頭計(jì)算當(dāng)前全廠可發(fā)最大/最小有功值，程序拒絕接受保持原值不變。

負(fù)荷曲線方式下，如果當(dāng)前時(shí)段負(fù)荷曲線值出現(xiàn)零值，程序自動(dòng)退出全廠AGC。如果電腦時(shí)鐘突變，程序自動(dòng)退出全廠AGC。因?yàn)樵谪?fù)荷曲線運(yùn)行方式下，AGC跟蹤調(diào)度有功設(shè)定值依賴于時(shí)間，如果時(shí)間出現(xiàn)較大變化，有可能引起負(fù)荷大幅波動(dòng)。

6.2 AGC水頭濾波處理策略

水頭信號(hào)的可靠性直接關(guān)系到電站安全生產(chǎn)，確保水頭信號(hào)的安全可靠，是水頭處理的核心任務(wù)。為了實(shí)時(shí)可靠地獲取上下游水位和水頭信息，溪洛渡水電站采用同時(shí)獲取梯調(diào)下發(fā)水頭和電廠自采水頭信息的策略。其中，梯調(diào)通信送的水頭有3路（左右岸各1路，1路全廠水頭），溪洛渡水電站設(shè)計(jì)的與上游水位相關(guān)的傳感器共計(jì)44支，與下游水位相關(guān)的傳感器共計(jì)10支。電廠自采水頭（水位）信號(hào)數(shù)量較多，為提高水頭精度，同時(shí)簡(jiǎn)化水頭處理，溪洛渡水頭分為左右岸2個(gè)獨(dú)立水頭，沒(méi)有全廠水頭。

在調(diào)控一體化模式下，電站水頭應(yīng)與梯調(diào)水頭保持一致。因此，溪洛渡水電站監(jiān)控系統(tǒng)優(yōu)先采用梯調(diào)的左岸電調(diào)水頭和全廠電調(diào)水頭，然后依次是電站自采水頭和人工設(shè)定水頭。當(dāng)正在使用的水頭信號(hào)故障時(shí)，此水頭信號(hào)將被閉鎖，同時(shí)采用下一優(yōu)先級(jí)的水頭信號(hào)。如果梯調(diào)送至電站水頭、電站自采水頭、手動(dòng)設(shè)置水頭都產(chǎn)生閉鎖，則最終水頭取上次水頭有效值。

為了減小水頭信號(hào)波動(dòng)的影響，程序中采用了“滑動(dòng)平均值”的計(jì)算方法，即將最近10次水頭信號(hào)的平均值作為計(jì)算水頭，同時(shí)，為了減少有功調(diào)節(jié)的頻度，計(jì)算水頭每5 min下發(fā)一次。

為了保證水頭的安全，解鎖操作只能夠由人工完成，每次設(shè)置水頭值均與當(dāng)前5 min水頭值相差在1 m之內(nèi)，逐步拉近5 min水頭值與當(dāng)前水頭值的差距，最終達(dá)到水頭解鎖的目的。

通過(guò)水頭界面，操作員可以選擇某路水頭，也可以根據(jù)需要對(duì)水頭值進(jìn)行閉鎖和解鎖的操作。

在水頭處理上采用了信號(hào)品質(zhì)位、信號(hào)值區(qū)間、信號(hào)變幅、滑動(dòng)平均值、程序閉鎖水頭等策略來(lái)保證水頭信號(hào)的安全可靠。同時(shí)，又引入了人工設(shè)值及人工置優(yōu)先級(jí)等策略，大大提高了水頭選擇的靈活性[5]。

6.3機(jī)組有功調(diào)節(jié)監(jiān)視

AGC程序監(jiān)視機(jī)組是否按照AGC程序計(jì)算的機(jī)組設(shè)定值方向調(diào)節(jié)。如果機(jī)組在40 s內(nèi)沒(méi)有調(diào)節(jié)，同時(shí)機(jī)組實(shí)發(fā)值與最終設(shè)定值之間的偏差大于最大有功調(diào)節(jié)偏差，則發(fā)出“有功調(diào)節(jié)失敗報(bào)警”信號(hào)，并將該機(jī)組退出有功聯(lián)控。該功能對(duì)于某臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)有功調(diào)節(jié)失敗的情況，AGC能很快調(diào)節(jié)機(jī)組跟蹤有功給定，不至于出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的功率缺額。

7結(jié)語(yǔ)

AGC的安全運(yùn)行，不僅關(guān)系到電廠設(shè)備安全，而且關(guān)系到電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。溪洛渡水電站AGC的各種模式設(shè)計(jì)完善，負(fù)荷分配策略科學(xué)合理，安全性保護(hù)策略應(yīng)有盡有，保證了AGC的安全可靠運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：劉曉彤（1983-），男，工程師，從事水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)工作。

收稿日期：2015-08-07

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.03.004

中圖分類號(hào)：TV736

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2016）03-0009-03