東江水電廠機(jī)組節(jié)水增效優(yōu)化探討

【摘要】由于水電廠在電網(wǎng)中的調(diào)節(jié)速度快的作用我們沒(méi)有有考慮開(kāi)機(jī)、停機(jī)過(guò)程、旋轉(zhuǎn)備用、帶小負(fù)荷或無(wú)功開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)在低效率區(qū)運(yùn)行造成的水能利用率低下及調(diào)節(jié)下游水位等因素所造成的流量耗費(fèi)甚至棄水，這些運(yùn)行方式不僅造成水能利用率低下且會(huì)增加機(jī)組磨損增加故障率，增加了東江水電廠的運(yùn)行維護(hù)成本。這需要更好的和省調(diào)及政府部門(mén)協(xié)商綜合考慮滿足電網(wǎng)及社會(huì)角色需求外盡可能減少得到改善。除此我們重點(diǎn)仍應(yīng)著眼于機(jī)組發(fā)電調(diào)節(jié)方式上，文中探討通過(guò)AGC調(diào)節(jié)方式的改善以求達(dá)到最優(yōu)發(fā)電解決方案，達(dá)到節(jié)水增效。

【關(guān)鍵詞】節(jié)水增效；AGC；微增率

一、東江機(jī)組AGC現(xiàn)狀

東江AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）系統(tǒng)目前由網(wǎng)調(diào)下達(dá)負(fù)荷后，自動(dòng)在現(xiàn)并網(wǎng)機(jī)組上實(shí)現(xiàn)：

1、避開(kāi)機(jī)組重震區(qū)和共震區(qū)；

2、大負(fù)荷調(diào)整并網(wǎng)機(jī)組平均分配；

3、小負(fù)荷調(diào)整單機(jī)最大。

機(jī)組振動(dòng)區(qū)的設(shè)置為靜態(tài)設(shè)置，沒(méi)有根據(jù)水頭的變化來(lái)自動(dòng)確定相應(yīng)的振動(dòng)區(qū)

在機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行時(shí)，僅僅考慮了避開(kāi)振動(dòng)區(qū)域來(lái)確保機(jī)組安全運(yùn)行，沒(méi)有將廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行納入系統(tǒng)，也即未對(duì)有功負(fù)荷在機(jī)組間做最佳優(yōu)化分配來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電效益的最大化。

由東江機(jī)組運(yùn)行特性曲線可以得出，最大出力并不是機(jī)組的最高效率點(diǎn)，而是偏離?=94%的高效率區(qū)，設(shè)計(jì)水頭125M情況下，東江水輪機(jī)高效率區(qū)在122～144MW，按發(fā)電機(jī)綜合效率90%算，機(jī)組出力約為110～130MW之間，超過(guò)130MW后效率迅速降低，耗水量加大，水輪機(jī)低于82MW（發(fā)電出力74MW），水輪機(jī)效率也迅速降低，不足89%。水輪機(jī)在90MW～122MW（對(duì)應(yīng)發(fā)電出力81～110MW）在相對(duì)高效率區(qū)，水輪機(jī)效率有91～93%。隨水頭變化，效率區(qū)將上升或下降。

顯然，不考慮水頭和水輪機(jī)效率區(qū)的調(diào)節(jié)方式，水能利用率并不一定合理，尤其是單機(jī)最大方式，耗水量將迅速增加。合理的調(diào)節(jié)方式應(yīng)是所有參與調(diào)節(jié)機(jī)組綜合耗水量最小。

二、運(yùn)行機(jī)組的最優(yōu)組合和負(fù)荷分配

目前的AGC負(fù)荷平均分配方式是基于廠四臺(tái)機(jī)型號(hào)相同從而效率曲線相同發(fā)電耗水流量完全相同情況下得出的，實(shí)際每臺(tái)機(jī)還是會(huì)有些不同的，我們因此希望能按照實(shí)際計(jì)算調(diào)節(jié)而不是給定負(fù)荷平均分配以期能盡可能提高流量利用率。

并列運(yùn)行機(jī)組間負(fù)荷的分配，應(yīng)在滿足電力系統(tǒng)下發(fā)負(fù)荷要求的條件下，使水電廠各機(jī)組耗用 的總流量最小，以達(dá)到水能利用率最高為目的。據(jù)此，水電廠運(yùn)行機(jī)組間最優(yōu)負(fù)荷分配應(yīng)滿足的數(shù)學(xué)式表述為：

N==

式中N----系統(tǒng)給定水電站的總負(fù)荷值；

Q----水電站運(yùn)行機(jī)組引用的總流量；

N為投入的機(jī)組總數(shù)；

、分別為第i臺(tái)機(jī)承擔(dān)的負(fù)荷和引用流量。

我們知道各臺(tái)機(jī)組所消耗的流量是其所發(fā)出力的函數(shù)，即。因此問(wèn)題可采用求函數(shù)極值的拉格朗日乘數(shù)法求解。求解過(guò)程較繁瑣此處略去僅給出最終求解結(jié)果，在機(jī)組段水位固定的情況下，可求得出下面等式：

即

上述表明，當(dāng)總功率一定，庫(kù)水位一定時(shí)時(shí)，要達(dá)到總耗水率最小是使所有投入運(yùn)行的機(jī)組的耗水微增率相等。這是在電力系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)組間最優(yōu)分配負(fù)荷的等微增率原則。在一般情況下，機(jī)組段的流量微增率值是隨機(jī)組出力的增加而增大的，因而流量對(duì)出力的二階導(dǎo)數(shù)大于零，也就是總流量獲得最小值的充分條件，所以只有滿足微增率原則的負(fù)荷分配方式就是使水電站流量消耗最小的最優(yōu)運(yùn)行方式 。

三、設(shè)計(jì)思路

我們的目的是全廠發(fā)電耗水效益最大化所以并不會(huì)每臺(tái)機(jī)組都在最優(yōu)效率區(qū)運(yùn)行按等微增煤耗率調(diào)度負(fù)荷的基本原則是：1、電廠增加負(fù)荷時(shí)，應(yīng)盡量讓微增水耗率小的機(jī)組帶滿負(fù)荷。2、電廠減少負(fù)荷時(shí)，應(yīng)先讓微增水耗率大的機(jī)組減少負(fù)荷。

由N=9.8?水輪機(jī)?發(fā)電機(jī)QH可推得Q=N/（9.8?水輪機(jī)?發(fā)電機(jī)H），結(jié)合上文等微增公式可求得相應(yīng)負(fù)荷下流量微增率值，由于水輪機(jī)的耗水率的耗水量微增率與機(jī)組的出力關(guān)系是=f（）只要繪制出這個(gè)關(guān)系曲線形成圖譜，AGC調(diào)整負(fù)荷有據(jù)可查就會(huì)達(dá)到節(jié)水增效的目的。而這就需要積累一定的各臺(tái)機(jī)組發(fā)電有功及記錄的流過(guò)尾水管流量，繪制出四臺(tái)機(jī)的=f（）的曲線并擬合出大東江（東江四臺(tái)機(jī)共計(jì)發(fā)電運(yùn)行方式為）15種運(yùn)行組合流量等微增曲線的計(jì)算量較大。但繪制成功后AGC優(yōu)化調(diào)節(jié)將有據(jù)可查，從圖譜中優(yōu)選最佳組合下發(fā)給LCU，實(shí)現(xiàn)最終節(jié)水增效。

小負(fù)荷調(diào)整情況，為實(shí)現(xiàn)少調(diào)節(jié)原則，增加負(fù)荷在出力最小機(jī)組上調(diào)節(jié)，減小負(fù)荷在最大負(fù)荷機(jī)組上調(diào)整。取消單機(jī)最大調(diào)節(jié)。

同時(shí)還要考慮機(jī)組避開(kāi)振動(dòng)區(qū)的問(wèn)題，按照下發(fā)的不同水頭下機(jī)組試驗(yàn)獲取的振擺數(shù)據(jù)在繪制=f（）曲線時(shí)要考慮扣掉不調(diào)節(jié)，盡量避開(kāi)振動(dòng)區(qū)。

四、實(shí)施方案

在遠(yuǎn)程集控項(xiàng)目實(shí)施中，在AGC程序增加機(jī)組組合優(yōu)化分配負(fù)荷功能，自動(dòng)根據(jù)省調(diào)下達(dá)總負(fù)荷和當(dāng)前并網(wǎng)機(jī)組情況，試算各種組合情況，選擇發(fā)電流量最小組合方案，也就是水輪機(jī)效率參數(shù)最大化。

4.1 在計(jì)算監(jiān)控系統(tǒng)中，接入東江庫(kù)水位、尾水位數(shù)據(jù)和東江尾水位數(shù)據(jù)，使用水位儀中RS485通信的數(shù)字化數(shù)據(jù)；

4.2 程序?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)查表和插值計(jì)算功能，自動(dòng)查找水輪機(jī)運(yùn)行特性曲線和尾水位～流量關(guān)系曲線，尾水位按預(yù)計(jì)流量估算；

4.3 取得當(dāng)前并網(wǎng)機(jī)組信息（計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中已有）。

4.4 程序根據(jù)網(wǎng)調(diào)下達(dá)總負(fù)荷，通過(guò)并網(wǎng)機(jī)組的各種負(fù)荷組合計(jì)算出各種發(fā)電流量數(shù)據(jù)，排除重震區(qū)和共震區(qū)出力組合，選擇發(fā)電流量最小一組下達(dá)給下位機(jī)。

4.5 小負(fù)荷調(diào)節(jié)，按增負(fù)荷由當(dāng)前負(fù)荷最小機(jī)組調(diào)節(jié)，減負(fù)荷由當(dāng)前負(fù)荷最大機(jī)組調(diào)節(jié)。

4.6 機(jī)組運(yùn)行特性曲線可根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，由用戶進(jìn)行調(diào)整修改，系統(tǒng)應(yīng)有修改界面。

4.7 機(jī)組脫離AGC運(yùn)行情況，自動(dòng)對(duì)機(jī)組處于低效率組合和重震區(qū)、共震區(qū)報(bào)警，推薦手動(dòng)優(yōu)化組合方案。

5、展望與結(jié)論

東江水電廠在實(shí)際的發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程中，由于發(fā)電機(jī)組的組合及負(fù)荷分配僅考慮完成電力調(diào)度部門(mén)下達(dá)的發(fā)電任務(wù)，導(dǎo)致電廠的單位發(fā)電耗水率偏高，從而造成了水能資源的浪費(fèi)。本文圍繞東江水電廠的發(fā)電生產(chǎn)實(shí)際，以電廠完成電力調(diào)度部門(mén)的發(fā)電任務(wù)為前提，以電廠的單位發(fā)電耗水率最低為目標(biāo)，綜合考慮了機(jī)組運(yùn)行中的約束條件，提出了一種新的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的方法，通過(guò)實(shí)現(xiàn)對(duì)AGC程序完善達(dá)到機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的方法，并對(duì)硬件實(shí)現(xiàn)提出了一套方案，做出了有益的嘗試。

作者簡(jiǎn)介：崔宇濤（1981--），研究生 工程師，從事水電自動(dòng)化方面工作。