大型水電站AGC考核分析與改進(jìn)措施

于遠(yuǎn)鵬

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000）

大型水電站AGC考核分析與改進(jìn)措施

于遠(yuǎn)鵬

（二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000）

華中電網(wǎng)對(duì)并網(wǎng)電站實(shí)施輔助服務(wù)補(bǔ)償及并網(wǎng)運(yùn)行管理考核，某大型水電站作為華中電網(wǎng)委托四川省調(diào)直調(diào)的電廠參與了輔助服務(wù)的考核和補(bǔ)償。本文結(jié)合兩個(gè)細(xì)則的要求分析了該水電站AGC輔助服務(wù)考核情況，并對(duì)影響AGC考核的原因進(jìn)行了分析，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況提出了改進(jìn)措施以滿足系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

輔助服務(wù)；一次調(diào)頻；考核；措施

1 前言

為保障電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，維護(hù)電力企業(yè)的合法權(quán)益，規(guī)范輔助服務(wù)管理，根據(jù)國家電監(jiān)會(huì)《關(guān)于同意印發(fā)實(shí)施華中區(qū)域發(fā)電廠輔助服務(wù)管理及并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則的通知》、華中電監(jiān)局《關(guān)于印發(fā)實(shí)施華中區(qū)域發(fā)電廠輔助服務(wù)管理及并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則的通知》(簡稱“兩個(gè)細(xì)則”［1－3］)輔助服務(wù)的實(shí)施，既保障了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)維護(hù)電力企業(yè)的合法權(quán)益，也規(guī)范了并網(wǎng)電廠的輔助服務(wù)管理。本水電站作為參與華中區(qū)域發(fā)電廠輔助服務(wù)及并網(wǎng)運(yùn)行管理的電廠，在實(shí)施兩個(gè)細(xì)則以來本水電站在AGC方面得到了電力系統(tǒng)的補(bǔ)償，同時(shí)也因AGC本身原因受到考核。

2 “兩個(gè)細(xì)則”中AGC考核規(guī)則

AGC考核指標(biāo)包括AGC月可用率和調(diào)節(jié)性能（調(diào)節(jié)精度、調(diào)節(jié)速率）。

2.1 AGC的月可用率

具備AGC功能的電站，應(yīng)按調(diào)度指令要求投入AGC，AGC的月可用率必須達(dá)到90%以上。每低1個(gè)百分點(diǎn)（含不足一個(gè)百分點(diǎn)），每臺(tái)次記考核電量5萬kW·h。經(jīng)調(diào)度機(jī)構(gòu)同意退出的時(shí)間段，不納入考核范圍。

2.2 AGC的調(diào)節(jié)性能

無法投入AGC功能或AGC調(diào)節(jié)性能不滿足規(guī)定基本要求，每日按0.5萬kW·h記為考核電量。

調(diào)節(jié)速率，每個(gè)AGC設(shè)定值調(diào)節(jié)命令的調(diào)節(jié)速率計(jì)算公式為：調(diào)節(jié)變化量/調(diào)節(jié)到位所耗時(shí)間。每15 min為一個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)段，取調(diào)節(jié)速率的平均值。

調(diào)節(jié)速度分為向上調(diào)節(jié)速度和向下調(diào)節(jié)速度，統(tǒng)計(jì)出的向上調(diào)節(jié)速度小于向上爬坡率則為不合格，統(tǒng)計(jì)出的向下調(diào)節(jié)速度小于向下爬坡率則為不合格。

據(jù)了解，如果每天96個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)段中有85%以上的點(diǎn)（即81.6個(gè)點(diǎn)）合格，則認(rèn)為該日AGC合格，計(jì)入AGC補(bǔ)償，否則每日按0.5萬kW·h記為考核電量。

調(diào)節(jié)精度，每15 min為一個(gè)統(tǒng)計(jì)時(shí)段，取調(diào)節(jié)精度的平均值。響應(yīng)死區(qū)統(tǒng)計(jì)規(guī)則：對(duì)統(tǒng)計(jì)周期內(nèi)的所有響應(yīng)死區(qū)求平均值。統(tǒng)計(jì)出的調(diào)節(jié)精度（誤差）如果大于響應(yīng)死區(qū)（允許調(diào)節(jié)誤差）則為不合格。下頁表1為某水電站9月份AGC考核明細(xì)表。

3 AGC考核原因分析

3.1 機(jī)組運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)

9月，水電站6臺(tái)機(jī)組AGC均投入運(yùn)行，平均負(fù)荷較高，負(fù)荷調(diào)節(jié)空間有限，省調(diào)AGC下發(fā)總有功設(shè)定值與電站有功輸出值偏差較小。大發(fā)期間機(jī)組跨越振動(dòng)區(qū)運(yùn)行情況較少，AGC有功分配時(shí)由于考慮優(yōu)化效率，容易將小負(fù)荷增量分配到多臺(tái)機(jī)中。小負(fù)荷增量時(shí)調(diào)速器調(diào)節(jié)速度放慢，因此，大發(fā)電期間AGC調(diào)節(jié)速率更容易被考核。

本月共有1 357個(gè)受考核點(diǎn)。其中，239個(gè)點(diǎn)為向上調(diào)節(jié)速率不合格，占17.6%，1 118個(gè)點(diǎn)為向下調(diào)節(jié)速率不合格，占82.4%。輔助服務(wù)考核系統(tǒng)判斷電站等值機(jī)組是否調(diào)節(jié)到位的判據(jù)是總有功偏差（總有功輸出值-總有功設(shè)定值）小于20 MW。查看歷史數(shù)據(jù)，總有功偏差一般情況下均在20 MW左右。由于總有功偏差的問題，既會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)速率不合格，也會(huì)導(dǎo)致調(diào)節(jié)精度不合格，這是同一原因?qū)е碌膬蓚€(gè)不同的后果。因此，絕大多數(shù)向下調(diào)節(jié)速率不合格是因?yàn)榭傆泄φ蚱钜鸬?，由于電站機(jī)組容量大，考慮到模擬量采樣環(huán)節(jié)綜合誤差和電調(diào)的調(diào)節(jié)死區(qū)（4 MW）兩個(gè)因素，電站總有功輸出控制在20 MW以內(nèi)較困難。

表1 某水電站9月份AGC考核明細(xì)表

3.2 AGC與一次調(diào)頻的相互影響

電站一次調(diào)頻死區(qū)設(shè)定為50±0.04 Hz，據(jù)統(tǒng)計(jì)一次調(diào)頻每月動(dòng)作約4萬次，對(duì)AGC調(diào)節(jié)影響很大。AGC的控制環(huán)節(jié)有一定的響應(yīng)時(shí)間，通常AGC總有功設(shè)定值變化4～5 s后，機(jī)組設(shè)定值才會(huì)變化。

據(jù)了解，省調(diào)AGC系統(tǒng)根據(jù)聯(lián)絡(luò)線潮流功率變化情況并考慮各種因數(shù)，計(jì)算出總有功設(shè)定值，并按一定的規(guī)律分配到具備調(diào)節(jié)能力的各電廠，如果檢測到電站當(dāng)前總有功輸出值與分配給該電站的設(shè)定值偏差達(dá)到30 MW，則省調(diào)AGC認(rèn)為電廠具備調(diào)節(jié)能力，新的設(shè)定值下發(fā)到電廠執(zhí)行。電廠由于受一次調(diào)頻、模擬量采樣環(huán)節(jié)綜合誤差和電調(diào)的調(diào)節(jié)死區(qū)（4 MW）的影響，很容易達(dá)到省調(diào)下發(fā)新定值的條件，因此，反映到實(shí)際中即表現(xiàn)為AGC設(shè)定值頻繁，AGC設(shè)定值偏差較小。

AGC是現(xiàn)代電網(wǎng)控制的一項(xiàng)基本和重要功能，是基于電網(wǎng)高度自動(dòng)化的EMS與發(fā)電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（CCS）間閉環(huán)控制的一種先進(jìn)技術(shù)手段。實(shí)施AGC可獲得以高質(zhì)量電能為電力的供需實(shí)時(shí)平衡服務(wù)，可以提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，降低運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。一次調(diào)頻則屬于當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng)，一般由發(fā)電機(jī)調(diào)速器附加控制功能實(shí)現(xiàn)，水輪發(fā)電機(jī)組通過整定調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)實(shí)現(xiàn)，可以在0%～10%之間整定，對(duì)于電網(wǎng)一次調(diào)頻來說，一般要求整定為4%～5%，根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差控制導(dǎo)葉開度。AGC的控制方式為功率閉環(huán)模式，其控制環(huán)涵蓋全網(wǎng)；一次調(diào)頻控制方式為頻率閉環(huán)模式，只按照設(shè)備所在地頻率偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。兩者的控制目標(biāo)、控制方式、響應(yīng)時(shí)間均有較大差異[4]。

鑒于電廠在電網(wǎng)中的地位，我廠運(yùn)行的機(jī)組非特殊工況，并網(wǎng)后機(jī)組均在AGC閉環(huán)控制。電廠AGC采用有功閉環(huán)調(diào)節(jié)，接受省調(diào)下發(fā)的總有功值，再通過本地AGC有功分配策略，計(jì)算出單機(jī)的有功設(shè)定值，通過監(jiān)控系統(tǒng)的模擬量輸出通道，送到調(diào)速器控制系統(tǒng)。同時(shí)在計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的AGC控制策略中增加單機(jī)允許功率偏差，使一次調(diào)頻與AGC取得較好的配合效果。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷未出現(xiàn)負(fù)荷的劇烈突變時(shí)，調(diào)速器控制系統(tǒng)一次調(diào)頻動(dòng)作，一次調(diào)頻將機(jī)組功率一般調(diào)整在AGC設(shè)定的單機(jī)允許偏差值內(nèi)。當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作調(diào)節(jié)的負(fù)荷超出AGC設(shè)定的單機(jī)允許偏差，AGC控制將回調(diào)機(jī)組出力到之前AGC的定值，而此時(shí)電網(wǎng)EMS的解算尚未完成，新的AGC定值尚未下發(fā)，為防止一次調(diào)頻快速加負(fù)荷導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，一次調(diào)頻設(shè)有功率增量上限，一次調(diào)頻最大調(diào)整負(fù)荷限定在額定負(fù)荷的10%以內(nèi)。

一次調(diào)頻只對(duì)頻率進(jìn)行響應(yīng)，但從全網(wǎng)角度而言，AGC的控制方向可能與一次調(diào)頻完全相反。從一次調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)控制邏輯上看，一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)量和AGC的控制量兩者的疊加量去控制電液轉(zhuǎn)換器，應(yīng)不會(huì)出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象，當(dāng)兩者的調(diào)節(jié)相反時(shí)，只會(huì)減小調(diào)節(jié)的控制量，不會(huì)頻繁的正向、反向調(diào)節(jié)。水電站從近幾年的運(yùn)行情況看，未出現(xiàn)過一次調(diào)頻的過調(diào)或者來回的調(diào)節(jié)，給系統(tǒng)帶來不穩(wěn)定。

3.3 AGC受電網(wǎng)負(fù)荷的影響

按目前考核規(guī)則，每個(gè)月機(jī)組一次AGC合格率必須在85%以上，即每月要保證96個(gè)點(diǎn)中有81.6個(gè)點(diǎn)合格才不會(huì)被考核。根據(jù)四川電網(wǎng)日典型負(fù)荷曲線（圖1）可以看出，電網(wǎng)峰谷差很大，負(fù)荷分布不均勻，且枯水期和豐水期峰谷時(shí)間也不一樣。在豐水期由于四川主網(wǎng)用電負(fù)荷高，該電站基本保持6臺(tái)機(jī)帶大負(fù)荷運(yùn)行，雖然不受機(jī)組不可分配區(qū)的影響，但由于省調(diào)AGC下發(fā)值與電站實(shí)際總有功值偏差較小，一般在20 MW以內(nèi)，而電站機(jī)組很難調(diào)整到位。因此，由表1可以看出，電站9月份AGC每日考核都不合格，所以月度考核也不合格。在枯水期，一般電站都是3～4臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，在低谷時(shí)基本保持3臺(tái)機(jī)運(yùn)行，可以降低電站耗水率，但3臺(tái)機(jī)運(yùn)行在高水頭時(shí)不可分配負(fù)荷區(qū)范圍較廣[5]（表2）。由于不可分配區(qū)的影響，當(dāng)省調(diào)AGC下發(fā)值在不可分配區(qū)時(shí)，機(jī)組有功無法分配，也就無法滿足電網(wǎng)AGC下發(fā)值，此時(shí)只有省調(diào)AGC下發(fā)新值，且在機(jī)組可調(diào)范圍內(nèi)，機(jī)組才能滿足AGC下發(fā)值。根據(jù)前面的分析和目前四川并網(wǎng)水電機(jī)組的實(shí)際動(dòng)作情況來看，要實(shí)現(xiàn)機(jī)組AGC調(diào)節(jié)合格率超過85%非常困難，從另一個(gè)角度講，考核指標(biāo)過于嚴(yán)格。

圖1 四川電網(wǎng)典型日負(fù)荷曲線

4 改進(jìn)措施

（1）由于該電站的單機(jī)容量大，尤其是6臺(tái)機(jī)組全部運(yùn)行情況下全廠總有功偏差很難控制在20 MW以內(nèi)。輔助服務(wù)考核系統(tǒng)判斷電站等值機(jī)組是否調(diào)節(jié)到位的判據(jù)即總有功偏差值應(yīng)該設(shè)置為變量，開機(jī)臺(tái)數(shù)越少，該值越小，開機(jī)臺(tái)數(shù)越多，該值越大。故省調(diào)AGC系統(tǒng)中設(shè)置的該電站機(jī)組具備調(diào)節(jié)能力的有功偏差設(shè)定值應(yīng)放大到60MW為宜（據(jù)了解目前為30 MW）。

表2 3臺(tái)機(jī)運(yùn)行不可分配區(qū)

（2）放寬一次調(diào)頻死區(qū)的定值，根據(jù)《華中電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)管理規(guī)定及考核辦法》和《四川電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻調(diào)度管理規(guī)定》要求，水電機(jī)組一次調(diào)頻的人工死區(qū)可控制在0.05Hz內(nèi)，因此與省調(diào)協(xié)商下，發(fā)電站機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)定值為50±0.05Hz，以減少其干擾AGC正常調(diào)節(jié)的頻次。

（3）AGC和一次調(diào)頻輔助服務(wù)考核和補(bǔ)償情況算法較復(fù)雜，電站管理人員對(duì)很多技術(shù)參數(shù)和細(xì)節(jié)無法獲知，由于電站側(cè)與省調(diào)側(cè)所安裝的輔助服務(wù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)不一樣，而輔助服務(wù)考核是以省調(diào)側(cè)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果為主，因此，建議電站側(cè)也安裝和省調(diào)相同的輔助服務(wù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，保證電網(wǎng)和電站側(cè)數(shù)據(jù)一致，以方便電站側(cè)的數(shù)據(jù)分析。

（4）優(yōu)化調(diào)速器一次調(diào)頻與AGC的配合控制策略。在其他一些水電廠其實(shí)已有成功的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)值得借鑒，例如：監(jiān)控系統(tǒng)采取在全廠無AGC指令分配時(shí)，將一次調(diào)頻動(dòng)作引起的負(fù)荷偏差疊加到全廠有功功率給定值，使得給定值與實(shí)發(fā)值一致，負(fù)荷不再重新分配，確保一次調(diào)頻功能正常發(fā)揮；當(dāng)有新的AGC指令分配時(shí)，采取AGC指令與一次調(diào)頻指令直接疊加[6-7]的方式?；蛘?，在調(diào)速器程序上加判斷條件：在一次調(diào)頻動(dòng)作過程中閉鎖與之方向相反的功率給定增減指令，待一次調(diào)頻動(dòng)作結(jié)束后再跟蹤新的有功功率給定指令。

5 改進(jìn)后AGC運(yùn)行情況

經(jīng)過電站與上級(jí)調(diào)度的多次溝通與協(xié)調(diào)，調(diào)度已將二灘機(jī)組具備調(diào)節(jié)能力的有功偏差設(shè)定值放大到55 MW，并對(duì)一次調(diào)頻調(diào)節(jié)死區(qū)定值做了放寬，改為了50±0.05 Hz。而調(diào)速器與AGC的配合策略仍在研究中。經(jīng)過上級(jí)調(diào)度對(duì)我廠AGC和一次調(diào)頻要求的放寬，我廠在輔助服務(wù)中AGC考核指標(biāo)得到了明顯的改善。表3為月度AGC考核情況統(tǒng)計(jì)。

表3 某水電站2014年月度AGC考核明細(xì)表

6 結(jié)語

自2009年華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)及運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則與考核實(shí)施以來，電站積極參與，加強(qiáng)設(shè)備調(diào)度管理，努力提高電能質(zhì)量，取得了相對(duì)可觀的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償；但因設(shè)備調(diào)節(jié)特性等方面的各種原因，也未能避免受到了一定的考核。同時(shí)，隨著電力市場的快速發(fā)展，系統(tǒng)對(duì)參與有償輔助服務(wù)的電廠也提出了更高的要求。為此，應(yīng)該制定科學(xué)合理的考核規(guī)定和提升電站AGC調(diào)節(jié)的合格率，以實(shí)現(xiàn)電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，爭取創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]華中電監(jiān)會(huì).華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則(試行)[Z],2009.

[2]華中電監(jiān)會(huì).華中區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則(試行)[Z],2009.

[3]華中電監(jiān)會(huì).關(guān)于印發(fā)華中區(qū)域“兩個(gè)細(xì)則”運(yùn)行啟動(dòng)會(huì)會(huì)議紀(jì)要的通知[Z],2010.

[4]袁小燕.二灘水電站一次調(diào)頻運(yùn)行探討[J].水電站機(jī)電技術(shù), 2009，32（6）：48－50．

[5]任志波.二灘水電站自動(dòng)發(fā)電控制不可分配區(qū)分析[J]．水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測,2012，36（5）：47－48．

[6]吳建榮,雷傳友.二灘水電站機(jī)組一次調(diào)頻存在的問題及改進(jìn)建議[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測,2012（2）：40－42．

[7]程抱貴,王鵬宇.龍灘水電站一次調(diào)頻與AGC二次調(diào)頻間的策略優(yōu)化[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2011，34（5）：52－55．

TM761

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1672-5387（2017）06-0019-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.06.007

2017-02-14

于遠(yuǎn)鵬（1974-），男，工程師，從事水電站運(yùn)行管理工作。