基于廠網(wǎng)協(xié)聯(lián)的大型水電站自動發(fā)電控制策略分析與制定

陸建宏

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

基于廠網(wǎng)協(xié)聯(lián)的大型水電站自動發(fā)電控制策略分析與制定

陸建宏

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

大型水電機(jī)組具有調(diào)節(jié)速度快，調(diào)節(jié)性能好等優(yōu)點，保障了電網(wǎng)電能質(zhì)量。本文首先介紹了本大型水電站監(jiān)控系統(tǒng)改造后AGC運行實際情況，并根據(jù)電網(wǎng)發(fā)生的一起水電站AGC運行策略、安全閉鎖策略不合理、不完善引起的事件為經(jīng)驗，以電網(wǎng)調(diào)度下達(dá)的《AGC電廠安全控制策略核查要點》為技術(shù)要求，重點排查AGC安全策略是否完善，是否會對電網(wǎng)和電廠安全穩(wěn)定運行造成影響，并結(jié)合電網(wǎng)要求和各大型水電站AGC運行實際情況提出了防范和管理措施。

水電站；AGC；運行；安全閉鎖；策略

1 引言

電網(wǎng)頻率是衡量電能質(zhì)量的重要參數(shù)之一[1]。頻率調(diào)節(jié)的任務(wù)就是當(dāng)系統(tǒng)有功功率不平衡而使頻率偏離額定值時，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出力以達(dá)到新的平衡。自動發(fā)電控制（AGC）就是頻率的二次調(diào)整方式[2-3]。大型水電站以及大型水電機(jī)組不斷投運，大型水電機(jī)組所具有的調(diào)節(jié)速度快，調(diào)節(jié)性能好等優(yōu)點，配合自動發(fā)電控制（以下簡稱“AGC”）技術(shù)的應(yīng)用，對提高電網(wǎng)電能質(zhì)量發(fā)揮了重要作用。

2 本站AGC運行情況

2.1 AGC概述

本水電站AGC系統(tǒng)的硬件設(shè)備由兩臺冗余的控制器(AGVC1、AGVC2)及AGVC切換裝置組成，經(jīng)安德里茨的人員編程實現(xiàn)。AGVC1、AGVC2分別位于監(jiān)控后臺機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)1號服務(wù)器柜、2號服務(wù)器柜內(nèi)，AGVC切換裝置在1號服務(wù)器柜，電源位于盤柜后面。切換裝置方式把手正常在“AUTO”位置，當(dāng)主用發(fā)生異常時，會自動切換至備用。

2.2 AGC工作原理

本水電站AGC正常時投入調(diào)度側(cè)控制，各機(jī)組有功控制在“可投”狀態(tài)，調(diào)度側(cè)AGC下發(fā)本水電站總有功設(shè)定值，本水電站側(cè)調(diào)度網(wǎng)關(guān)機(jī)（PPDC1PPDC2）接收后，通過監(jiān)控主網(wǎng)絡(luò)下發(fā)給AGC主機(jī)（AGC1AGC2），AGC經(jīng)過計算后將負(fù)荷分配至各機(jī)組LCU，機(jī)組LCU下發(fā)給調(diào)速器執(zhí)行，同時AGC將本站總負(fù)荷上送給調(diào)度AGC系統(tǒng)。

2.3 運行分析

通過調(diào)取AGC全廠總有功實測值、AGC全廠總有功目標(biāo)值、省調(diào)（主調(diào)）AGC有功設(shè)定值、有功缺額等數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)變化規(guī)律，尋找缺陷相關(guān)原因，提前采取防范措施，有效避免故障的發(fā)生，減少因AGC故障對電力生產(chǎn)帶來的各方面影響[4-5]。鑒于AGC數(shù)據(jù)過于龐大，本次分析數(shù)據(jù)隨機(jī)抽取一周的數(shù)據(jù)，每5 min取一根數(shù)據(jù)。結(jié)果分析如下：

（1）有功功率缺額報警，指如果總有功設(shè)定值不能完全分配到機(jī)組則給出該報警。由圖1可以看出，AGC系統(tǒng)有功功率在-40 MW～40 MW之間，為正常值范圍內(nèi)。但由于機(jī)組在振動區(qū)邊緣運行，有功功率無法分配，不影響機(jī)組正常運行。

圖1 有功功率缺額統(tǒng)計

（2）AGC有功設(shè)定值越限報警，有功設(shè)定值超過有功最大變幅（電廠側(cè)200 MW，省調(diào)側(cè)240 MW）或超過機(jī)組總有功最大限制（操作員設(shè)定），或低于電廠最小功率限制，設(shè)定值與實測值差值小于15 MW，給出該報警。

（3）有功分配值錯誤，指機(jī)組有功設(shè)定值總加與AGC目標(biāo)值差值大于220 MW時，給出該報警。由圖2可以看出，區(qū)間內(nèi)最大差值127.67 MW，因此無有功分配值錯誤報警，有功分配正常。

圖2 AGC總有功目標(biāo)值與全廠總有功實際值偏差

（4）AGC有功設(shè)定值與輸出值校驗故障，指AGC投入情況下，當(dāng)AGC有功設(shè)定值與投入可控機(jī)組有功輸出值差值大于220 MW時，給出該報警并退出電站AGC。

（5）AGC設(shè)定值跟蹤故障，指當(dāng)總有功設(shè)定值和總有功實發(fā)值偏差大于80 MW且持續(xù)2 min時操作員報總有功不跟隨設(shè)定值報警信號，同時退出電站AGC。

（6）AGC有功設(shè)定值不可分配報警，指AGC有功設(shè)定值在等值振區(qū)時，給出該報警。

3 AGC安全策略不完善引起的事故

然而由于AGC安全策略不合理，安全閉鎖邏輯不完善以及人員誤操作等問題[6]，造成的電網(wǎng)負(fù)荷大幅波動仍時有發(fā)生。如某水電廠AGC發(fā)出錯誤控制指令，導(dǎo)致全廠有功出力從2 072 MW大幅降至259 MW，高壓線路側(cè)有功從2 537 MW迅速升至3 889MW，系統(tǒng)頻率降至49.941 Hz。經(jīng)分析，認(rèn)定此次異常主要由AGC軟件控制策略缺陷造成。如：實時庫過渡狀態(tài)數(shù)據(jù)異常、數(shù)據(jù)訪問接口未處理錯誤返回值、控制功能啟用時直接使用歷史設(shè)定值、控制值未與當(dāng)前出力校驗等。

4 AGC策略制定

4.1 AGC運行策略分析

AGC正常運行有投入“調(diào)度側(cè)”、“備調(diào)側(cè)”和“電站側(cè)”3種調(diào)節(jié)權(quán)限，因此，應(yīng)考慮以下運行策略：

（1）各控制模式下設(shè)置獨立的運行方式

AGC調(diào)節(jié)權(quán)限分為電廠設(shè)值權(quán)、調(diào)度設(shè)值權(quán)、調(diào)度備調(diào)設(shè)置權(quán)。當(dāng)某一調(diào)節(jié)權(quán)限投入時，AGC系統(tǒng)將執(zhí)行對應(yīng)的設(shè)定值。在設(shè)置好權(quán)限后，根據(jù)AGC控制方式設(shè)置AGC開環(huán)模式(即：AGC程序僅給出參加AGC機(jī)組有功分配指導(dǎo)，但不作為機(jī)組設(shè)定值，此時機(jī)組有功設(shè)定值由運行人員給定)和AGC半閉環(huán)模式（即：AGC程序給出參加AGC機(jī)組有功設(shè)定值，通過機(jī)組LCU作用至機(jī)組執(zhí)行。此時機(jī)組有功設(shè)定值跟蹤AGC設(shè)定值），兩種模式只能投入一種，投入后自動閉鎖另一模式。AGC控制方式又設(shè)置了全廠總有功定值方式（即全廠總有功固定值不變，然后根據(jù)程序計算后下發(fā)至并網(wǎng)機(jī)組執(zhí)行）和AGC調(diào)度曲線控制方式（由西南分中心下發(fā)96個負(fù)荷計劃值構(gòu)成負(fù)荷日調(diào)節(jié)曲線，每15 min調(diào)節(jié)一次，AGC系統(tǒng)根據(jù)日調(diào)節(jié)負(fù)荷曲線對機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整）。在并網(wǎng)機(jī)組投入AGC至廠站側(cè)控制時，可根據(jù)實際運行情況選擇投入全廠總有功定值方式或者AGC調(diào)度曲線控制方式；在AGC投入調(diào)度側(cè)或者備調(diào)側(cè)時，只能投入全廠總有功定值方式，執(zhí)行上級調(diào)度下達(dá)的總有功指令。AGC運行方式見表1。

表1 AGC運行方式表

（2）設(shè)置全廠AGC成組控制投入條件

AGC投入和機(jī)組自動開停機(jī)一樣，必須設(shè)置相應(yīng)的投入條件，才能保證并網(wǎng)機(jī)組投入AGC控制后安全穩(wěn)定運行，同時保證不影響電網(wǎng)的安全。因此，本水電站AGC成組控制投入設(shè)置了以下8個條件：①AGC控制單元與機(jī)組LCU通訊正常；②機(jī)組有功測量正常；③機(jī)組無事故；④AGC1或AGC2正常；⑤與兩套調(diào)度網(wǎng)關(guān)機(jī)（PPDC1/2）通信正常（投省調(diào)設(shè)值權(quán)時）；⑥與調(diào)度通訊正常（投調(diào)度設(shè)值權(quán)時）；⑦與9號LCU通訊正常；⑧至少有1臺機(jī)組投入AGC閉環(huán)。

（3）機(jī)組AGC優(yōu)先級與安控裝置切機(jī)順序一致

一般情況下，在水輪發(fā)電機(jī)組效率不同時，通過設(shè)置并網(wǎng)機(jī)組在AGC中的優(yōu)先級，讓效率高的機(jī)組優(yōu)先發(fā)電，從而提高水能利用效率。另外，在一些特定情況下，由于電網(wǎng)原因?qū)е聶C(jī)組頻繁跨越振動區(qū)時，設(shè)置機(jī)組優(yōu)先級，還可以選擇不同的機(jī)組進(jìn)行跨越振動區(qū)，避免同一臺機(jī)組的頻繁跨越。由于本站安控系統(tǒng)按照電網(wǎng)要求進(jìn)行升級改造后，安控裝置切機(jī)順序由原來的優(yōu)先級一致變成了根據(jù)機(jī)組優(yōu)先級進(jìn)行切機(jī)（表2），為保證機(jī)組切機(jī)正常，同時避免因機(jī)組負(fù)荷造成過切，并網(wǎng)機(jī)組AGC優(yōu)先級設(shè)置與安控裝置機(jī)組切機(jī)順序保持一致。

表2 安控裝置改造前后優(yōu)先級與AGC優(yōu)先級設(shè)置表

（4）設(shè)置單機(jī)循環(huán)負(fù)荷步長

水電廠一般作為電網(wǎng)的調(diào)頻廠，負(fù)荷調(diào)節(jié)頻繁。當(dāng)負(fù)荷調(diào)整變化量不大時，如果AGC對全廠機(jī)組進(jìn)行重新分配，可能導(dǎo)致機(jī)組所分配的負(fù)荷變化量在機(jī)組調(diào)速器的調(diào)節(jié)死區(qū)，而無法執(zhí)行。通過設(shè)置單機(jī)循環(huán)負(fù)荷步長，可避免此類情況，即在AGC程序設(shè)定循環(huán)負(fù)荷步長，如30 MW，通過機(jī)組優(yōu)先級設(shè)置，按階梯進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整。當(dāng)調(diào)整負(fù)荷時，每次循環(huán)由優(yōu)先級最高或最低的機(jī)組優(yōu)先調(diào)整負(fù)荷，步長最大為30 MW，小于30 MW則由該臺機(jī)組承擔(dān)，超過部分由次優(yōu)先級的機(jī)組進(jìn)行承擔(dān)。依次類推，如所有機(jī)組投入AGC控制的機(jī)組均進(jìn)行了一次分配，則開始下次循環(huán)。

4.2 AGC安全閉鎖邏輯

為保證電站AGC可靠運行和電廠設(shè)備安全運轉(zhuǎn)[7]，正常情況下，AGC能夠根據(jù)調(diào)度下發(fā)的有功目標(biāo)值或者電廠設(shè)定值進(jìn)行發(fā)電。但由于電站AGC控制策略、機(jī)組運轉(zhuǎn)特性、運行操作等問題，可能會致全廠出力在很短時間內(nèi)出現(xiàn)大幅波動，對電廠和電網(wǎng)的安全運行造成很大影響和沖擊。因此，必須對AGC安全閉鎖策略進(jìn)行完善。根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求和《四川電網(wǎng)AGC電廠安全控制策略核查要點》，本站AGC安全閉鎖邏輯設(shè)置如下：

（1）調(diào)度要求廠站AGC策略

1）為避免發(fā)電廠／機(jī)組AGC在控制權(quán)切換時發(fā)電廠／機(jī)組有功出力波動，當(dāng)控制權(quán)切換后，應(yīng)采用當(dāng)前全廠／機(jī)組有功實際出力覆蓋命令給定值。

2）不同通訊規(guī)約（IEC104、IEC101）之間的切換不應(yīng)對發(fā)電廠／機(jī)組AGC系統(tǒng)造成干擾。

3）發(fā)電廠／機(jī)組AGC應(yīng)對全廠／機(jī)組負(fù)荷給定值進(jìn)行合理性（包括不在可調(diào)范圍內(nèi)、超差等）判斷，對不合理的給定值不得采用和保留。

4）連續(xù)多次收到不合理的全廠／機(jī)組負(fù)荷給定值時，應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)的安全閉鎖邏輯。

5）發(fā)電廠／機(jī)組AGC在進(jìn)行超差判斷和負(fù)荷分配時應(yīng)采用全廠／機(jī)組負(fù)荷給定值與全廠／機(jī)組有功實際出力比較的方式進(jìn)行計算。

6）監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫狀態(tài)異常時，AGC程序應(yīng)執(zhí)行相應(yīng)的安全閉鎖邏輯。

7）發(fā)電廠／機(jī)組AGC應(yīng)讀取當(dāng)前的全廠／機(jī)組負(fù)荷給定值來執(zhí)行分配計算，不應(yīng)采用歷史數(shù)據(jù)參與計算。

（2）有功下發(fā)/設(shè)定值變幅與上下限限制

設(shè)置有功下發(fā)/設(shè)定值最大變幅（如200 MW）限制，在有功設(shè)定值變幅超過設(shè)定值時，AGC拒絕執(zhí)行，仍按原設(shè)定值發(fā)電，并給出報警，提醒電廠運行人員，由運行人員根據(jù)情況進(jìn)行處理?？杀苊庥捎诮邮盏降恼{(diào)度AGC主站下發(fā)的錯誤設(shè)定值或者由于人員錯誤輸入的設(shè)定值等造成的出力大幅波動情況。有功的最大變幅應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)叵到y(tǒng)情況，由調(diào)度部門確認(rèn)。設(shè)置上下限限制，可避免設(shè)定值超出當(dāng)前AGC控制的所有機(jī)組最大、最小出力，導(dǎo)致的負(fù)荷無法調(diào)整到位情況。

（3）機(jī)組有功調(diào)節(jié)監(jiān)視

當(dāng)有AGC與機(jī)組LPU通訊中斷、或者機(jī)組LPU故障等情況將導(dǎo)致機(jī)組無法按AGC設(shè)定值進(jìn)行發(fā)電。因此需對機(jī)組有功調(diào)節(jié)進(jìn)行監(jiān)視[8]。

1）應(yīng)確保機(jī)組LPU正確接收AGC下發(fā)值，當(dāng)AGC向機(jī)組LPU下發(fā)設(shè)定值后，機(jī)組LPU把接收到的值返回到監(jiān)控系統(tǒng)或者AGC，并判斷兩者是否一致。如不一致，或者長時間未返回，則退出全廠機(jī)組AGC控制，并報警。

2）當(dāng)機(jī)組LPU接到設(shè)定值時，如果機(jī)組在40 s內(nèi)沒有調(diào)節(jié)或者一定的時間范圍內(nèi)(如3 min)，機(jī)組實發(fā)值與最終設(shè)定值之間的偏差大于最大有功調(diào)節(jié)設(shè)定偏差，則發(fā)出有功調(diào)節(jié)失敗報警。

3）當(dāng)投入AGC控制的機(jī)組有功測量值故障，無法檢測到機(jī)組有功出力時，則退出全廠機(jī)組AGC控制，負(fù)荷保持不變。

4）因避免機(jī)組頻繁跨越振動區(qū)，而造成的新設(shè)定值與原設(shè)定值之間的有功差額，應(yīng)能及時報警，提醒運行人員。

（4）GIS保護(hù)動作退出全廠AGC控制

安全穩(wěn)定控制裝置或線路保護(hù)動作跳閘時，自動退出全廠機(jī)組AGC控制，轉(zhuǎn)為獨立手動控制，保持負(fù)荷不變。為了防止安全穩(wěn)定控制裝置及線路保護(hù)等在檢修和試驗時誤將AGC退出，監(jiān)控系統(tǒng)上可設(shè)置相對應(yīng)的“閉鎖安穩(wěn)裝置/線路保護(hù)動作退AGC功能”按鈕，當(dāng)裝置檢修或試驗時應(yīng)投入其閉鎖按鈕。

（5）AGC系統(tǒng)增加全廠總有功和線路總有功差值保護(hù)

當(dāng)機(jī)組總有功與線路總有功差值絕對值大于電廠設(shè)定的門檻值時，電廠AGC功能退出運行。對監(jiān)控中AGC程序修改（圖3）。

圖3 AGC程序修改

其中信號“ETN.JC.AGC.P.P_LU_DIFF”（機(jī)組線路總有功差值越限報警）用于退全廠AGC，且送上位機(jī)報警?！癊TN.JC.AGC.CTL.P_BRAKE.MODE”（機(jī)組線路總有功差值保護(hù)退AGC閉鎖投入）表示閉鎖總有功和線路總有功差值保護(hù)退全廠AGC功能，用于線路上變送器維護(hù)等情況時，運行人員通過投入該按鈕，確保AGC系統(tǒng)能正常投運，線路總有功和機(jī)組總有功差值絕對值取80 MW。在監(jiān)控AGC畫面上增加一個按鈕，具備“機(jī)組線路總有功差值保護(hù)退AGC閉鎖投入命令”“機(jī)組線路總有功差值保護(hù)退AGC閉鎖退出命令”功能。在退全廠AGC條件中增加“機(jī)組線路總有功差值保護(hù)退AGC”。

4.3 管理措施

AGC除需要全面考慮各種可能出現(xiàn)的運行情況，并設(shè)計相應(yīng)的安全閉鎖[3～4]條件外，在實際運行中運行人員必須把好運行操作關(guān)，工作中應(yīng)配合采取相應(yīng)的管理措施：

（1）運行人員需了解AGC邏輯體系和策略，對相應(yīng)報警和故障，應(yīng)能做出正確的處理。

（2）在AGC投入前，運行人員必須根據(jù)定值表核對AGC參數(shù)。

（3）在投入/退出AGC控制時，運行人員必須檢查設(shè)定值與實發(fā)值是否一致，確保不發(fā)生負(fù)荷的大幅變化。

（4）對可能影響AGC正常運行的工作，應(yīng)提前做好安全防范措施，必要時退出AGC，手動控制。

5 結(jié)語

AGC在為運行工作提供便利的同時，必須確保其安全可靠運行，尤其對運行人員而言。隨著電網(wǎng)《兩個細(xì)則》的實施，加大了對電能質(zhì)量的考核，其中AGC更是考核內(nèi)容的重點。廠站AGC系統(tǒng)不但是電網(wǎng)系統(tǒng)二次調(diào)頻功能及系統(tǒng)電壓控制的基礎(chǔ)，也是流域梯級電站實現(xiàn)EDC運行的基礎(chǔ)[9，10]，確保AGC的安全可靠運行，不僅關(guān)系著電網(wǎng)、電廠的安全穩(wěn)定運行，更關(guān)系著電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

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TM76

B

1672-5387（2017）08-0041-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.013

2017-05-30

陸建宏（1973-），男，高級工程師，從事水電站安全生產(chǎn)管理工作。