錦官流域梯級電站AGC優(yōu)化探討

陳 鵬

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司集控中心，成都 610051)

0 引 言

錦官梯級水電站位于四川涼山州境內雅礱江上，由錦西、錦東、官地三站組成，是國家“西電東送”戰(zhàn)略重要電源。三站以發(fā)電為主，共有18臺600 MW水輪發(fā)電機組，總裝機10 800 MW，在系統(tǒng)中三站同步運行，承擔調峰調頻任務。

錦官梯級所在西南電網有錦蘇、復奉、賓金三大特高壓直流輸電系統(tǒng)，總輸送能力21 600 MW，當直流發(fā)生換相失敗故障且西南、華中同步聯(lián)網運行時，系統(tǒng)暫態(tài)沖擊將傳遞至華中、華北電網，嚴重情況下可能導致西南、華中、華北交流聯(lián)網解列，運行風險較大。為降低該風險，西南、華中將調整為“背靠背”直流聯(lián)網運行，調整后直流換相失敗引起的暫態(tài)沖擊將局限于西南電網，電網結構性風險將得到緩解。但西南電網轉動慣量將降低，頻率穩(wěn)定水平會下降，為緩解系統(tǒng)頻率穩(wěn)定風險，提高調頻能力，西南電網組建了區(qū)域電網AGC，并將國調直調錦官梯級電站納入AGC系統(tǒng)控制。在2018年4月開展的西南電網異步運行試驗中，錦官梯級AGC可靠動作，完成系統(tǒng)二次調頻，同時也出現(xiàn)了流域水量平衡破壞、負荷分配違反穩(wěn)定運行規(guī)定等異常情況。本文將分析試驗中流域AGC暴露的相關問題，并提出相應的完善策略。

1 錦官梯級AGC系統(tǒng)

錦官梯級AGC采用南瑞監(jiān)控AGC模塊，結構如圖1所示。圖中錦官AGC在主站EMS系統(tǒng)AGC模塊中等值為一臺AGC可控機組，主站根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差，結合其控制策略計算下發(fā)功率調節(jié)目標至各AGC子站執(zhí)行。子站接收主站總有功設定值后按預定分配策略計算下發(fā)至各機組執(zhí)行。

錦官梯級AGC配有主子站數(shù)據(jù)交互、異常工況應對和負荷分配等功能。其中主子站數(shù)據(jù)交互用于子站相關參數(shù)上送和主站調節(jié)控制令下達，如上述機組振動區(qū)、功率調節(jié)上下限、子站AGC控制模式等。異常工況應對主要用于AGC運行期間發(fā)生安控切機動作、機組有功測量故障、調速器故障等異常時AGC應采取的措施。負荷分配策略實現(xiàn)總有功設定值的快速計算分配，是子站的核心功能，基本分配原則包括省水多發(fā)、避免機組頻繁穿越振動區(qū)等，系統(tǒng)目前采用等比例分配和小負荷分配相結合的分配方式，其負荷計算如式(1)所示：

圖1 錦官梯級廠站AGC結構圖

(1)

式中：Pi為第i臺AGC控制機組負荷分配值；Pagc為AGC控制機組分配目標值；Pimax為第i臺AGC控制機組當前水頭下最大出力；n為參加AGC控制機組臺數(shù)。

2 錦官梯級AGC問題分析

2.1 流域水量平衡破壞

梯級廠站上下游間存在水力聯(lián)系，由表1所示錦官梯級電站特征參數(shù)可知，錦西為龍頭水庫，具有年調節(jié)能力，官地為日調節(jié)水庫，而錦東基本無調蓄能力。此外錦西、錦東兩庫還采用“首尾連接”布局，在靠近錦西壩址下游建錦東攔河閘壩攔蓄錦西出庫水流形成錦東水庫，庫區(qū)再通過長約16.67 km引水隧洞截彎取直獲取約310 m發(fā)電水頭用于錦東機組發(fā)電。實際運行中由錦西水庫進行流域來水調蓄，錦西、錦東負荷嚴格匹配來確保錦東水庫入出庫流量平衡。在本次錦蘇直流功率升降試驗中，流域AGC響應調度主站AGC調節(jié)，站間負荷分配未考慮錦東運行實際，從而導致錦東入出庫流量失衡，試驗具體情況如下。

表1 錦官梯級電站特征參數(shù)

(1)錦蘇直流提升100 萬kW試驗。試驗時系統(tǒng)頻率由50.04 Hz降低為49.96 Hz，流域AGC按調度主站AGC控制策略參與二次調頻，錦西、錦東、官地增加功率設值分別為240、108、286 MW。該負荷分配將使錦東入出庫流量差增加112 m3/s，錦東水位按0.48 m/h速率加速上漲。以該庫正常運行水位1 644 m、原始入出庫流量平衡為例，充分考慮系統(tǒng)故障安控切機后閘門緊急操作期間水庫不漫壩需要，該方式運行約2 h后水位逼近1 645 m，錦東需開閘增加棄水，對流域經濟運行不利。

(2)錦蘇直流速降功率200萬kW試驗。試驗時系統(tǒng)頻率由49.94 Hz升高為50.13 Hz，流域AGC按調度主站AGC控制策略參與二次調頻，錦西、錦東、官地降低出力設值分別為334、424、203 MW。該負荷分配將使錦東入出庫流量差減少80 m3/s，錦東水位按0.36 m/h速率加速下降，該方式長時間運行時為避免水庫拉空需減少泄水，可能不滿足大河灣減水河段生態(tài)下泄需要。

從試驗結果可知，主站進行錦官梯級負荷分配時未考慮流域水量平衡，錦西、官地水庫調蓄能力較強，水量平衡破壞對水庫運行影響較小，而錦東調蓄能力極弱，其水量平衡破壞將威脅水庫運行安全、經濟運行。

2.2 負荷分配違反穩(wěn)定運行規(guī)定

電網下發(fā)的穩(wěn)定運行規(guī)定是系統(tǒng)調度運行依據(jù)，并網運行廠站須嚴格遵行。錦官梯級廠站典型規(guī)定有“正常方式下，各站安排1臺出力最低并網機組不投切機壓板；錦西出力超250 萬kW時，錦西可切機組單機出力不低于40 萬kW，錦東4機及以上運行時，錦東可切機組單機出力不低于50 萬kW”等。由本次試驗過程中流域AGC負荷分配結果可知AGC分配策略未考慮穩(wěn)定運行規(guī)定相關限制條件，導致負荷分配結果不滿足穩(wěn)定運行規(guī)定相關要求。以錦蘇直流升功率100 萬kW為例，試驗中錦西5號機為安控不切機組，按規(guī)定出力應最低，而升功率分配時5號機先上跨振動區(qū)，分配負荷較可切機組4號機高，同樣情況在官地也出現(xiàn)。

2.3 AGC異常策略與調速器報警邏輯不匹配

西南電網異步運行期間錦蘇直流速降200 萬kW時，投入AGC閉環(huán)控制的官地4號機調速器A套功率采樣故障及總故障報警，調速器A/B套調節(jié)器切換同時4號機退AGC控制，導致官地AGC調頻能力大幅下降，不利于系統(tǒng)二次調頻。

經分析，試驗期間調速器A套功率采樣故障報警，觸發(fā)A套調節(jié)器總故障、調節(jié)器A/B套切換及4號機退AGC控制，而功率采樣故障則源于調速器“三選二”邏輯。錦官調速器 “三選二”邏輯通過比較三個不同變送器的信號，篩選出異常元件，從而有效防止功率、開度、頻率等關鍵控制參數(shù)傳感器軟故障引起的功率調節(jié)失常。以功率采樣為例，其故障判斷邏輯由原來單個功率信號故障改為三個功率信號的綜合判斷，判斷邏輯如圖2所示。由圖可知，五個判據(jù)任意滿足一個即報功率采樣故障。查詢監(jiān)控及調速器信息可知異常瞬間三個功率反饋測量元件均無故障報警，而功率曲線顯示1號、2號功率反饋偏差24.05 MW，1號、3號功率反饋偏差50.70 MW，2號、3號功率反饋偏差27.15 MW，滿足功率采樣故障判據(jù)5，從而觸發(fā)功率采樣故障報警。根據(jù)調速器總故障判斷邏輯，調速器發(fā)生功率反饋采樣故障、功率給定采樣故障、導葉采樣故障、液壓故障、伺服故障等故障時觸發(fā)單調節(jié)器總故障報警。

圖2 調速器功率反饋采樣故障判斷邏輯

此外，查詢AGC異常工況程序模塊可知調速器故障退單機AGC邏輯如圖3所示，當機組調速器滿足A/B套調節(jié)器總故障及A/B套調節(jié)器功率給定采樣故障四個判據(jù)中的任一判據(jù)時，該機組將退出AGC控制。綜合調速器及AGC邏輯可知，驗中官地4號機滿足調速器功率反饋采樣故障判據(jù)5觸發(fā)功率反饋采樣故障及A套調節(jié)器總故障，經AGC異常工況邏輯退單機AGC控制。

圖3 AGC模塊調速器故障退單機AGC邏輯

3 流域AGC優(yōu)化

3.1 流域水量平衡優(yōu)化

由前文可知，流域AGC二次調頻將導致流域流量失衡，威脅調蓄能力極弱的錦東水庫安全經濟運行，其理想優(yōu)化策略如圖4(a)所示。由圖可知在流域AGC與調度主站間布置EDC模塊，增加該模塊后錦官三站在調度AGC主站中等值為一臺AGC可控機組，主站下發(fā)錦官綜合調整令至EDC主站，EDC模塊考慮水量平衡情況下計算下發(fā)各站負荷至流域AGC執(zhí)行，該模式需增添EDC主站軟硬件設備。考慮當前電網調度接受EDC分配有限，同時簡化計算分配層級和減少軟硬件投資，可通過錦西或錦東AGC子站來實現(xiàn)錦西、錦東兩站間負荷平衡分配功能，其優(yōu)化策略如圖4(b)所示。

3.2 與穩(wěn)定運行規(guī)定協(xié)調優(yōu)化

因穩(wěn)定運行規(guī)定須嚴格遵行，故應將相關要求納入AGC負荷分配原則。從不切機組出力最低原則來說，可采用如下兩種方式實現(xiàn)：一是AGC模塊中增加機組負荷分配優(yōu)先級手動設置功能，將可切機組設為高優(yōu)先級，負荷分配時在遵循等比例分配及小負荷分配基本原則基礎上，優(yōu)先加負荷最后減負荷。二是AGC模塊中增加不切機組設置功能，可切機組優(yōu)先增負荷最后減負荷。

圖4 流域AGC水量平衡策略優(yōu)化

而對于錦西2 500 MW以上可切機組單機出力400 MW以上、錦東4臺機及以上可切機組單機出力500 MW以上限制條件，其實現(xiàn)方式可通過程序自動調整可切機組調節(jié)上下限實現(xiàn)，例如錦東開機4臺機及以上時，可切機組單機調節(jié)上下限參數(shù)自動調整為500～600 MW即可。

3.3 與調速器協(xié)聯(lián)配合策略優(yōu)化

西南電網異步運行時為抑制系統(tǒng)超低頻振蕩，調速器需運行在小網開度模式，該模式下流域AGC計算分配值下發(fā)至監(jiān)控機組LCU執(zhí)行，LCU通過功率偏差經PID計算后形成開度脈沖至調速器執(zhí)行從而實現(xiàn)功率閉環(huán)調節(jié)，功率調節(jié)流程如圖5所示。由圖可知，該模式下調速器主要實現(xiàn)開度調節(jié)及一次調頻功能，其自身功率測值未參與功率閉環(huán)控制。結合試驗時官地#4機退AGC控制原因分析，錦官梯級廠站AGC與調速器協(xié)聯(lián)策略需進行全面梳理，主要優(yōu)化策略如下：

圖5 小網開度模式下錦官廠站AGC功率調節(jié)流程

(1)功率偏差原因清查。3個功率變送器間兩兩比較偏差大于定值24 MW觸發(fā)功率采樣故障報警，其原因可能是采樣時間不完全同步，也可能是各功率變送器動態(tài)響應不一致，需查清數(shù)據(jù)測量偏差的根本原因。

(2)完善調速器功率采樣故障判斷邏輯。為應對暫態(tài)過程中功率反饋采樣故障報警，可考慮采取去掉任意兩個功率反饋偏差判據(jù)或該判據(jù)引入一定延時，同時評估確定三功率變送器合理偏差，適當增大偏差報警定值。以本次試驗為例，引入2 s延時或增大偏差報警定值至30 MW均不會觸發(fā)功率采樣故障。

(3)調速器故障報警邏輯優(yōu)化。機組調速器開度模式運行時， AGC計算分配值下發(fā)至監(jiān)控LCU，通過監(jiān)控PID實現(xiàn)功率閉環(huán)調節(jié)，調速器功率給定及功率反饋不參與功率調節(jié)，其功率“三選二”邏輯報警意義不大。因此調速器開度模式下功率反饋采樣故障及功率給定采樣故障可僅作普通報警，不觸發(fā)調節(jié)器總故障，從而有效避免單機AGC退出，當調速器功率調節(jié)模式運行時再出發(fā)總故障報警。

(4)完善AGC異常工況邏輯。錦官梯級AGC系統(tǒng)引入調速器A/B套調節(jié)器總故障和調速器A/B套調節(jié)器功率給定采樣故障四個條件作為調速器故障退單機AGC判據(jù)。在錦官機組調速器A/B套可自動切換，當A套故障而該套非主用時調速器控制功能仍完備，可不退單機AGC，因此AGC退單機AGC邏輯應引入調節(jié)器是否為主用綜合判斷。同理調速器功率給定采樣故障退AGC邏輯可引入調速器是否為功率模式及是否為主用兩個條件綜合判斷，完善后的邏輯如圖6所示。

圖6 AGC系統(tǒng)調速器故障退單機AGC邏輯優(yōu)化圖

4 結 語

本文介紹了流域錦官梯級廠站AGC結構及現(xiàn)狀，針對系統(tǒng)試驗過程中流域AGC二次調頻暴露出的流域水量平衡破壞、負荷分配違反穩(wěn)定運行規(guī)定及AGC異常工況邏輯與調速器故障報警邏輯不匹配問題進行了詳細分析，并提出了相應的優(yōu)化建議，完善后的錦官梯級廠站AGC在充分發(fā)揮系統(tǒng)異常及故障情況下調峰調頻能力的同時，也更有利于流域梯級廠站系統(tǒng)的安全、經濟運行。

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