梯級水電站聯(lián)合調度AGC的研究

劉江濤， 周 政

(四川華能寶興河水電有限責任公司，四川 雅安 625000)

0 引 言

自動發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)是梯級水電站聯(lián)合運行和優(yōu)化調度的重要工具[1]。隨著電力系統(tǒng)自動化程度不斷提高，水電站自動化水平不斷完善，以梯級水電站為基礎的聯(lián)合調度AGC功能已經(jīng)廣泛應用于流域梯級電站運行調度中。但是由于梯級水電站之間機組存在著不同的運行情況，各水庫間存在著不同的區(qū)間流量及生態(tài)放水要求，且大多數(shù)梯級水電站水調及電調系統(tǒng)分別獨立，難免會發(fā)生水電站間負荷分配不合理，水能利用效率降低導致水資源浪費等情況。

為改變這一現(xiàn)狀，將電調與水調有機地結合起來，合理有效地利用水資源，經(jīng)濟、合理、準確地對同一流域梯級水電站進行聯(lián)合調度AGC。下面以A水電站及B水電站為例子，分析如何根據(jù)機組水頭、區(qū)間流量、生態(tài)流量變化，實現(xiàn)梯級水電站AGC聯(lián)合控制，并提出了相應的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的程序設計方案。

1 項目背景

A水電站為寶興河梯級開發(fā)的龍頭水電站，裝機容量3×80 MW，混流式水輪發(fā)電機組。下游B水電站距離A水電站35 km，裝機容量3×35 MW，混流式水輪發(fā)電機組。A水電站出線在B水電站π接后統(tǒng)一送出。目前A水電站和B水電站分開，分別由集控中心實行獨立的水庫調度和電站負荷調度。由于A水電站與B水電站均有生態(tài)放水要求，區(qū)間流量對水庫影響較大，且省調負荷下達可能存在不匹配現(xiàn)象，不可避免地會發(fā)生水電站負荷分配不合理，導致水資源浪費的現(xiàn)象。為實現(xiàn)水調與電調的有機結合，更為經(jīng)濟、合理并提高效益，擬對兩個水電站實行聯(lián)合調度AGC，提高水能利用率和經(jīng)濟效益。

2 梯級水電站AGC聯(lián)合控制功能

2.1 AGC功能方案

A水電站與B水電站的負荷統(tǒng)一由集控中心的聯(lián)合調度AGC進行控制，由A、B水電站聯(lián)合調度AGC上送至省調。A、B水電站將電站可帶有功功率上下限、振動區(qū)等上送至聯(lián)合調度AGC裝置，由聯(lián)合調度AGC來計算分配兩站總有功功率。此方案需要在集控中心增設一套設備，用于負荷分配計算?？傆泄β式?jīng)過聯(lián)合調度AGC計算后，得到A水電站總有功功率P1總、B水電站總有功功率P2總，分別送至A水電站AGC和B水電站AGC，然后由各自水電站AGC進行有功功率分配、調節(jié)。

數(shù)據(jù)流向示意如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)流向

2.2 梯級水電站間負荷分配

A水電站與B水電站進行負荷分配時遵循上、下兩個水電站皆不發(fā)生棄水的原則。由于A水電站水庫為龍頭水庫，具有年調節(jié)能力，其庫容較大，而B水電站庫容較小，水庫調度根本原則采用以A水電站總下泄流量QA下泄等于B水電站總下泄流量QB下泄的方案，可表示為：

QA下泄=QB下泄

(1)

QA下泄=QA+QA生

(2)

QB下泄=QB+QB生+Q區(qū)

(3)

式中：AA生為A水電站生態(tài)流量；QB生為B水電站生態(tài)流量；QA為A水電站單機每兆瓦引用流量；QB為B水電站單機每兆瓦引用流量；Q生為A水電站與B水電站生態(tài)流量差值；Q區(qū)為A水電站與B水電站區(qū)間流量。

PA為分配給A水電站出力總負荷；PB為分配給B電站出力總負荷；P總為省調下令的A、B水電站聯(lián)合調度AGC總設定值。則：

(4)

當水輪機組凈工作水頭H發(fā)生變化時，則采用實時水頭下的單機引用流量值進行計算，各水頭下單機引用流量值可參考投產(chǎn)時水輪機特性曲線。根據(jù)水能動力學原理可得出，水輪發(fā)電機組出力P與機組發(fā)電耗水量Q有如式(5)關系：

P=9.81QHη

(5)

在式(4)、式(5)中，在P總由省調給定的情況下，機組效率系數(shù)η根據(jù)各自水輪機特性曲線算出，各水電站生態(tài)流量值按照當?shù)卣嚓P政策制定，A水電站與B水電站區(qū)間流量Q區(qū)可由水調水情測報系統(tǒng)實時傳輸給定，因此可由式(4)、式(5)計算得出分配至A水電站、B水電站總有功負荷PA、PB。

3 AGC功能完善

3.1 聯(lián)合調度AGC控制權限

梯級水電站聯(lián)合調度AGC功能是通過省調電網(wǎng)向梯級調度集控中心下發(fā)總負荷指令，梯級調度集控中心經(jīng)過優(yōu)化計算，通過約束及閉鎖條件后，向廠站下發(fā)相應負荷并調節(jié)。該聯(lián)合調度AGC控制權分為3種，實現(xiàn)分級管控，逐級投入：

1)廠站的控制權：投入/退出參加聯(lián)調功能。

2)省調的控制權：聯(lián)調總值設定。

3)集控的控制權：投入/退出聯(lián)調功能；開環(huán)/閉環(huán)功能切換。

當聯(lián)合調度AGC控制模式為“開環(huán)模式”時，聯(lián)合控制計算機系統(tǒng)將只計算分配值不下發(fā)分配值；當聯(lián)合調度AGC控制模式為“閉環(huán)模式”時，聯(lián)合控制計算機系統(tǒng)將計算值分別下發(fā)至A和B兩水電站。各廠站站級AGC控制模式為“開環(huán)模式”時，站級AGC控制計算機將只接收分配值；各廠站站級AGC控制模式為“閉環(huán)模式”時，站級AGC控制計算機將接收分配值，并將分配值減去未參與AGC聯(lián)調機組的負荷后，平均分配給加入聯(lián)合調度AGC的機組LCU，下發(fā)指令控制調速器系統(tǒng)調整負荷。

控制權切換后，聯(lián)合調度AGC動作邏輯如表1所示。

3.2 聯(lián)合調度AGC通訊功能

由于梯級水電站聯(lián)合調度AGC由廠站、集控及省調三方協(xié)調控制，需要三方之間通過通訊接收和發(fā)送聯(lián)合調度AGC相關的遙測、遙信、遙調信號，則聯(lián)合調度AGC通訊功能分為3部分：1)電站與集控聯(lián)調通訊機通訊；2)省調主調與集控網(wǎng)關機通訊；3)省調備調與集控網(wǎng)關機通訊。

當通訊功能發(fā)生故障時，聯(lián)調AGC動作邏輯如表2所示。

3.3 聯(lián)合調度AGC約束及閉鎖

當然，在計算聯(lián)合調度AGC有功負荷值時，還應考慮到各機組的不可運行區(qū)間，包括機組的有功負荷出力上下限、機組振動區(qū)間等，此外還需要考慮到系統(tǒng)對水電站要求的備用容量及對水電站上、下游水位限制等因素[2]。

當區(qū)間流量、生態(tài)流量及機組運行水頭發(fā)生變化時，聯(lián)合調度AGC總設定值的上下限將會發(fā)生改變。若設定值越限或設定值位于振動區(qū)間時，聯(lián)合調度AGC系統(tǒng)將會發(fā)出報警，設定值失效，保持上次分配值。當省調設定值連續(xù)錯誤3次報警，AGC聯(lián)控設置權在“主調”“備調”情況下，自動切換至“梯調”設置權。省調設定連續(xù)錯誤未達到3次，若下次設定值正確，重置計數(shù)。

機組LCU接受到分配值后，根據(jù)單機步長調節(jié)靈敏度判斷做出判斷，若實際值與分配目標值差距小于靈敏度或超過步長設定值，將不進行負荷調整。

4 聯(lián)合試驗結果及分析

梯級聯(lián)合調度AGC功能的實施，需要通過三級聯(lián)合測試，分別為廠站級、集控級、省調級。通過在集控增加梯級調度聯(lián)合控制AGC計算機監(jiān)控系統(tǒng)，建立廠站級AGC控制系統(tǒng)，測試廠控、集控、省調控制3種模式下的AGC指令分配功能以及驗證各種模式下的閉鎖功能[3]。

現(xiàn)以A和B水電站某天機組運行情況為基礎，加入梯級水電站聯(lián)合調度AGC，采取廠控、集控、省調三方聯(lián)調的方式，由省調下發(fā)聯(lián)合調度AGC總負荷值，通過梯級水電站聯(lián)合調度AGC控制自動分配有功負荷。梯級水電站聯(lián)合調度AGC控制自動分配有功負荷邏輯如圖2所示。

當區(qū)間流量固定為10 m3/s，試驗測試結果如表3—表5。

當設定值不變，區(qū)間流量發(fā)生改變時，聯(lián)調允許設定值上下限會發(fā)生相應改變，并且處于上游的A水電站計算分配值將會隨著區(qū)間流量增加而減少。相關試驗測試結果如表6—表8所示。

表1 控制權切換聯(lián)合調度AGC動作邏輯

表2 通訊功能故障聯(lián)調AGC動作邏輯

圖2 梯級水電站聯(lián)合調度AGC控制自動分配有功負荷邏輯

表3 區(qū)間流量固定聯(lián)調機組情況

表4 區(qū)間流量固定正常設定測試結果 單位：MW

表5 區(qū)間流量固定越限設定測試結果 單位：MW

表6 區(qū)間流量改變聯(lián)調機組情況 單位：MW

表7 區(qū)間流量改變正常設定測試結果 單位：MW

表8 區(qū)間流量改變越限設定測試結果 單位：MW

通過廠控、集控、省調三方聯(lián)調試驗，檢驗聯(lián)調三方之間的AGC功能相關的遙測數(shù)據(jù)、遙信信號與遙調指令正確無誤，機組均能準確規(guī)避運行振動區(qū)且均在機組運行上下限范圍內。聯(lián)合調度AGC響應速度、調節(jié)幅度均在規(guī)定范圍內。經(jīng)過模擬異常信號及錯誤設定值，查驗了聯(lián)合調度AGC各項閉鎖功能正確無誤，符合安全運行的實際需求，能夠保障機組正常穩(wěn)定運行，且在不同區(qū)間流量的情況下，聯(lián)合調度AGC均能正確響應。

5 結 語

為了優(yōu)化A水電站與B水電站聯(lián)合調度AGC運行，評估兩水電站生態(tài)流量、區(qū)間流量對聯(lián)合調度AGC的影響，闡述了如何根據(jù)機組水頭、區(qū)間流量、生態(tài)流量變化實現(xiàn)梯級水電站聯(lián)合調度AGC，并給出了相應的計算機監(jiān)控系統(tǒng)的程序設計方案及詳細計算公式。將水調水情測報系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)加入至電調聯(lián)合調度AGC負荷分配計算中，并通過三方聯(lián)合調試試驗，實現(xiàn)了水調與電調有機結合，為梯級流域水電站增產(chǎn)增效，發(fā)揮梯級水電站整體運營優(yōu)勢提供幫助。