皂市水電站AGC調(diào)節(jié)性能研究

李建新，郭顏艷，徐 果

（湖南澧水流域水利水電開發(fā)有限責任公司，湖南 長沙415311）

1 前言

自動發(fā)電控制（Automatic Generation Control，簡稱AGC）是電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的主要內(nèi)容之一。該自動發(fā)電控制程序可以實現(xiàn)控制區(qū)域內(nèi)各發(fā)電機組有功輸出的自動調(diào)整和分配，從而將系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡線的交換功率維持在計劃的目標范圍內(nèi)。

皂市水電站位于湖南省皂市鎮(zhèn)，總裝機容量120 MW，裝有兩臺混流式水輪發(fā)電機組，每臺單機容量60 MW，額定水頭50 m，運行水頭范圍36.4～65.6 m，2008年5月投產(chǎn)發(fā)電。

2 AGC考核規(guī)則

根據(jù)國家能源局湖南監(jiān)管辦發(fā)布的《華中區(qū)域并網(wǎng)運行管理實施細則（試行）》湖南修訂增補條款[1-4]，提供AGC服務并網(wǎng)發(fā)電機組的考核內(nèi)容包括AGC的投運率、調(diào)節(jié)速度、調(diào)節(jié)精度等。

2.1 AGC月投運率

并網(wǎng)電廠AGC的月投運率必須達到90%以上。每降低1個百分點（含不足1個百分點），每臺次記考核電量1萬kW·h。經(jīng)調(diào)度機構(gòu)同意退出的時間段，不納入考核范圍[5]。

2.2 調(diào)節(jié)性能要求

具備AGC功能的機組，應按調(diào)度指令要求投入AGC，無法投入AGC功能或AGC調(diào)節(jié)性能（水電按全廠每日平均調(diào)節(jié)速度或精度）不滿足要求時，每日按5萬kW·h記為考核電量[5]。

水電機組AGC考核標準見表1。

表1 水電機組AGC考核標準

3 AGC調(diào)節(jié)性能分析

3.1 AGC考核原理

（1）某一調(diào)節(jié)指令AGC調(diào)節(jié)速度Vi：

其中：P2為結(jié)束功率；P1為初始功率；T2為結(jié)束時間；T1為開始時間。

（2）日平均調(diào)節(jié)速度V（所有調(diào)節(jié)過程速度的算術(shù)平均值）：

其中：n為每日考核指令條數(shù)。

（3）某一調(diào)節(jié)指令AGC調(diào)節(jié)精度ei：

其中：P2為結(jié)束功率；P3為結(jié)束指令（目標功率）；PN為電站裝機容量。

（4）日平均調(diào)節(jié)精度e（所有調(diào)節(jié)過程精度的算術(shù)平均值）。

其中：n為每日考核指令條數(shù)。

3.2 AGC考核原因分析

通過對電站AGC考核數(shù)據(jù)分析，大多都是由于日平均調(diào)節(jié)速度不合格被考核。

根據(jù)某一調(diào)節(jié)過程中調(diào)節(jié)速度公式（1），單次功率的變化量P2-P1由省調(diào)按照電網(wǎng)需求進行分配，不受調(diào)節(jié)過程影響，調(diào)節(jié)速度快慢由整個調(diào)節(jié)過程時間變化T2-T1決定。調(diào)節(jié)過程時間可進行如下分解：

其中：t1為負荷值在電站與省調(diào)之間傳輸時間；t2為電站收到省調(diào)負荷指令后上位機數(shù)據(jù)處理時間；t3為負荷調(diào)節(jié)過程時間；t4為負荷調(diào)整后下位機數(shù)據(jù)處理時間。

根據(jù)公式（5），因傳輸設備建設完成后t1屬固有傳遞時間，暫無法改變，只能通過設備改造或參數(shù)優(yōu)化等方式盡量縮短t2、t3、t4值。

4 AGC調(diào)節(jié)性能改善措施

通過現(xiàn)場數(shù)據(jù)監(jiān)測及數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)場設備可從3個方面縮短時間，改善AGC調(diào)節(jié)性能。

4.1 縮短上位機數(shù)據(jù)處理時間

一方面，電站上位機主機運行已近10年，設備老化現(xiàn)象較重，數(shù)據(jù)處理速度存在一定延時，另一方面，電站監(jiān)控系統(tǒng)上位機軟件系10年前低版本，據(jù)調(diào)研了解，現(xiàn)推薦使用版本計算速度與數(shù)據(jù)處理時間都有一定程度提高。針對設備現(xiàn)狀，及時調(diào)整計劃，加快監(jiān)控系統(tǒng)上位機換型改造及軟件升級工作。工作完成后，上位機數(shù)據(jù)處理時間從原來2 s左右縮至小于1 s。

4.2 改變機組負荷調(diào)整模式

電站負荷調(diào)整控制方式單一。由于皂市水庫以防洪為主，電站水頭變幅大，機組常年運行在額定水頭以下。當機組在高于額定水頭情況下運行，采用開度模式控制方式調(diào)節(jié)負荷時，基本能達到AGC調(diào)節(jié)性能要求。隨著水頭降低，單位導葉開度對應負荷值變小，在原控制模式下調(diào)節(jié)性能逐漸降低，導致電站屢被考核，扣罰電量多，經(jīng)濟損失大。電站調(diào)速器設備系10年前投運設備，只能在開度模式控制方式下運行，接收監(jiān)控系統(tǒng)“增/減”信號后，通過調(diào)節(jié)機組導葉開度來實現(xiàn)負荷調(diào)節(jié)。

為解決這一根本問題，調(diào)整思路，將兩臺機組調(diào)速器設備換型改造，增加功率模式控制方式，徹底解決電站控制模式單一問題。

2019年8月8日電站組織各設備廠家及湖南省電科院技術(shù)人員，完成42 m水頭機組功率模式控制方式下參數(shù)優(yōu)化聯(lián)調(diào)試驗，成功提升機組額定水頭以下運行時AGC調(diào)節(jié)性能。

經(jīng)比較，機組40 m水頭左右運行時，功率模式調(diào)節(jié)速度比開度模式快3～4 s，AGC調(diào)節(jié)性能大大提升。

4.3 縮短負荷調(diào)整后下位機數(shù)據(jù)處理時間

電站下位機功率采集有兩種方式，一種是通過交采表采集，另一種通過功率變送器采集。通過對下位機程序梳理后發(fā)現(xiàn)，原監(jiān)控系統(tǒng)功率主用采集方式為交采表采集。經(jīng)檢測，交采表數(shù)據(jù)采集及傳送存在1～2 s延時，變送器采集方式數(shù)據(jù)采集時間維持在500 ms左右，基本上實現(xiàn)實時傳送。通過更改功率數(shù)據(jù)傳送方式，負荷調(diào)整后負荷值送至上位機時間較改善前縮短1 s左右。

5 調(diào)節(jié)性能改善前后AGC考核情況對比

以上AGC性能改善措施實施后，電站AGC考核率明顯下降，從表2可以看出，2019年1月至8月7日，機組運行217 d，考核133 d，考核率61.29%，8月8日至12月31日，皂市機組開機運行126 d，AGC考核4 d天，考核率降至3.17%。

表2 AGC調(diào)節(jié)性能改善前后考核情況數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

6 結(jié)語及建議

自2009年《華中區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則》實施以來[6]，水電站在加強設備運行管理的同時也在想辦法提高電站AGC調(diào)節(jié)性能。經(jīng)過近2年AGC調(diào)節(jié)性能改善研究，電站已取得初步成果。后期，電站將從以下兩個方面開展相關研究工作。一方面，機組在功率模式下運行，其調(diào)節(jié)速度增快，對機組影響程度有待進一步數(shù)據(jù)比較及評估。另一方面，由于電站水頭變幅大，40 m水頭左右AGC調(diào)節(jié)性能基本解決，水頭升高后需尋找對應水頭下的最優(yōu)參數(shù)，既保證電能質(zhì)量、電網(wǎng)安全，又保障電站設備安全、經(jīng)濟運行。