巨型水輪發(fā)電機(jī)組AGC 與一次調(diào)頻功能配合優(yōu)化及應(yīng)用

周立成，白 二，金笑笑

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

自動發(fā)電控制系統(tǒng)簡稱AGC，通過在保證電站設(shè)備正常、滿足各項(xiàng)限制條件的前提下，合理地組織調(diào)度電站的發(fā)電設(shè)備，迅速經(jīng)濟(jì)地控制整個電站機(jī)組的啟停和有功功率的調(diào)整，來滿足系統(tǒng)需要，使電站出力與調(diào)度下達(dá)的總負(fù)荷隨時保持一致，同時使用水量最小，從而獲得盡可能大的經(jīng)濟(jì)效益。

AGC 著重解決電力系統(tǒng)在運(yùn)行中的頻率調(diào)節(jié)和負(fù)荷分配，以及與相鄰電力系統(tǒng)間按計(jì)劃進(jìn)行功率交換，AGC 和一次調(diào)頻是通過調(diào)整運(yùn)行機(jī)組出力來保證電網(wǎng)供電頻率在允許范圍內(nèi)的重要技術(shù)手段[1]。

AGC 有國調(diào)、梯調(diào)及站控3 種調(diào)度模式。AGC調(diào)節(jié)方式有：有功給定、負(fù)荷曲線、調(diào)頻方式和頻率補(bǔ)償方式。

機(jī)組投入一次調(diào)頻功能后,原有的AGC 與一次調(diào)頻功能之間會存在沖突，AGC 要求機(jī)組有功實(shí)時跟蹤調(diào)度下發(fā)的有功給定值，而一次調(diào)頻功能則要求機(jī)組有功能及時響應(yīng)電網(wǎng)頻率的偏差。且在一次調(diào)頻動作后，機(jī)組有可能進(jìn)入振動區(qū)運(yùn)行，這是由于原AGC 有功分配約束條件中沒有考慮一次調(diào)頻對振動區(qū)的上下沿的影響所致。因此科學(xué)合理的設(shè)計(jì)兩者之間的配合方式及有功分配策略對保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

1 機(jī)組AGC 與一次調(diào)頻配合改進(jìn)方法

根據(jù)《水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T 1245-2013）5.3.11 條要求，一次調(diào)頻的優(yōu)先級高于AGC 或功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，在機(jī)組AGC 投入運(yùn)行或監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)方式下，機(jī)組一次調(diào)頻功能應(yīng)不受監(jiān)控系統(tǒng)影響，一次調(diào)頻應(yīng)與AGC 或功率閉環(huán)調(diào)節(jié)相互協(xié)調(diào)。鑒于巨型水輪發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻即將投入使用，故對監(jiān)控系統(tǒng)AGC 程序及LCU程序功能做相應(yīng)優(yōu)化，以配合機(jī)組一次調(diào)頻功能投入，避免出現(xiàn)與調(diào)速器一次調(diào)頻動作反向調(diào)節(jié)的問題[2]。

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)AGC 功能改進(jìn)

對于AGC 與調(diào)速器一次調(diào)頻之間沖突的問題，采取調(diào)速器一次調(diào)頻優(yōu)先的方式，避免AGC 與調(diào)速器一次調(diào)頻同時對機(jī)組有功進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)參與AGC 聯(lián)控的機(jī)組一次調(diào)頻動作時，AGC 不對該機(jī)組下發(fā)有功調(diào)節(jié)指令，且不判斷該機(jī)組的有功調(diào)節(jié)偏差（正常情況下，單機(jī)有功調(diào)節(jié)偏差達(dá)到20 MW 時自動退出AGC）。待該機(jī)組一次調(diào)頻動作信號復(fù)位后，AGC 再恢復(fù)該機(jī)組有功調(diào)節(jié)。一次調(diào)頻動作信號復(fù)位15 s（完成調(diào)節(jié)量90%）后再開始判斷該機(jī)組調(diào)節(jié)偏差。

這種沖突處理方式的影響是，如果調(diào)速器一次調(diào)頻動作期間正好是調(diào)度負(fù)荷曲線的調(diào)整點(diǎn)，可能造成機(jī)組負(fù)荷調(diào)整指令延遲下發(fā)。

1.2 LCU 閉環(huán)調(diào)節(jié)功能改進(jìn)

當(dāng)前某水力發(fā)電廠機(jī)組有功閉環(huán)模式投入時，LCU 有3 種方式調(diào)節(jié)調(diào)速器有功，如圖1 所示。

圖1 某水力發(fā)電廠LCU 有功調(diào)節(jié)方式

（1）有功模擬量調(diào)節(jié)方式

機(jī)組LCU 直接將有功設(shè)定值通過AO 通道發(fā)送至調(diào)速器，在調(diào)速器內(nèi)部進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。

（2）有功脈沖量調(diào)節(jié)方式

機(jī)組LCU 將有功設(shè)定值與實(shí)測有功值進(jìn)行比較，經(jīng)有功增減脈沖計(jì)算模塊計(jì)算后，輸出相應(yīng)脈沖寬度的增減脈沖，經(jīng)DO 通道發(fā)送至調(diào)速器，對調(diào)速器內(nèi)部有功設(shè)定值進(jìn)行增減。

（3）有功開度調(diào)節(jié)方式

機(jī)組LCU 將有功設(shè)定值與實(shí)測有功值進(jìn)行比較，經(jīng)開度增減脈沖計(jì)算模塊計(jì)算后，輸出相應(yīng)脈沖寬度的增減脈沖，經(jīng)DO 通道發(fā)送至調(diào)速器，對調(diào)速器內(nèi)部開度設(shè)定值進(jìn)行增減。

由此可見，一次調(diào)頻動作期間，機(jī)組有功發(fā)生變化后，在有功模擬量調(diào)節(jié)方式下，因LCU 有功設(shè)定值沒有變化，調(diào)速器的有功設(shè)定值就不會變化，LCU對調(diào)速器調(diào)節(jié)沒有影響（已在機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)中得到驗(yàn)證）。但在有功脈沖或開度方式下，因LCU有功給定值與有功實(shí)發(fā)值存在差值，LCU 會進(jìn)行反調(diào)節(jié)，抵消調(diào)速器一次調(diào)頻動作時的有功調(diào)節(jié)量。

對于LCU 與調(diào)速器一次調(diào)頻沖突的問題，需對LCU 程序作如下改進(jìn)：在有功脈沖或開度方式下，一次調(diào)頻動作期間及一次調(diào)頻動作復(fù)位后的時間段T內(nèi)，LCU 的增減脈沖輸出閉鎖。根據(jù)《DL-T 1245-2013 水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)導(dǎo)則》要求，將T 設(shè)為30 s，如圖1 中的通道②所示。

1.3 機(jī)組AGC 與一次調(diào)頻配合振動區(qū)改進(jìn)優(yōu)化

避開振動區(qū)遵循以下原則：避免機(jī)組有功功率頻繁穿越振動區(qū)；避免機(jī)組功率大范圍波動；有功給定值與實(shí)際有功功率偏差最小[3]。

在AGC 的控制策略中，一般都有避開振動區(qū)的設(shè)置，但多數(shù)水電廠存在振動區(qū)域劃分不準(zhǔn)、振動區(qū)設(shè)置單一的問題AGC 負(fù)荷指令的頻繁變化 使得機(jī)組經(jīng)常穿越或停留在振動區(qū)運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性受到影響[4]。

避開振動區(qū)的約束條件為：

式中,Pijl—第i 臺機(jī)組第j 個不可運(yùn)行區(qū)的功率下限；Pijh—第i 臺機(jī)組第j 個不可運(yùn)行區(qū)的功率上限；j—不可運(yùn)行區(qū)個數(shù)（j=1，2…m）。

由于一次調(diào)頻的優(yōu)先級高于AGC 或功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，在機(jī)組AGC 投入運(yùn)行或監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)方式下，機(jī)組一次調(diào)頻功能應(yīng)不受監(jiān)控系統(tǒng)影響，如果機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行工況處在振動區(qū)邊緣，則一次調(diào)頻動作后機(jī)組可能會進(jìn)入振動區(qū)運(yùn)行，這對機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行不利。優(yōu)化方案是在原有的AGC 避開振動區(qū)算法中，在振動區(qū)上下沿疊加一次調(diào)頻功率補(bǔ)償量限幅值作為一次調(diào)頻振動區(qū)上下沿。

（1）一次調(diào)頻功率補(bǔ)償量

機(jī)組一次調(diào)頻的功率補(bǔ)償量(Δp)：是由機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率δ和電網(wǎng)頻率偏差Δf計(jì)算出來的，公式如下：

式中，f0為額定轉(zhuǎn)速，Δfmax為機(jī)組一次調(diào)頻動作頻率限幅，PN為機(jī)組的額定功率，Δpmax為一次調(diào)頻功率限幅[5]。

（2）一次調(diào)頻振動區(qū)上下沿修正優(yōu)化

原有流程的振動區(qū)上下沿是根據(jù)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線，由當(dāng)前運(yùn)行水頭確定振動區(qū)的上下沿?？紤]一次調(diào)頻的振動區(qū)上下沿優(yōu)化改進(jìn)為：

修正后振動區(qū)上沿：當(dāng)前水頭對應(yīng)的振動區(qū)上沿加上一次調(diào)頻功率補(bǔ)償量限幅Δpmax。

修正后振動區(qū)下沿：當(dāng)前水頭對應(yīng)的振動區(qū)下沿減去一次調(diào)頻功率補(bǔ)償量限幅Δpmax。

2 監(jiān)控系統(tǒng)AGC 配合一次調(diào)頻功能試驗(yàn)

根據(jù)某水力發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)AGC 配合一次調(diào)頻功能試驗(yàn)方案，針對某水力發(fā)電廠機(jī)組進(jìn)行了AGC 配合一次調(diào)頻功能試驗(yàn)，試驗(yàn)記錄如下：

試驗(yàn)前運(yùn)行方式：

（1）電站AGC 處于半開環(huán)狀態(tài)；

（2）A、B 機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，均處于有功給定方式。

試驗(yàn)1：A 機(jī)組退出有功聯(lián)控，B 機(jī)組加入有功聯(lián)控，模擬一次調(diào)頻動作。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1～表6所示。

表1 試驗(yàn)1 B 機(jī)組一次調(diào)頻動作前

模擬B 機(jī)組一次調(diào)頻動作后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 試驗(yàn)1 B 機(jī)組一次調(diào)頻動作后

B 機(jī)組一次調(diào)頻動作復(fù)歸后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 試驗(yàn)1 B 機(jī)組一次調(diào)頻動作復(fù)歸

試驗(yàn)結(jié)論：AGC 功能正確。

試驗(yàn)2：A、B 機(jī)組均加入有功聯(lián)控，模擬一次調(diào)頻動作。

表4 試驗(yàn)2 B 機(jī)組一次調(diào)頻動作前

模擬B 機(jī)組一次調(diào)頻動作、A 機(jī)組一次調(diào)頻不動作。

表5 試驗(yàn)2 B 機(jī)組一次調(diào)頻動作后

B 機(jī)組一次調(diào)頻動作復(fù)歸后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 試驗(yàn)2 B 機(jī)組一次調(diào)頻動作復(fù)歸

試驗(yàn)結(jié)論：AGC 功能正確。

3 結(jié)語

某水力發(fā)電廠機(jī)組一次調(diào)頻功能現(xiàn)均已投入正常運(yùn)行，經(jīng)過現(xiàn)場試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行，AGC 與一次調(diào)頻功能配合正確，一次調(diào)頻指令與反饋功能正常，機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化效果良好，為保證電網(wǎng)及機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)揮了重要作用，對于同類型水電機(jī)組具有一定的借鑒作用。