淺談某大型水電廠AGC控制功能優(yōu)化與應(yīng)用

李鶴，劉劍明，那仲彪

（華能景洪水電廠，云南 景洪 666100）

某大型水電廠AGC功能采用南瑞水電的NC2000系統(tǒng)，但隨著電網(wǎng)對(duì)AGC功能要求越來越高，原有系統(tǒng)已不能滿足電網(wǎng)需求。因此，對(duì)AGC進(jìn)行升級(jí)改造勢(shì)在必行。結(jié)合電廠和電網(wǎng)需求，電廠對(duì)AGC功能進(jìn)行了一系列軟硬件升級(jí)，升級(jí)后AGC功能在硬件上更加穩(wěn)定、調(diào)節(jié)精度更高、負(fù)荷分配模型更加合理，為電廠安全生產(chǎn)和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

1 硬件優(yōu)化

原AGC功能運(yùn)行于監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)，主機(jī)承擔(dān)著數(shù)據(jù)分析、遠(yuǎn)動(dòng)通信、對(duì)象腳本運(yùn)算、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、AGC/AVC高級(jí)功能等，一旦主機(jī)出現(xiàn)問題，將導(dǎo)致AGC功能失效。雖然主機(jī)進(jìn)行了冗余配置，但每次主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)同步需要重啟時(shí)，都必須將AGC功能退出，導(dǎo)致電廠AGC功能投入率不滿足電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”要求而被考核。為解決這一問題，電廠對(duì)AGC功能硬件進(jìn)行了優(yōu)化。

新AGC功能硬件采用獨(dú)立PLC實(shí)現(xiàn)，配置兩套冗余配置。AGC功能PLC獨(dú)立于監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)，與機(jī)組及開關(guān)站PLC單獨(dú)進(jìn)行通信，采集AGC控制所需的信號(hào)、控制指令、反饋信號(hào)等。其可通過9799通信裝置與調(diào)度主站直接通信，不再依賴監(jiān)控系統(tǒng)主機(jī)，主機(jī)的任何操作也不影響電廠AGC功能運(yùn)行，大幅提高了電廠AGC功能投入率。

2 功能優(yōu)化

2.1 負(fù)荷分配模型及算法優(yōu)化

2.1.1 模型及算法原理

原來負(fù)荷分配采取的是按全廠設(shè)定值均分模型，分配原理簡(jiǎn)單，但存在以下弊端：（1）未考慮每臺(tái)機(jī)組的有功實(shí)發(fā)值情況，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的有功調(diào)節(jié)方向有正有負(fù)，造成全廠負(fù)荷波動(dòng)；（2）未考慮每臺(tái)機(jī)組的額定功率，不能按照每臺(tái)機(jī)組的實(shí)際帶負(fù)荷能力進(jìn)行調(diào)節(jié)，容易導(dǎo)致全廠有功負(fù)荷無(wú)法調(diào)節(jié)到位；（3）未考慮每臺(tái)機(jī)組的振動(dòng)區(qū)不同的情況，導(dǎo)致有的機(jī)組會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)區(qū)運(yùn)行的情況，不利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

針對(duì)上述問題，電廠采用了按裕度比例分配模型，很好的解決了以上三項(xiàng)弊端，每臺(tái)機(jī)組按照本身的運(yùn)行區(qū)間（額定功率與振動(dòng)區(qū)之間）來進(jìn)行調(diào)節(jié)，且所有機(jī)組的單次調(diào)節(jié)都在同一方向，不會(huì)造成全廠有功負(fù)荷波動(dòng)，更有利于電網(wǎng)的穩(wěn)定。具體算法原理如下：

若P△大于零，則按分配1進(jìn)行有功分配，若小于零，則按分配2進(jìn)行分配

參數(shù)說明：

Pie：代表第i臺(tái)機(jī)組的有功上限（額定功率，該電廠單臺(tái)機(jī)組額定功率為350MW）；

Piz：代表第i臺(tái)機(jī)組的有功下限（振動(dòng)區(qū)，該電廠單臺(tái)機(jī)組振動(dòng)區(qū)為170MW）；

Pi：代表第i臺(tái)機(jī)組的有功實(shí)發(fā)值；

Ps：代表全廠有功設(shè)定值；

Pn：代表全廠有功實(shí)發(fā)值；

P△：代表全廠有功設(shè)定值與實(shí)發(fā)值差值；

Pih：代表第i臺(tái)機(jī)組的有功上裕度；

Pil：代表第i臺(tái)機(jī)組的有功下裕度；

Pnih：代表所有投入AGC機(jī)組的有功上裕度之和；

Pnil：代表所有投入AGC機(jī)組的有功下裕度之和；

Piagc:代表投入AGC的第i臺(tái)機(jī)組的AGC有功分配值。

2.1.2 仿真驗(yàn)證

建立仿真模型，對(duì)全廠增、減負(fù)荷分別進(jìn)行仿真。

增負(fù)荷仿真：全廠5臺(tái)機(jī)組全部投入AGC，每臺(tái)機(jī)組實(shí)發(fā)值不一致，總有功實(shí)發(fā)值為980MW，新AGC全廠設(shè)定值為1200MW，模型仿真結(jié)果如表1。

表1 增負(fù)荷仿真結(jié)果

減負(fù)荷仿真：全廠5臺(tái)機(jī)組全部投入AGC，每臺(tái)機(jī)組實(shí)發(fā)值不一致，總有功實(shí)發(fā)值為1080MW，新AGC全廠設(shè)定值為900MW，模型仿真結(jié)果如表2。

表2 減負(fù)荷仿真結(jié)果

從兩次仿真結(jié)果可以明顯看出，分配模型不再是按照新設(shè)定值均分，而是按照各臺(tái)機(jī)組的上下裕度進(jìn)行比例分配，機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)方向一致且波動(dòng)較小，仿真結(jié)果符合算法模型預(yù)期。

2.1.3 動(dòng)態(tài)驗(yàn)證

（1）AGC指令分配功能開環(huán)測(cè)試。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中對(duì)AGC指令進(jìn)行多次開環(huán)測(cè)試，測(cè)試AGC分配指令是否按照裕度等比例分配，多次測(cè)試指令分配均正確。

（2）AGC指令分配功能閉環(huán)測(cè)試。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中對(duì)AGC指令進(jìn)行多次增負(fù)荷、減負(fù)荷閉環(huán)測(cè)試，測(cè)試機(jī)組實(shí)際負(fù)荷是否按照裕度等比例分配執(zhí)行。從機(jī)組實(shí)際調(diào)節(jié)效果可以看出，AGC在增負(fù)荷、減負(fù)荷時(shí)均按照照裕度等比例分配執(zhí)行，且各臺(tái)機(jī)組與設(shè)定值曲線基本吻合，基本無(wú)超調(diào)現(xiàn)象出現(xiàn)。經(jīng)過云南電力試驗(yàn)研究院現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，該電廠AGC調(diào)節(jié)時(shí)間約為12.3s，有功調(diào)節(jié)速率為61.72%Pe，調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)偏差約為1.49%Pe，調(diào)節(jié)結(jié)束后的靜態(tài)偏差約為0.20%Pe。各項(xiàng)動(dòng)態(tài)指標(biāo)、穩(wěn)態(tài)指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

2.2 負(fù)荷調(diào)節(jié)精度優(yōu)化

2.2.1 小負(fù)荷分配模型

大負(fù)荷調(diào)整時(shí)，采用裕度等比例分配能很好地保證負(fù)荷調(diào)節(jié)效果，但小負(fù)荷調(diào)整時(shí)若再采用該模式將導(dǎo)致單臺(tái)機(jī)組調(diào)節(jié)指令與實(shí)際負(fù)荷差值在機(jī)組調(diào)節(jié)死區(qū)內(nèi)但全廠未進(jìn)入死區(qū)而不進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)致全廠實(shí)際負(fù)荷與調(diào)度負(fù)荷指令存在偏差，影響全廠出力。針對(duì)該問題，電廠增設(shè)了小負(fù)荷調(diào)節(jié)模式。即在全廠有功實(shí)發(fā)值與設(shè)定值差值在25MW以內(nèi)時(shí)，觸發(fā)小負(fù)荷分配，將負(fù)荷差分配到優(yōu)先權(quán)最高的機(jī)組，如此既可保證電廠出力匹配調(diào)度指令，又避免了各臺(tái)機(jī)組頻繁調(diào)節(jié)導(dǎo)致全廠出力波動(dòng)。從測(cè)試記錄及歷史曲線可以看出，電廠小負(fù)荷分配功能正常，在增全廠有功時(shí)，優(yōu)先將指令分配給投入單機(jī)AGC機(jī)組中實(shí)發(fā)有功最小的機(jī)組；減全廠有功時(shí)，優(yōu)先將指令分配給投入單機(jī)AGC機(jī)組中實(shí)發(fā)有功最大的機(jī)組。

2.2.2 小負(fù)荷臨界值負(fù)荷分配模型

該電廠小負(fù)荷分配門檻值為25MW，單機(jī)死區(qū)為5MW，當(dāng)5臺(tái)機(jī)組均投入AGC且全廠總有功調(diào)節(jié)量略大于35MW時(shí)，每臺(tái)機(jī)組的有功分配值變化量略大于機(jī)組死區(qū)5MW，會(huì)出現(xiàn)機(jī)組有功進(jìn)入死區(qū)5MW以內(nèi)，而全廠總有功未進(jìn)死區(qū)10MW內(nèi)的情況。這種情況下，雖然AGC分配指令正確，但是由于分配到5臺(tái)機(jī)組上的指令變化量較小，會(huì)導(dǎo)致全廠出現(xiàn)負(fù)荷偏差。

為了解決該問題，電廠重新增加AGC重新分配邏輯，通過重新分配邏輯觸發(fā)小負(fù)荷分配對(duì)全廠負(fù)荷進(jìn)行二次調(diào)節(jié)：即當(dāng)全廠所有投入AGC的受控機(jī)組進(jìn)入單機(jī)調(diào)整死區(qū)（5MW），而全廠負(fù)荷未進(jìn)入全廠調(diào)整死區(qū)（10MW)，且所有機(jī)組次調(diào)頻未動(dòng)作時(shí)，延時(shí)10s，觸發(fā)AGC重新分配邏輯將全廠負(fù)荷調(diào)節(jié)到位。重新分配時(shí)，觸發(fā)小負(fù)荷分配，分配方式為當(dāng)前指令與實(shí)時(shí)負(fù)荷的偏差全部分配給受控機(jī)組中優(yōu)先級(jí)最高的機(jī)組，其余受控機(jī)組負(fù)荷指令跟當(dāng)前機(jī)組實(shí)時(shí)負(fù)荷保持一致。通過該策略的實(shí)施，徹底解決了小負(fù)荷臨界值負(fù)荷分配問題，電廠負(fù)荷調(diào)節(jié)精度進(jìn)一步提高，更好的響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷指令。

2.2.3 AGC計(jì)劃值曲線功能

該電廠原AGC功能根據(jù)調(diào)度指令手動(dòng)設(shè)定全廠AGC設(shè)定值來進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)，自動(dòng)化程度低，運(yùn)行人員調(diào)節(jié)工作量大。為解決該問題，在新的AGC功能中增加了計(jì)劃值曲線功能。通過遠(yuǎn)動(dòng)通信裝置接收調(diào)度104協(xié)議下發(fā)的計(jì)劃值曲線報(bào)文，對(duì)接收到的報(bào)文解析為288點(diǎn)火通過插值方式生成288點(diǎn)完整計(jì)劃值表，AGC按照計(jì)劃值自動(dòng)進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整，且具有一定提前量，無(wú)須人工干預(yù)。當(dāng)計(jì)劃值曲線有異?；蛲蛔儠r(shí)，自動(dòng)報(bào)警提醒運(yùn)行人員。

2.3 AGC自動(dòng)開停機(jī)功能

當(dāng)調(diào)度負(fù)荷指令不滿足當(dāng)前開機(jī)臺(tái)數(shù)，需要增加或減少運(yùn)行機(jī)組時(shí)，一般都需要運(yùn)行人員手動(dòng)開停機(jī)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。新的AGC具備自動(dòng)開停機(jī)功能，當(dāng)為滿足調(diào)度負(fù)荷指令需要進(jìn)行開停機(jī)操作時(shí)，AGC會(huì)根據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況判定開停機(jī)優(yōu)先系數(shù)，自動(dòng)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移并將系數(shù)高的機(jī)組開機(jī)或停機(jī)。

3 結(jié)語(yǔ)

通過改變AGC硬件，提高了電廠AGC投入率和AGC可靠性，為電廠安全運(yùn)行和電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行提供保障；通過重建AGC負(fù)荷分配模型，避免了由于AGC調(diào)節(jié)而導(dǎo)致全廠負(fù)荷大幅波動(dòng)；通過建立小負(fù)荷分配及小負(fù)荷臨界值分配模型，提高了AGC調(diào)節(jié)精度，更好地響應(yīng)調(diào)度負(fù)荷指令；通過增加AGC計(jì)劃值曲線和自動(dòng)開停機(jī)功能，提高了AGC功能的智能化水平，減輕了運(yùn)行人員的工作負(fù)擔(dān)。通過上述優(yōu)化，新的AGC功能，無(wú)論在硬件、軟件上都明顯優(yōu)于原系統(tǒng)，在滿足相關(guān)技術(shù)規(guī)范及電網(wǎng)功能要求的同時(shí)，提高了電廠AGC可靠性、調(diào)節(jié)精度，有效地提升了電廠的自動(dòng)化和智能化水平，為無(wú)人值班電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)保障，符合未來智能化水電廠的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)后續(xù)水電廠AGC功能建設(shè)具有良好的指導(dǎo)和借鑒作用。