徐國能,周 宇
(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司,浙江 天臺 317200)
自動發(fā)電控制系統(tǒng)(AGC)是水電站監(jiān)控系統(tǒng)的高級控制功能,也是實現(xiàn)水電站無人值班的基本條件之一。本廠自動發(fā)電(AGC)的實現(xiàn)基于VA公司提供成組控制軟件包(NEPTUN)。
NEPTUN是VA外購的一個通用、適合水電領(lǐng)域成組控制軟件包。主要分高級和基本應(yīng)用兩部分,高級應(yīng)用包括了電站有功、頻率、水位、流量、無功以及功率因素的調(diào)節(jié)回路;基本應(yīng)用僅涵蓋了有功或流量以及無功調(diào)節(jié)回路。針對華東調(diào)度目前對成組控制的要求,NEPTUN并沒有直接的模式相對應(yīng)。
本廠的成組控制建立在盡可能利用NEPTUN本身具備的功能及現(xiàn)有的軟件的基礎(chǔ)上,通過對發(fā)電成組控制概念的梳理以滿足調(diào)度對成組控制的要求。
(1)電站成組功能由電站成組計算機完成。成組計算機位于中控室后微機房=76S+GA03盤柜內(nèi),分為成組控制A、B機,相互備用。成組軟件通過與LCU9通訊,來獲得各機組相應(yīng)信號,同時也將各種指令送至各機組LCU。成組控制計算機采用2臺HP XW4100工作站。
(2)ECPDC的控制指令(AGC)通過控制鏈路(采用104規(guī)約)傳輸?shù)轿覐SLCU9,LCU9再將指令傳輸給成組控制計算機。ECPDC的電站計劃,日負(fù)荷曲線通過操作鏈路(TASE2規(guī)約)傳輸?shù)轿覐S96點計劃計算機,96點計劃計算機分為A、B機,A機位于控制室,B機位于控制室后的微機房內(nèi)。A、B機主用A機,B機為離線備用。96點計劃計算機采用2臺HP Ml350工作站。
成組控制包括電站負(fù)荷管理和電壓管理,控制地點可在TOBA與ECPDC之間切換,負(fù)荷管理是成組軟件根據(jù)電站有效水頭、電站總有功設(shè)定值、機組出力效率以及機組出力限制值等條件,來控制機組的啟停和有功出力分配。當(dāng)控制地點在ECPDC時即為AGC模式,當(dāng)控制地點在TOBA時,成組控制可以運行在負(fù)荷設(shè)定值模式(ALSP)和日負(fù)荷計劃曲線(DLC)模式。
目前電站成組控制系統(tǒng)對發(fā)電(GO)、水泵(PO)、停機(ST)三種穩(wěn)定工況進行控制。
(1)電站成組運行:電站成組控制在“總投入”,機組運行模式在成組模式,此時電站機組的啟停及負(fù)荷調(diào)整通過電站成組控制實現(xiàn)。
(2)電站單機運行:電站成組控制在“總退出”,中控室值班員通過在操作員工作站上單機畫面中點擊某臺機組目標(biāo)工況而實現(xiàn)的機組運行方式。
(1)調(diào)度設(shè)定模式也即AGC模式,指的是電站控制層在ECPDC,ECPDC的AGC系統(tǒng)計算值或調(diào)度值班員手動設(shè)定值通過控制鏈路傳輸?shù)诫娬竞笥呻娬境山M計算機控制而實現(xiàn)的自動發(fā)電運行方式。本電站AGC模式僅在發(fā)電工況有效。
(2)中控室設(shè)定模式:指的是電站控制層在TOBA,運行人員在操作員工作站上的成組畫面中,通過ALSP或DLC設(shè)定的全廠總出力而實現(xiàn)的機組自動運行方式。
(3)電站控制層只能在電站側(cè)進行選擇。
(4)只有電站控制切換到“成組投入”方式,電站控制層才允許選擇遠(yuǎn)方調(diào)度設(shè)定模式。
(1)自動模式-機組設(shè)定值的分配和機組啟停都由成組控制自動控制。
(2)指導(dǎo)模式-機組設(shè)定值的分配由成組控制自動處理,機組啟停命令由成組控制計算發(fā)出,機組的開停機需要運行人員確認(rèn),但負(fù)荷升降是自動執(zhí)行的。
(1)在機組選擇在成組模式,機組控制單元(LCU)按電站成組計算機的指令控制機組的運行。機組的成組控制模式是建立全廠成組控制在總投入的基礎(chǔ)上。此時機組的負(fù)荷分配和啟停均由電站成組軟件模塊控制。
(2)當(dāng)機組選擇在單機方式,此時機組不受成組控制系統(tǒng)的控制,機組的負(fù)荷分配和啟停由運行人員在操作員工作站上的單機畫面中操作,但機組有功、無功設(shè)定值將在成組控制總的設(shè)定值中予以考慮。
(1)電站成組負(fù)荷管理模式分為負(fù)荷設(shè)定值(ALSP)和日負(fù)荷計劃曲線(DLC)。
1)負(fù)荷設(shè)定值(ALSP):調(diào)度員或中控室人員通過人工設(shè)定形成負(fù)荷設(shè)定值,成組機組實時響應(yīng)該值進行啟停機或有功調(diào)節(jié)。該模式下,如電站控制層在調(diào)度設(shè)定即為AGC控制。
2)日負(fù)荷計劃曲線(DLC):ECPDC每日向電站傳送當(dāng)日及次日的DLC,每天的23:50到23:55分之間監(jiān)控系統(tǒng)將刷新96點負(fù)荷曲線,同時送出監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)荷曲線已刷新的警示。在DLC負(fù)荷管理模式下,電站成組機組將響應(yīng)DLC負(fù)荷指令(華東電網(wǎng)采用96點/日),對成組機組進行啟停機或有功調(diào)節(jié)。
(2)負(fù)荷曲線控制
抽水蓄能電站的負(fù)荷曲線控制分發(fā)電負(fù)荷控制和抽水負(fù)荷控制,一般定義發(fā)電負(fù)荷為“正”(+);抽水負(fù)荷為“負(fù)”(-)。
負(fù)荷曲線只有在電站控制選擇在“中控室”時有效,因而負(fù)荷曲線控制即可在電站側(cè)“成組總投入”執(zhí)行,也可“總退出”執(zhí)行。當(dāng)電站控制方式為“成組總投入”時,電站成組軟件應(yīng)按照計劃時間的負(fù)荷需求自動啟停機組或調(diào)整負(fù)荷;反則操作員應(yīng)嚴(yán)格按照曲線計劃手動控制。負(fù)荷曲線每日的23:55~23:59:59時自動刷新,在這個時間段內(nèi)全廠負(fù)荷指令將保持在23:50的值,以防止機組異常啟停。
負(fù)荷曲線的負(fù)荷指令-1248≤P≤1200,當(dāng)負(fù)荷曲線的指令超出范圍,成組控制將保持原來的輸出。
在負(fù)荷曲線控制方式下,設(shè)有頻率限制開停機的功能以確保機組開停機不會造成電網(wǎng)頻率超出正常范圍,若電網(wǎng)頻率高于50.033Hz則閉鎖發(fā)電開機或抽水停機;當(dāng)電網(wǎng)頻率低于49.98Hz,將閉鎖抽水開機或閉鎖發(fā)電機組的停機;
在負(fù)荷曲線控制方式下,調(diào)度要求成組機組的負(fù)荷變化是按一定速率的斜率式變化而不是階躍式變化,且該速率可根據(jù)調(diào)度要求進行調(diào)整。在成組控制時機組調(diào)速器中設(shè)定的負(fù)荷的化速率為33MW/min。
在成組方式下,有功(負(fù)荷)控制與無功(電壓)控制的投入和退出必須是相互獨立的,可分別選擇負(fù)荷或電壓投入成組控制;本廠暫不使用成組無功控制,機組成組運行時,其無功出力的設(shè)置可在單機側(cè)進行。也可在成組畫面每臺機的無功設(shè)定窗口設(shè)定。
(1)當(dāng)電站處于成組控制,發(fā)電時電站總負(fù)荷指令將按下列原則處理和分配:
1)電站總的負(fù)荷指令的分配將計入運行在“單機”的機組負(fù)荷設(shè)定;
P總負(fù)荷--電站總的負(fù)荷指令
P總成組--電站成組控制總負(fù)荷
2)電站成組控制僅影響和調(diào)節(jié)“成組”機組的輸出,并按平均分配的原則計算和分配各機組的負(fù)荷指令;
即:P單臺成組=P總成組/N成組90MW≤P單臺成組≤150MW
P總成組--“成組”發(fā)電機組的負(fù)荷指令;
N成組--運行在“成組”發(fā)電狀態(tài)的機組;
3)調(diào)度對電站發(fā)電工況的負(fù)荷控制考核點為電站500kV出線側(cè),因此電站成組控制應(yīng)根據(jù)電站的廠用電和變壓器損耗自行進行補償,調(diào)整電站實際的負(fù)荷指令;現(xiàn)在的補償策略是:
P’總負(fù)荷=P總負(fù)荷+P補償
P補償=3MW 成組發(fā)電機組臺數(shù)=1
P補償=4MW 成組發(fā)電機組臺數(shù)>1
P補償=0MW 成組發(fā)電機組臺數(shù)<1
4)發(fā)電時成組負(fù)荷指令變化與要求機組的啟停臺數(shù)見下表1。
表1 負(fù)荷指令變化與機組啟停關(guān)系表
(2)抽水負(fù)荷的處理
鑒于抽水負(fù)荷的不可調(diào)整性,抽水負(fù)荷按-312MW 整數(shù)臺階式控制機組啟停的臺數(shù)。若設(shè)定的抽水負(fù)荷為非整數(shù),則按該數(shù)除以-312MW,“商”取整計算。如:負(fù)荷設(shè)定值為-656MW,“商值”為2.1,取整則開機臺數(shù)為2臺;如負(fù)荷設(shè)定值P 為-312
(3)負(fù)荷可調(diào)上下限和可調(diào)容量
鑒于抽水蓄能的成組控制是將電站所有機組作為一個整體控制,負(fù)荷可調(diào)上下限和可調(diào)容量將以電站為基礎(chǔ),動態(tài)的計算全廠負(fù)荷調(diào)節(jié)的上下限以及可調(diào)容量,實時刷新并發(fā)送給調(diào)度。
成組運行機組設(shè)定發(fā)電最大出力為305.22MW,發(fā)電最小出力為200MW;抽水出力根據(jù)調(diào)速器優(yōu)化軟件運行。
而負(fù)荷可調(diào)范圍是指電站允許調(diào)度控制的負(fù)荷范圍,也是調(diào)度AGC進行電站負(fù)荷動態(tài)調(diào)節(jié)的邊界條件。即:
電站可調(diào)負(fù)荷上下限主要用于在AGC時作為調(diào)度控制的負(fù)荷調(diào)整的邊界條件。
(4)負(fù)荷允許變化以及實際變化速率
實際的負(fù)荷變化率會因水頭的不同略有差別,鑒于成組軟件是將電站作為一個整體控制,故對成組控制而言,實際的負(fù)荷變化率與參與負(fù)荷分配的“成組”機組臺數(shù)有關(guān),即:
K總=K1×N成組
K總--電站負(fù)荷總變化率
K1--單臺機組負(fù)荷最小變化率
由此得出,運行的“成組”機組越多,實際的升/降負(fù)荷的速率越快,因此要求整個電站允許的負(fù)荷變化率應(yīng)取最小值:
K=Min(K總,K1)≤K1;
K--電站允許的負(fù)荷變化率。
在負(fù)荷曲線控制方式下,滿負(fù)荷指令發(fā)電開機采用階躍加負(fù)荷方式,0~200MW 按照以前的單機速率上升。200 MW~305.22MW按照每0.6MW/s的速率上升。調(diào)整負(fù)荷及停機時減負(fù)荷也是如此速率。負(fù)荷設(shè)定值模式下,增減負(fù)荷速率同以前的單機運行速率。
成組控制的負(fù)荷設(shè)定死區(qū)為10MW,即設(shè)定值反饋值與有功實際值累計超過10MW時,負(fù)荷調(diào)整才開始響應(yīng)。
(1)啟停優(yōu)先級
當(dāng)電站控制為“成組總投入”方式,在“成組”模式機組的啟停將直接由成組軟件根據(jù)機組啟停的優(yōu)先級自動控制。
成組機組發(fā)電抽水開停機順序根據(jù)預(yù)先設(shè)定的機組啟停優(yōu)先級執(zhí)行,優(yōu)先級高的機組先開后停,優(yōu)先級低的機組后開先停。
機組的運行小時數(shù)以及優(yōu)先級將實時地顯示在操作員站上,優(yōu)先級為1~4,優(yōu)先級1為最高。默認(rèn)優(yōu)先級按照機組運行時間數(shù)從小到大排列,操作員可以按照機組的實際情況,手動修改機組啟停的優(yōu)先級,有選擇的開機。
當(dāng)機組自動啟動過程中,出現(xiàn)跳機、程序超時轉(zhuǎn)停機的情況,成組軟件將立刻啟動投入成組的下一優(yōu)先級機組以滿足負(fù)荷的需求。
抽水開機時,原則上不采用直接抽水開機,實際操作中運行人員應(yīng)根據(jù)日負(fù)荷計劃曲線,提前手動啟動機組抽水調(diào)相;并務(wù)必將已經(jīng)處于抽水調(diào)相的機組優(yōu)先級設(shè)至最高,確保優(yōu)先將已處于抽水調(diào)相的機組轉(zhuǎn)抽水。
(2)機組啟停提前時間
在負(fù)荷曲線控制方式下機組的自動啟停是以下一點的負(fù)荷點為目標(biāo)來執(zhí)行的,考慮到機組啟停所需的時間和電網(wǎng)的要求,發(fā)電運行時,在每個整點時延時3min讀取下個點的計劃(NEXTDLC),抽水運行下,在每個整點時延時10min讀取下個點的計劃;開停機時間如下設(shè)定:發(fā)電提前12min開機,抽水提前5min轉(zhuǎn)換,發(fā)電和抽水停機都是提前12min,如只需調(diào)整負(fù)荷,調(diào)整負(fù)荷也是提前12min。抽水時一般不考慮同一個點啟動2臺及以上機組。
在負(fù)荷曲線控制方式下,當(dāng)同一點有2臺或2臺以上機組啟停的時候,第二臺機組的啟停時間與第一臺機組的啟停時間應(yīng)有間隔,現(xiàn)設(shè)定時間間隔為2min,抽水時基本不考慮同時啟動兩臺及以上。
(1)當(dāng)發(fā)生以下情況時,電站退出成組運行:
1)當(dāng)控制鏈路(Control link)發(fā)生故障時,若此時AGC運行,電站控制層自動切到TOBA,電站退出AGC運行。
2)當(dāng)操作鏈路(Operation link)發(fā)生故障時,若成組運行在DLC負(fù)荷管理模式,則電站退出成組運行。
3)當(dāng)電站成組控制器(GDK)發(fā)生故障時,電站退出成組運行。
(2)當(dāng)發(fā)生以下情況時,參加成組機組自動切至單機:
1)當(dāng)電站成組控制方式切至總退出時,各機組模式會自動切至單機。
2)當(dāng)機組發(fā)生跳機時,該機組會自動切至單機。
3)當(dāng)機組控制方式切至現(xiàn)地或檢修時,該機組模式會自動切至單機。
4)當(dāng)機組發(fā)電調(diào)相開機時,該機組會自動切至單機。
5)當(dāng)機組由發(fā)電轉(zhuǎn)至發(fā)電調(diào)相、抽水轉(zhuǎn)至抽水調(diào)相時,該機組會自動切至單機。
(3)當(dāng)電站控制層切到調(diào)度設(shè)定時,則負(fù)荷管理模式自動切到ALSP模式。
(1)在操作員工作站上進入成組控制畫面
(2)查負(fù)荷管理模式為設(shè)定模式
(3)查機組在負(fù)荷設(shè)定模式下運行正常
(4)合理設(shè)置機組優(yōu)先級
(5)輸入調(diào)度要求的有功出力設(shè)定值并判斷是否需要啟停機
(6)如沒有啟停機要求,檢查機組負(fù)荷調(diào)整分配正常
(7)如有啟停機檢查有相應(yīng)機組的發(fā)電或者停機提示燈亮
(8)查看此時頻率在允許開機或停機范圍內(nèi)
(9)選擇合適時機點擊提示開機或停機機組的工況按鈕
(10)檢查機組啟動或者停機正常
(11)檢查最后機組出力與設(shè)定值一致
注:如果在自動模式,機組會自動調(diào)整負(fù)荷或者啟停機,如同時涉及到兩臺機的啟停,彼此間隔2min,運行人員需監(jiān)視機組啟停正常,負(fù)荷調(diào)整分配正常。并注意是否存在頻率閉鎖。
(1)在操作員工作站上進入成組控制畫面
(2)查電站成組控制總投入
(3)查相應(yīng)機組在成組控制
(4)查負(fù)荷控制模式為DLC模式
(5)查看當(dāng)日全廠負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)正常
(6)查當(dāng)前反饋值與NEXT DLC值保持一致(注意反饋值提前12min讀取NEXT DLC值)
(7)合理設(shè)置機組優(yōu)先級
(8)查發(fā)電負(fù)荷點前12min優(yōu)先級最高的機組發(fā)電提示燈亮
(9)查看此時頻率在允許開機范圍內(nèi)
(10)選擇合適的時機點擊提示發(fā)電機組的發(fā)電工況按鈕
(11)查看機組發(fā)電啟動正常
注:如果成組在自動模式下,在發(fā)電負(fù)荷點前12min優(yōu)先級最高的機組發(fā)電提示燈亮,若此時頻率在允許開機范圍內(nèi),機組會馬上啟動,如存在頻率閉鎖,機暫時不會啟動,直到頻率恢復(fù)正常。運行人員需提前設(shè)置優(yōu)先級,監(jiān)視機組啟動正常。
(1)在操作員工作站上進入成組控制畫面
(2)查電站成組控制總投入
(3)查相應(yīng)機組在成組控制
(4)查負(fù)荷控制模式為DLC模式
(5)查成組控制方式在指導(dǎo)
(6)查看當(dāng)日全廠負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)正常
(7)在抽水負(fù)荷點提前30min安排*號機SCP啟動
(8)選擇要啟動的機組單機控制畫面
(9)選擇1號機SCP啟動
(10)查1號機SCP穩(wěn)態(tài)運行正常
(11)調(diào)整1號機優(yōu)先級使其大于未啟動的備用機組
(12)查抽水負(fù)荷點前5min1號機抽水提示燈常亮
(13)查看此時頻率在允許轉(zhuǎn)抽水的范圍內(nèi)
(14)選擇合適的時機點擊提示抽水機組的抽水工況按鈕
(15)查1號機正確響應(yīng)SCP轉(zhuǎn)抽水正常
(1)在操作員工作站上進入成組控制畫面
(2)查電站成組控制總投入
(3)查1號機在成組控制
(4)查負(fù)荷控制模式為DLC模式
(5)查成組控制方式在自動
(6)查看當(dāng)日全廠負(fù)荷曲線數(shù)據(jù)正常
(7)在抽水負(fù)荷點提前30min安排1號機SCP啟動
(8)選擇1號機SCP啟動
(9)查1號機SCP穩(wěn)態(tài)運行正常
(10)調(diào)整1號機優(yōu)先級使其大于未啟動的備用機組
(11)查抽水負(fù)荷點前5min1號機抽水提示燈常亮
(12)查看此時頻率是否在允許轉(zhuǎn)抽水的范圍內(nèi)
(13)如存在頻率閉鎖,1號機暫不會執(zhí)行轉(zhuǎn)抽水流程直至頻率恢復(fù)正常范圍
(14)如不存在頻率閉鎖,查1號機立即響應(yīng)轉(zhuǎn)抽水流程
(15)查1號機正確響應(yīng)SCP轉(zhuǎn)抽水正常
(1)在操作員工作站上進入成組控制畫面
(2)查有功管理模式為ALSP模式穩(wěn)定運行
(3)查當(dāng)日全廠日DLC負(fù)荷曲線正常
(4)查電站當(dāng)前DLC和NEXT DLC值保持一致
(5)查ALSP設(shè)定值與NEXT DLC值一致
(6)點擊曲線模式按鈕并確認(rèn)
(7)查電站有功管理模式切換至DLC
(8)查成組運行機組在DLC下運行正常
注:正常情況下投入DLC應(yīng)在全廠機組在停機狀態(tài)時。
(1)在操作員工作站上進入成組控制畫面
(2)查有功管理模式為DLC模式穩(wěn)定運行
(3)查當(dāng)前DLC值與NEXT DLC值保持一致
(4)點擊設(shè)定模式按鈕并確認(rèn)
(5)查電站有功管理模式切換至ALSP
(6)查成組機組保持先前的DLC下的出力不變
(7)重新設(shè)置有功設(shè)定值并觸發(fā)
(8)查機組在ALSP下相應(yīng)正常
注:DLC切至ALSP后會繼續(xù)保持先前的DLC值,如需要響應(yīng)新的設(shè)定值,需重新設(shè)定設(shè)定值并觸發(fā)。
目前在華東電網(wǎng)系統(tǒng)中的大型水電站基本上都實現(xiàn)了自動發(fā)電控制(AGC),如天荒坪抽水蓄能電廠,宜興抽水蓄能電廠,瑯琊山抽水蓄能電廠等。AGC是保證電網(wǎng)的安全,優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行的重要技術(shù)保證,是實現(xiàn)水電站無人值班的基本條件之一,也是未來的大勢所趨。
[1]電力系統(tǒng)調(diào)度規(guī)程[S].
[2]自動發(fā)電機控制系統(tǒng)廠家說明及調(diào)試報告[R].