曹梁

(國網(wǎng)新源富春江水力發(fā)電廠,浙江杭州 311504)

水電廠中自動(dòng)發(fā)電控制措施淺析

曹梁

(國網(wǎng)新源富春江水力發(fā)電廠,浙江杭州 311504)

近年來,各個(gè)領(lǐng)域的電力需求不斷上漲,推動(dòng)了我國水電廠的快速發(fā)展。水力發(fā)電不會(huì)排放污染物、發(fā)電成本較低,并且水是可再生資源,具有很高的勞動(dòng)生產(chǎn)率。水電廠中自動(dòng)發(fā)電控制是保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行的重要措施,因此要根據(jù)水電廠發(fā)電的實(shí)際情況,全面掌握自動(dòng)發(fā)電控制措施,實(shí)現(xiàn)水電廠的自動(dòng)化發(fā)電,推動(dòng)我國電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。本文簡要介紹了水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的任務(wù)和功能,分析了水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的基本結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)條件,闡述了水電廠中自動(dòng)發(fā)電控制措施。

水電廠 自動(dòng)發(fā)電 控制措施

1 水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的基本結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)條件

1.1 水電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

水電廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括計(jì)劃跟蹤、區(qū)域調(diào)節(jié)控制和機(jī)組控制。計(jì)劃跟蹤是根據(jù)水電廠的預(yù)定計(jì)劃，提供發(fā)電的基點(diǎn)功率，自動(dòng)控制系統(tǒng)和水電廠的交換功率、機(jī)組經(jīng)濟(jì)組合、非發(fā)電計(jì)劃以及負(fù)荷預(yù)測等息息相關(guān)。區(qū)域調(diào)節(jié)控制是根據(jù)區(qū)域的控制偏差進(jìn)行校正，從而消除區(qū)域的控制偏差。水電廠自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)采用的是控制回路調(diào)節(jié)機(jī)組，頻率偏差幾乎為0。水電廠一臺(tái)控制器可以同時(shí)控制多臺(tái)機(jī)組。水電廠自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)送到控制器，然后再將信號(hào)分送到各臺(tái)機(jī)組。

水電廠自動(dòng)發(fā)電控制可以分為發(fā)電組指令執(zhí)行層和電網(wǎng)決策控制層，發(fā)電組指令執(zhí)行層可以調(diào)節(jié)機(jī)組的控制回路，根據(jù)電網(wǎng)的電力需求，從而下達(dá)電力系統(tǒng)的控制命令。電網(wǎng)決策控制層一般在省調(diào)度中心或者大電網(wǎng)運(yùn)行，通過SCADA軟件、終端通道和終端單元RTU采集實(shí)時(shí)的測量數(shù)據(jù)，如上下限功率、頻差、時(shí)差、機(jī)組頻率、頻率等，從而發(fā)送水電廠控制命令。

1.2 水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的實(shí)現(xiàn)條件

(1)制定合理的發(fā)電計(jì)劃。水電廠的負(fù)荷變化具有一定的規(guī)律性，可以分為脈沖分量、隨機(jī)分量和持續(xù)分量。針對(duì)電力系統(tǒng)隨機(jī)分量引起的頻率變化，水電廠發(fā)電機(jī)組隨時(shí)做出調(diào)整，被稱為一次調(diào)頻，同時(shí)還有一些發(fā)電機(jī)組用于調(diào)節(jié)脈沖分量，被稱為二次調(diào)頻。同時(shí)根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷持續(xù)分量的變化和水電廠的負(fù)荷變化曲線，安排機(jī)組的啟停，制定合理的發(fā)電計(jì)劃，滿足電力系統(tǒng)的功率平衡需求。如果水電廠的發(fā)電計(jì)劃不合理，出現(xiàn)較大的運(yùn)行偏差，水電廠工作人員要根據(jù)水電廠運(yùn)營的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如果一次調(diào)頻效果不好，就要做好自動(dòng)發(fā)電控制的二次調(diào)整。

(2)備用容量足夠。為了確保向終端用戶更好的供電并且保障供電質(zhì)量，電力系統(tǒng)最大的發(fā)電機(jī)組總?cè)萘勘仨氁笥诳傌?fù)荷，而這兩者之差就是備用容量。按照備用容量存在形式的不同，可以分為冷備用容量和熱備用容量，如果出現(xiàn)水電廠發(fā)電機(jī)組退出運(yùn)行、發(fā)電機(jī)組減少出力、日負(fù)荷曲線出現(xiàn)預(yù)計(jì)誤差或者負(fù)荷變動(dòng)等情況，熱備用容量必須要滿足電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的需求。如果電網(wǎng)供電需求較大，可以采用工作人員拉閘的方式來維持電網(wǎng)周波。

(3)調(diào)頻廠條件。為了做好水電廠的二次調(diào)頻，足夠的可調(diào)容量是水電廠運(yùn)行最基本的條件，水電廠處理的調(diào)整速度必須要滿足電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化需求。根據(jù)水電廠的調(diào)頻需求，電力系統(tǒng)要選擇可以調(diào)節(jié)容量或者具備抽水蓄能的水電廠作為電力系統(tǒng)的調(diào)頻廠。

(4)自動(dòng)化系統(tǒng)調(diào)度。監(jiān)控系統(tǒng)和實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集是水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的根本基礎(chǔ)。水電廠調(diào)度中心的系統(tǒng)軟件不僅要完成自動(dòng)發(fā)電控制，還要及時(shí)向發(fā)電機(jī)組發(fā)送調(diào)頻定值。

(5)水電廠的自動(dòng)化條件。水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的技術(shù)要求非常高，為了確保水電廠的順利進(jìn)行，可以使用水輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)器和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)。

2 水電廠中自動(dòng)發(fā)電控制措施

2.1 調(diào)頻控制

水電廠作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，要根據(jù)電網(wǎng)的運(yùn)行情況，執(zhí)行調(diào)頻任務(wù)。在電網(wǎng)的非調(diào)頻模式下，當(dāng)電網(wǎng)的頻率偏差或頻率瞬時(shí)偏差的積分超過標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)定值，將自動(dòng)控制技術(shù)切換到水電廠的自動(dòng)調(diào)頻模式，如果水電廠處于調(diào)頻模式，自動(dòng)發(fā)電控制的機(jī)組負(fù)荷滿足當(dāng)前水頭的上、下負(fù)荷限值，使水電廠維持在上、下負(fù)荷限值的運(yùn)行狀態(tài)，這稱為水電廠頻率調(diào)整原則。

如果水電廠在電力系統(tǒng)中是獨(dú)立的調(diào)頻廠，并且有水電廠來計(jì)算電網(wǎng)區(qū)域控制誤差，那么水電廠可以采用恒定頻率控制方法。

2.2 功率控制

從本質(zhì)上來講，水電廠自動(dòng)發(fā)電控制是有功功率的分配和調(diào)節(jié)問題，因此功率控制是水電廠自動(dòng)發(fā)電控制最重要、最根本的功能。根據(jù)水電廠和電網(wǎng)的運(yùn)行控制要求，功率控制可以分為三種運(yùn)行方式:水電廠負(fù)荷給定值、日負(fù)荷給定曲線以及瞬時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷給定值，功率控制的三種運(yùn)行方式的原理基本上是相同的，區(qū)別在于水電廠有功設(shè)定值的給定方式存在差異，根據(jù)水電廠不同的實(shí)際情況，采用不同的控制方式。

2.3 按給定水頭發(fā)電

按給定水頭發(fā)電是指根據(jù)航運(yùn)、灌溉和電力系統(tǒng)等方面的要求，設(shè)定合適的水電廠水頭值，調(diào)節(jié)水電廠的水頭處理，在設(shè)定的水頭值狀態(tài)下運(yùn)行，提高水電廠的發(fā)電質(zhì)量和發(fā)電效率，最大程度地降低運(yùn)行成本，獲取可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

水電廠的給定水頭值由工作人員手動(dòng)輸入，當(dāng)水電廠的實(shí)際水位處于給定水頭值所允許的誤差范圍內(nèi)，在一定時(shí)間內(nèi)水電廠機(jī)組處于恒定負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)水位偏離了水電廠給定水頭值的誤差允許范圍時(shí)，可以按照給定水位值程序，立即調(diào)整水電廠機(jī)組出力，使水電廠的出庫流量和入庫流量保持平衡，在一定時(shí)間內(nèi)保持機(jī)組的這種運(yùn)行狀態(tài)，維持水電廠水位的平衡。

2.4 機(jī)組間功率經(jīng)濟(jì)分配

機(jī)組功率經(jīng)濟(jì)分配是根據(jù)電力調(diào)度中心或者操作員設(shè)定的電力設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況、水電廠備用容量、總功率要求，自動(dòng)計(jì)算水電廠機(jī)組間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配計(jì)劃和最優(yōu)機(jī)組組合，充分考慮到水電廠附屬設(shè)備和各臺(tái)機(jī)組的安全條件，在滿足水電廠各種限制條件和給定總功率的情況下，盡量減少水電廠的發(fā)電耗水量，并且要注意避開振動(dòng)區(qū)，防止水電廠頻繁調(diào)整運(yùn)行功率和頻繁起停機(jī)組設(shè)備。

3 結(jié)語

水電廠在我國電力系統(tǒng)發(fā)揮著非常重要的作用，根據(jù)水電廠的實(shí)際運(yùn)行情況，優(yōu)化和完善水電廠自動(dòng)發(fā)電控制措施，有助于提高水電廠的發(fā)電效率，經(jīng)濟(jì)分配各個(gè)機(jī)組的運(yùn)行功率，全面提高水電廠的自動(dòng)化控制水平。

[1]陳曉東.中小型水電廠自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)的研究[D].重慶大學(xué),2006.

曹梁(1972—),男,浙江杭州人,學(xué)歷:本科。