瞿衛(wèi)華，程　建，劉紹新，李　輝，何宏江

（長江電力，湖北 宜昌 443000）

溪洛渡右岸電站AGC功能與策略設(shè)計簡介

瞿衛(wèi)華，程建，劉紹新，李輝，何宏江

（長江電力，湖北 宜昌 443000）

摘要：溪洛渡右岸電站AGC即Automatic Generation Control是南方電網(wǎng)AGC的組成部分，南方電網(wǎng)調(diào)控中心的自動發(fā)電控制系統(tǒng)計算出溪洛渡右岸電站的需發(fā)功率，將此信息通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送到電站監(jiān)控系統(tǒng)，由溪洛渡電站自動完成發(fā)電任務(wù)，因此，溪洛渡電站的設(shè)計目標(biāo)可以主要定義為，在滿足各項限制條件（邊界條件）的前提下，以迅速、經(jīng)濟的方式控制右岸電站的實時有功功率，滿足電力系統(tǒng)的需要，同時提高電站的自動化控制水平。

關(guān)鍵詞：溪洛渡右岸電站；計算機監(jiān)控系統(tǒng)；自動發(fā)電控制

0　引言

溪洛渡右岸電站安裝9臺額定出力770MW的機組，多年平均發(fā)電量572億kW·h，500 kV主接線采用3串4/3斷路器和2串3/2斷路器接線，接受南方電網(wǎng)總調(diào)度中心及備調(diào)、云南省調(diào)及備調(diào)的調(diào)度。

溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)采用中水科技H9000 v4.0，該監(jiān)控系統(tǒng)AGC功能在三峽電站有較為成功的投運經(jīng)驗，在溪洛渡電站的投運，是該功能針對金沙江流域“調(diào)控一體化模式下”的重新設(shè)計后的首次投運，對該功能來講是又一次挑戰(zhàn)，同時，溪洛渡右岸電站機組容量屬南方電網(wǎng)旗下的超大型機組，在電網(wǎng)運行中承擔(dān)基荷和腰荷，如果機組負(fù)荷較大波動，對于電網(wǎng)沖擊是很大的，因此，在AGC設(shè)計時，其自身安全平穩(wěn)及對系統(tǒng)指令的迅速響應(yīng)是基本要求，同時，為了電站經(jīng)濟運行，需采用適當(dāng)分配策略保證效率最優(yōu)。

1　AGC的功能設(shè)計

1.1 AGC運行模式

（1）開環(huán)模式

開環(huán)模式下AGC只進(jìn)行負(fù)荷分配計算，分配值不自動下發(fā)。操作員在機組聯(lián)控畫面中點擊“設(shè)定值確認(rèn)”按鈕后，AGC分配值下發(fā)給機組；當(dāng)AGC負(fù)荷分配計算需要進(jìn)行開停機操作時，會在操作員工作站發(fā)出開停機請求，得到操作員認(rèn)可后向機組LCU發(fā)出開停機命令。

（2）半開環(huán)模式

半開環(huán)模式下AGC會自動將有功負(fù)荷分配計算值下發(fā)給機組LCU，但開停機功能與開環(huán)模式相同，根據(jù)AGC負(fù)荷分配計算結(jié)果向操作員發(fā)出請求，得到操作員認(rèn)可后向機組LCU發(fā)出開停機命令，如果3次拒絕后，開停機請求將被清除，并報警“開停機請求被清除”，且報警“功率有偏差”。

（3）閉環(huán)模式

閉環(huán)模式下AGC的分配值和開停機命令都是自動下發(fā)，每次開停機只有1臺，不需要操作員干預(yù)。

1.2 AGC調(diào)度模式

溪洛渡的調(diào)度模式分為：南網(wǎng)、梯調(diào)、站控3種模式。

當(dāng)電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“南網(wǎng)”時，電站接受南方電網(wǎng)下發(fā)的給定值。僅當(dāng)電站AGC運行在有功給定方式時，南方電網(wǎng)才能下達(dá)總有功給定值。

當(dāng)電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“梯調(diào)”時，電站接受梯調(diào)下發(fā)的給定值；僅當(dāng)電站AGC運行在有功給定方式時，梯調(diào)才能下達(dá)總有功給定值。

當(dāng)電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“站控”時，當(dāng)電站AGC運行在有功給定方式時，電站操作員可以設(shè)置全廠有功給定值；當(dāng)電站AGC運行在負(fù)荷曲線方式時，有功給定值為當(dāng)前時間對應(yīng)時段負(fù)荷曲線給定值。

三種模式互斥，投入任一種模式，將自動退出另外兩種模式。

1.3 AGC控制模式

溪洛渡電站AGC控制模式包括有功設(shè)定值控制模式和頻率控制模式，其中，有功設(shè)定值控制模式分為有功功率給定和負(fù)荷曲線給定兩種方式；頻率控制模式又分為頻率補償模式和全頻率模式兩種模式。

操作員在進(jìn)行模式切換時，需先將原先的模式退出才能投入第二種模式。

（1）有功功率給定方式

在這種方式下，電站AGC將根據(jù)給定的電站總有功，調(diào)節(jié)各機組的有功，AGC讀取對應(yīng)調(diào)度模式下全廠有功設(shè)定值，程序減去未加入AGC聯(lián)控機組實發(fā)有功值，將剩余負(fù)荷在AGC聯(lián)控機組間分配。

（2）負(fù)荷曲線方式

南方電網(wǎng)負(fù)荷曲線分為今日負(fù)荷曲線、第一日負(fù)荷曲線至第十日負(fù)荷曲線，負(fù)荷曲線分為每隔5 min 1點，一天288點，由南方電網(wǎng)或成都梯調(diào)中心通過IEC104協(xié)議自動傳送至電站監(jiān)控系統(tǒng)中，傳送過程自動完成無需確認(rèn)，每天23∶55，程序自動將明日負(fù)荷曲線值拷貝給今日負(fù)荷曲線對應(yīng)時段。當(dāng)AGC設(shè)定值由“站控方式”切到“曲線方式”后，AGC將在投入前對比當(dāng)前有功實發(fā)值與該區(qū)間內(nèi)調(diào)度曲線設(shè)定值的差異，如在許可范圍內(nèi)，則自動切全廠有功設(shè)定值至負(fù)荷曲線設(shè)定值模式。與國調(diào)要求不同的是，南方電網(wǎng)要求負(fù)荷給定值需在整5分鐘時下發(fā)，無需提前通過插值發(fā)分段下發(fā)。

（3）頻率補償模式

AGC以總有功設(shè)定值為主要調(diào)節(jié)目標(biāo)，當(dāng)母線頻率發(fā)生偏移時，自動調(diào)節(jié)有功使頻率保持在頻率設(shè)定值附近，但有功調(diào)節(jié)幅值不能超過限值。

（4）全頻率模式

AGC以穩(wěn)定母線頻率為主要調(diào)節(jié)目標(biāo)，且有功調(diào)節(jié)范圍僅受機組可調(diào)范圍限制

2　AGC的主要算法

2.1負(fù)荷分配算法

溪洛渡AGC在下列條件下進(jìn)行分配計算：

（1）兩次有功給定工作值差值大于1MW；

（2）加入AGC聯(lián)控的機組數(shù)量發(fā)生變化；

（3）水頭變化導(dǎo)致出力計算超過20MW；

（4）未加入聯(lián)控機組總出力變化超過15MW。

一般來講，負(fù)荷分配算法至少應(yīng)包括修正等功率分配算法和基于動態(tài)規(guī)劃法的最優(yōu)效率算法兩種算法。溪洛渡電站目前主要采用了前一種算法進(jìn)行負(fù)荷分配，具體算法如下：

程序首先將需要調(diào)整的負(fù)荷除以參加AGC聯(lián)控的機組數(shù)量，如計算出的商大于設(shè)定的步長（40MW），則將商與聯(lián)控機組當(dāng)前負(fù)荷相加（減）后，平均分配給聯(lián)控機組，如某臺聯(lián)控機組加（減）上商后，超出分配允許范圍則將該部分功率按設(shè)定步長循環(huán)分配至另外的機組。

如計算出的商小于步長（40MW），則按增40 MW循環(huán)分配給聯(lián)控機組，增有功時，每次循環(huán)由設(shè)定有功值最小的機組優(yōu)先增加負(fù)荷，每次40MW，直至分配完畢（當(dāng)然需考慮機組流量特性曲線允許最大最小有功值）。減負(fù)荷時，每次循環(huán)由設(shè)定有功值最大的機組優(yōu)先減負(fù)荷，其他分配策略類似。這樣可以在負(fù)荷變幅不大時，只有1臺或2臺機組采用調(diào)節(jié)，可以防止機組過于頻繁調(diào)節(jié)，同時也可減少多臺機組參與小負(fù)荷波動造成累計負(fù)荷偏差，較好地跟蹤有功給定值。

2.2全頻率控制算法

AGC以穩(wěn)定母線頻率為主要調(diào)節(jié)目標(biāo)，且有功調(diào)節(jié)范圍僅受機組可調(diào)范圍限制。AGC根據(jù)頻率偏

2.3自動開機算法

以下任一條件滿足時，AGC啟動1臺備用機組：

（1）總有功設(shè)定值大于當(dāng)前運行機組所能發(fā)出的最大出力，且多啟動1臺機組并重新分配負(fù)荷后，各機組所帶出力均不小于單機最小出力；

（2）多開1臺機組并重新分配負(fù)荷后，所提升的全廠效率超過設(shè)定的死區(qū)；

（3）旋轉(zhuǎn)備用功能投入且實際旋轉(zhuǎn)備用小于設(shè)定值，且多啟動1臺機組并重新分配負(fù)荷后，各機組所帶出力均不小于最小出力。

AGC可設(shè)定機組優(yōu)先級，負(fù)荷調(diào)節(jié)與機組開停機命令均遵照事先設(shè)定的優(yōu)先級。機組LCU應(yīng)確保在正常開機過程中，加入AGC的條件始終滿足。開機機組并網(wǎng)后，AGC應(yīng)把全廠出力缺額直接分配給該機組，使全廠總出力盡快達(dá)到設(shè)定值要求，然后再采用補償調(diào)節(jié)的方式調(diào)整各機組出力，使其達(dá)到最終優(yōu)化分配值，避免全廠總出力上下波動。AGC應(yīng)監(jiān)視機組開機過程，以下條件滿足時認(rèn)為開機失敗，報警并選擇其他機組繼續(xù)開機：

（1）AGC發(fā)出開機令后10 s內(nèi)，機組LCU未返回開機流程執(zhí)行過程中的信號；

（2）機組開機流程執(zhí)行過程中的信號復(fù)位，且機組未到并網(wǎng)態(tài)；

（3）機組開機流程執(zhí)行超過15min，且機組未到并網(wǎng)態(tài)。

2.4自動停機算法

以下任一條件滿足時，AGC停1臺發(fā)電機組：

（1）總有功設(shè)定值小于當(dāng)前運行機組所能發(fā)出的最小出力，且停1臺機組并重新分配負(fù)荷后，各機組所帶出力均不大于最大出力；

（2）停1臺發(fā)電機組并重新分配負(fù)荷后，所提升的全廠效率超過設(shè)定的死區(qū)。

AGC應(yīng)根據(jù)事先設(shè)定的優(yōu)先級選擇停機機組。針對條件1停機的情況，AGC應(yīng)首先采用補償調(diào)節(jié)的方法，，當(dāng)該機組有功實測值小于40MW時，向機組LCU發(fā)出停機令。針對條件2停機的情況，AGC采用補償調(diào)節(jié)的方法，把各機組出力調(diào)節(jié)至目標(biāo)分配值，當(dāng)停機機組有功實測值小于40MW時，向機組LCU發(fā)出停機令。AGC開始減停機機組負(fù)荷時，應(yīng)給AVC發(fā)出調(diào)無功指令，把該機組無功出力轉(zhuǎn)移至其他機組。

以下情況認(rèn)為停機過程失敗，AGC停止停機過程，報警并等待操作員處理：

（1）停機機組減負(fù)荷超時；

（2）AGC發(fā)出停機令后10 s內(nèi)，機組LCU未返回停機流程執(zhí)行過程中的信號；

（3）機組停機流程執(zhí)行30 s，出口開關(guān)仍未斷開。

為避免AGC在臨界值附近反復(fù)開停機，應(yīng)對各開停機判據(jù)增加死區(qū)判斷。

3　AGC的安全策略

3.1分配值與設(shè)定值比對策略

為防止AGC在進(jìn)行負(fù)荷下發(fā)時，因計算錯誤或邏輯錯誤，下發(fā)不正常的有功設(shè)定值，從而導(dǎo)致負(fù)荷異常波動，AGC在設(shè)定值下發(fā)時對機組設(shè)定值總和與總有功設(shè)計值進(jìn)行了比較，即：溪洛渡右岸電站AGC設(shè)定值總和-（聯(lián)控機組分配值總和+單控機組實發(fā)值總和）預(yù)先設(shè)定的定值，本次分配將不會執(zhí)行，并報警。

溪洛渡電站在制定該誤差定值時，同時考慮了一次調(diào)頻功能投運后，單控機組負(fù)荷可能波動增大的情況。

3.2限值保護策略

限值保護有以下4種情況：

（1）當(dāng)有功設(shè)定值變幅超過預(yù)先設(shè)定的限值，程序拒絕接受并報警，保持原值不變；

（2）當(dāng)有功設(shè)定值超過AGC有功上、下限值，程序拒絕接受并報警，保持原值不變；

（3）頻率設(shè)定值變幅越過預(yù)先設(shè)定的限值，程序拒絕接受，保持原值不變；

（4）頻率設(shè)定值越過設(shè)定的上、下限值，程序拒絕接受，保持原值不變。

3.3水頭保護策略

取最近20個采樣的有效水頭的平均值作為工作水頭，若采樣水頭與工作水頭之差大于1.8m，認(rèn)為此采樣無效，并發(fā)出采樣水頭跳變的報警，否則認(rèn)為是有效水頭并納入計算。若工作水頭5min變化大于2m，則認(rèn)為水頭異常變化，報警并退出全廠AGC。

3.4跨振動區(qū)策略

為減少機組跨越振動區(qū)的次數(shù)，當(dāng)下列調(diào)節(jié)滿足時才選擇機組跨越振動區(qū)：

（1）機組跨越振動區(qū)后，全廠效率的提升超過設(shè)定的死區(qū)；

（2）修正等功率分配算法下，運行在振動區(qū)邊沿的機組有功設(shè)定值與其他不在振動區(qū)邊沿運行的機組有功設(shè)定值差值的最大值，超過設(shè)定的限值。

3.5補償調(diào)節(jié)策略

當(dāng)AGC重新進(jìn)行分配計算后，可能存在多臺機組向相反方向調(diào)節(jié)的情況，若一次性把最終分配值下發(fā)給各機組，可能造成調(diào)節(jié)過程中全廠總出力上下波動。這種情況下應(yīng)選擇2臺反向調(diào)節(jié)的機組同時按預(yù)先設(shè)定的步長（40MW）調(diào)節(jié)，采用分步調(diào)節(jié)的方式使各機組出力達(dá)到目標(biāo)分配值，確保全廠總出力平穩(wěn)。

4　溪洛渡電站AGC的下一步完善方向

圖1水輪機組合效率曲線

動態(tài)規(guī)劃法應(yīng)用到水電廠的自動發(fā)電控制上來，是將不同的機組數(shù)參加運行看成是不同的階段，然后由最簡單的階段開始，逐一計算出每一階段的最佳運行狀態(tài)。前一階段的運算結(jié)果作為下一階段的已知條件。依此類推，就可以得到各臺機組應(yīng)發(fā)的功率。

5　結(jié)束語

從三峽電站到溪洛渡電站，中水科技的AGC設(shè)計理念與實現(xiàn)方法，是一個承上啟下的過程，正如電力行業(yè)的其他技術(shù)快速發(fā)展一樣。通過AGC的投運，不僅能快速、智能、平穩(wěn)的完成調(diào)度負(fù)荷指令，而且能經(jīng)濟、高效、科學(xué)的完成現(xiàn)場的設(shè)備控制與電能輸出。

中圖分類號：TV736

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）07-0037-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.010

收稿日期：2015-04-30

作者簡介：瞿衛(wèi)華（1975-），男，從事水電站自動控制工作。