陳 鵬

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司集控中心，成都 610051)

0 引 言

錦官梯級(jí)水電站位于四川涼山州境內(nèi)雅礱江上，由錦西、錦東、官地三站組成，是國家“西電東送”戰(zhàn)略重要電源。三站以發(fā)電為主，共有18臺(tái)600 MW水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)10 800 MW，在系統(tǒng)中三站同步運(yùn)行，承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻任務(wù)。

錦官梯級(jí)所在西南電網(wǎng)有錦蘇、復(fù)奉、賓金三大特高壓直流輸電系統(tǒng)，總輸送能力21 600 MW，當(dāng)直流發(fā)生換相失敗故障且西南、華中同步聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)暫態(tài)沖擊將傳遞至華中、華北電網(wǎng)，嚴(yán)重情況下可能導(dǎo)致西南、華中、華北交流聯(lián)網(wǎng)解列，運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)較大。為降低該風(fēng)險(xiǎn)，西南、華中將調(diào)整為“背靠背”直流聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，調(diào)整后直流換相失敗引起的暫態(tài)沖擊將局限于西南電網(wǎng)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)性風(fēng)險(xiǎn)將得到緩解。但西南電網(wǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量將降低，頻率穩(wěn)定水平會(huì)下降，為緩解系統(tǒng)頻率穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，提高調(diào)頻能力，西南電網(wǎng)組建了區(qū)域電網(wǎng)AGC，并將國調(diào)直調(diào)錦官梯級(jí)電站納入AGC系統(tǒng)控制。在2018年4月開展的西南電網(wǎng)異步運(yùn)行試驗(yàn)中，錦官梯級(jí)AGC可靠動(dòng)作，完成系統(tǒng)二次調(diào)頻，同時(shí)也出現(xiàn)了流域水量平衡破壞、負(fù)荷分配違反穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定等異常情況。本文將分析試驗(yàn)中流域AGC暴露的相關(guān)問題，并提出相應(yīng)的完善策略。

1 錦官梯級(jí)AGC系統(tǒng)

錦官梯級(jí)AGC采用南瑞監(jiān)控AGC模塊，結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖中錦官AGC在主站EMS系統(tǒng)AGC模塊中等值為一臺(tái)AGC可控機(jī)組，主站根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差，結(jié)合其控制策略計(jì)算下發(fā)功率調(diào)節(jié)目標(biāo)至各AGC子站執(zhí)行。子站接收主站總有功設(shè)定值后按預(yù)定分配策略計(jì)算下發(fā)至各機(jī)組執(zhí)行。

錦官梯級(jí)AGC配有主子站數(shù)據(jù)交互、異常工況應(yīng)對(duì)和負(fù)荷分配等功能。其中主子站數(shù)據(jù)交互用于子站相關(guān)參數(shù)上送和主站調(diào)節(jié)控制令下達(dá)，如上述機(jī)組振動(dòng)區(qū)、功率調(diào)節(jié)上下限、子站AGC控制模式等。異常工況應(yīng)對(duì)主要用于AGC運(yùn)行期間發(fā)生安控切機(jī)動(dòng)作、機(jī)組有功測(cè)量故障、調(diào)速器故障等異常時(shí)AGC應(yīng)采取的措施。負(fù)荷分配策略實(shí)現(xiàn)總有功設(shè)定值的快速計(jì)算分配，是子站的核心功能，基本分配原則包括省水多發(fā)、避免機(jī)組頻繁穿越振動(dòng)區(qū)等，系統(tǒng)目前采用等比例分配和小負(fù)荷分配相結(jié)合的分配方式，其負(fù)荷計(jì)算如式(1)所示：

圖1 錦官梯級(jí)廠站AGC結(jié)構(gòu)圖

(1)

式中：Pi為第i臺(tái)AGC控制機(jī)組負(fù)荷分配值；Pagc為AGC控制機(jī)組分配目標(biāo)值；Pimax為第i臺(tái)AGC控制機(jī)組當(dāng)前水頭下最大出力；n為參加AGC控制機(jī)組臺(tái)數(shù)。

2 錦官梯級(jí)AGC問題分析

2.1 流域水量平衡破壞

梯級(jí)廠站上下游間存在水力聯(lián)系，由表1所示錦官梯級(jí)電站特征參數(shù)可知，錦西為龍頭水庫，具有年調(diào)節(jié)能力，官地為日調(diào)節(jié)水庫，而錦東基本無調(diào)蓄能力。此外錦西、錦東兩庫還采用“首尾連接”布局，在靠近錦西壩址下游建錦東攔河閘壩攔蓄錦西出庫水流形成錦東水庫，庫區(qū)再通過長約16.67 km引水隧洞截彎取直獲取約310 m發(fā)電水頭用于錦東機(jī)組發(fā)電。實(shí)際運(yùn)行中由錦西水庫進(jìn)行流域來水調(diào)蓄，錦西、錦東負(fù)荷嚴(yán)格匹配來確保錦東水庫入出庫流量平衡。在本次錦蘇直流功率升降試驗(yàn)中，流域AGC響應(yīng)調(diào)度主站AGC調(diào)節(jié)，站間負(fù)荷分配未考慮錦東運(yùn)行實(shí)際，從而導(dǎo)致錦東入出庫流量失衡，試驗(yàn)具體情況如下。

表1 錦官梯級(jí)電站特征參數(shù)

(1)錦蘇直流提升100 萬kW試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)頻率由50.04 Hz降低為49.96 Hz，流域AGC按調(diào)度主站AGC控制策略參與二次調(diào)頻，錦西、錦東、官地增加功率設(shè)值分別為240、108、286 MW。該負(fù)荷分配將使錦東入出庫流量差增加112 m3/s，錦東水位按0.48 m/h速率加速上漲。以該庫正常運(yùn)行水位1 644 m、原始入出庫流量平衡為例，充分考慮系統(tǒng)故障安控切機(jī)后閘門緊急操作期間水庫不漫壩需要，該方式運(yùn)行約2 h后水位逼近1 645 m，錦東需開閘增加棄水，對(duì)流域經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不利。

(2)錦蘇直流速降功率200萬kW試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)系統(tǒng)頻率由49.94 Hz升高為50.13 Hz，流域AGC按調(diào)度主站AGC控制策略參與二次調(diào)頻，錦西、錦東、官地降低出力設(shè)值分別為334、424、203 MW。該負(fù)荷分配將使錦東入出庫流量差減少80 m3/s，錦東水位按0.36 m/h速率加速下降，該方式長時(shí)間運(yùn)行時(shí)為避免水庫拉空需減少泄水，可能不滿足大河灣減水河段生態(tài)下泄需要。

從試驗(yàn)結(jié)果可知，主站進(jìn)行錦官梯級(jí)負(fù)荷分配時(shí)未考慮流域水量平衡，錦西、官地水庫調(diào)蓄能力較強(qiáng)，水量平衡破壞對(duì)水庫運(yùn)行影響較小，而錦東調(diào)蓄能力極弱，其水量平衡破壞將威脅水庫運(yùn)行安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2.2 負(fù)荷分配違反穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定

電網(wǎng)下發(fā)的穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定是系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行依據(jù)，并網(wǎng)運(yùn)行廠站須嚴(yán)格遵行。錦官梯級(jí)廠站典型規(guī)定有“正常方式下，各站安排1臺(tái)出力最低并網(wǎng)機(jī)組不投切機(jī)壓板；錦西出力超250 萬kW時(shí)，錦西可切機(jī)組單機(jī)出力不低于40 萬kW，錦東4機(jī)及以上運(yùn)行時(shí)，錦東可切機(jī)組單機(jī)出力不低于50 萬kW”等。由本次試驗(yàn)過程中流域AGC負(fù)荷分配結(jié)果可知AGC分配策略未考慮穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定相關(guān)限制條件，導(dǎo)致負(fù)荷分配結(jié)果不滿足穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定相關(guān)要求。以錦蘇直流升功率100 萬kW為例，試驗(yàn)中錦西5號(hào)機(jī)為安控不切機(jī)組，按規(guī)定出力應(yīng)最低，而升功率分配時(shí)5號(hào)機(jī)先上跨振動(dòng)區(qū)，分配負(fù)荷較可切機(jī)組4號(hào)機(jī)高，同樣情況在官地也出現(xiàn)。

2.3 AGC異常策略與調(diào)速器報(bào)警邏輯不匹配

西南電網(wǎng)異步運(yùn)行期間錦蘇直流速降200 萬kW時(shí)，投入AGC閉環(huán)控制的官地4號(hào)機(jī)調(diào)速器A套功率采樣故障及總故障報(bào)警，調(diào)速器A/B套調(diào)節(jié)器切換同時(shí)4號(hào)機(jī)退AGC控制，導(dǎo)致官地AGC調(diào)頻能力大幅下降，不利于系統(tǒng)二次調(diào)頻。

經(jīng)分析，試驗(yàn)期間調(diào)速器A套功率采樣故障報(bào)警，觸發(fā)A套調(diào)節(jié)器總故障、調(diào)節(jié)器A/B套切換及4號(hào)機(jī)退AGC控制，而功率采樣故障則源于調(diào)速器“三選二”邏輯。錦官調(diào)速器 “三選二”邏輯通過比較三個(gè)不同變送器的信號(hào)，篩選出異常元件，從而有效防止功率、開度、頻率等關(guān)鍵控制參數(shù)傳感器軟故障引起的功率調(diào)節(jié)失常。以功率采樣為例，其故障判斷邏輯由原來單個(gè)功率信號(hào)故障改為三個(gè)功率信號(hào)的綜合判斷，判斷邏輯如圖2所示。由圖可知，五個(gè)判據(jù)任意滿足一個(gè)即報(bào)功率采樣故障。查詢監(jiān)控及調(diào)速器信息可知異常瞬間三個(gè)功率反饋測(cè)量元件均無故障報(bào)警，而功率曲線顯示1號(hào)、2號(hào)功率反饋偏差24.05 MW，1號(hào)、3號(hào)功率反饋偏差50.70 MW，2號(hào)、3號(hào)功率反饋偏差27.15 MW，滿足功率采樣故障判據(jù)5，從而觸發(fā)功率采樣故障報(bào)警。根據(jù)調(diào)速器總故障判斷邏輯，調(diào)速器發(fā)生功率反饋采樣故障、功率給定采樣故障、導(dǎo)葉采樣故障、液壓故障、伺服故障等故障時(shí)觸發(fā)單調(diào)節(jié)器總故障報(bào)警。

圖2 調(diào)速器功率反饋采樣故障判斷邏輯

此外，查詢AGC異常工況程序模塊可知調(diào)速器故障退單機(jī)AGC邏輯如圖3所示，當(dāng)機(jī)組調(diào)速器滿足A/B套調(diào)節(jié)器總故障及A/B套調(diào)節(jié)器功率給定采樣故障四個(gè)判據(jù)中的任一判據(jù)時(shí)，該機(jī)組將退出AGC控制。綜合調(diào)速器及AGC邏輯可知，驗(yàn)中官地4號(hào)機(jī)滿足調(diào)速器功率反饋采樣故障判據(jù)5觸發(fā)功率反饋采樣故障及A套調(diào)節(jié)器總故障，經(jīng)AGC異常工況邏輯退單機(jī)AGC控制。

圖3 AGC模塊調(diào)速器故障退單機(jī)AGC邏輯

3 流域AGC優(yōu)化

3.1 流域水量平衡優(yōu)化

由前文可知，流域AGC二次調(diào)頻將導(dǎo)致流域流量失衡，威脅調(diào)蓄能力極弱的錦東水庫安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，其理想優(yōu)化策略如圖4(a)所示。由圖可知在流域AGC與調(diào)度主站間布置EDC模塊，增加該模塊后錦官三站在調(diào)度AGC主站中等值為一臺(tái)AGC可控機(jī)組，主站下發(fā)錦官綜合調(diào)整令至EDC主站，EDC模塊考慮水量平衡情況下計(jì)算下發(fā)各站負(fù)荷至流域AGC執(zhí)行，該模式需增添EDC主站軟硬件設(shè)備。考慮當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度接受EDC分配有限，同時(shí)簡(jiǎn)化計(jì)算分配層級(jí)和減少軟硬件投資，可通過錦西或錦東AGC子站來實(shí)現(xiàn)錦西、錦東兩站間負(fù)荷平衡分配功能，其優(yōu)化策略如圖4(b)所示。

3.2 與穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定協(xié)調(diào)優(yōu)化

因穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定須嚴(yán)格遵行，故應(yīng)將相關(guān)要求納入AGC負(fù)荷分配原則。從不切機(jī)組出力最低原則來說，可采用如下兩種方式實(shí)現(xiàn)：一是AGC模塊中增加機(jī)組負(fù)荷分配優(yōu)先級(jí)手動(dòng)設(shè)置功能，將可切機(jī)組設(shè)為高優(yōu)先級(jí)，負(fù)荷分配時(shí)在遵循等比例分配及小負(fù)荷分配基本原則基礎(chǔ)上，優(yōu)先加負(fù)荷最后減負(fù)荷。二是AGC模塊中增加不切機(jī)組設(shè)置功能，可切機(jī)組優(yōu)先增負(fù)荷最后減負(fù)荷。

圖4 流域AGC水量平衡策略優(yōu)化

而對(duì)于錦西2 500 MW以上可切機(jī)組單機(jī)出力400 MW以上、錦東4臺(tái)機(jī)及以上可切機(jī)組單機(jī)出力500 MW以上限制條件，其實(shí)現(xiàn)方式可通過程序自動(dòng)調(diào)整可切機(jī)組調(diào)節(jié)上下限實(shí)現(xiàn)，例如錦東開機(jī)4臺(tái)機(jī)及以上時(shí)，可切機(jī)組單機(jī)調(diào)節(jié)上下限參數(shù)自動(dòng)調(diào)整為500～600 MW即可。

3.3 與調(diào)速器協(xié)聯(lián)配合策略優(yōu)化

西南電網(wǎng)異步運(yùn)行時(shí)為抑制系統(tǒng)超低頻振蕩，調(diào)速器需運(yùn)行在小網(wǎng)開度模式，該模式下流域AGC計(jì)算分配值下發(fā)至監(jiān)控機(jī)組LCU執(zhí)行，LCU通過功率偏差經(jīng)PID計(jì)算后形成開度脈沖至調(diào)速器執(zhí)行從而實(shí)現(xiàn)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，功率調(diào)節(jié)流程如圖5所示。由圖可知，該模式下調(diào)速器主要實(shí)現(xiàn)開度調(diào)節(jié)及一次調(diào)頻功能，其自身功率測(cè)值未參與功率閉環(huán)控制。結(jié)合試驗(yàn)時(shí)官地#4機(jī)退AGC控制原因分析，錦官梯級(jí)廠站AGC與調(diào)速器協(xié)聯(lián)策略需進(jìn)行全面梳理，主要優(yōu)化策略如下：

圖5 小網(wǎng)開度模式下錦官廠站AGC功率調(diào)節(jié)流程

(1)功率偏差原因清查。3個(gè)功率變送器間兩兩比較偏差大于定值24 MW觸發(fā)功率采樣故障報(bào)警，其原因可能是采樣時(shí)間不完全同步，也可能是各功率變送器動(dòng)態(tài)響應(yīng)不一致，需查清數(shù)據(jù)測(cè)量偏差的根本原因。

(2)完善調(diào)速器功率采樣故障判斷邏輯。為應(yīng)對(duì)暫態(tài)過程中功率反饋采樣故障報(bào)警，可考慮采取去掉任意兩個(gè)功率反饋偏差判據(jù)或該判據(jù)引入一定延時(shí)，同時(shí)評(píng)估確定三功率變送器合理偏差，適當(dāng)增大偏差報(bào)警定值。以本次試驗(yàn)為例，引入2 s延時(shí)或增大偏差報(bào)警定值至30 MW均不會(huì)觸發(fā)功率采樣故障。

(3)調(diào)速器故障報(bào)警邏輯優(yōu)化。機(jī)組調(diào)速器開度模式運(yùn)行時(shí)， AGC計(jì)算分配值下發(fā)至監(jiān)控LCU，通過監(jiān)控PID實(shí)現(xiàn)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，調(diào)速器功率給定及功率反饋不參與功率調(diào)節(jié)，其功率“三選二”邏輯報(bào)警意義不大。因此調(diào)速器開度模式下功率反饋采樣故障及功率給定采樣故障可僅作普通報(bào)警，不觸發(fā)調(diào)節(jié)器總故障，從而有效避免單機(jī)AGC退出，當(dāng)調(diào)速器功率調(diào)節(jié)模式運(yùn)行時(shí)再出發(fā)總故障報(bào)警。

(4)完善AGC異常工況邏輯。錦官梯級(jí)AGC系統(tǒng)引入調(diào)速器A/B套調(diào)節(jié)器總故障和調(diào)速器A/B套調(diào)節(jié)器功率給定采樣故障四個(gè)條件作為調(diào)速器故障退單機(jī)AGC判據(jù)。在錦官機(jī)組調(diào)速器A/B套可自動(dòng)切換，當(dāng)A套故障而該套非主用時(shí)調(diào)速器控制功能仍完備，可不退單機(jī)AGC，因此AGC退單機(jī)AGC邏輯應(yīng)引入調(diào)節(jié)器是否為主用綜合判斷。同理調(diào)速器功率給定采樣故障退AGC邏輯可引入調(diào)速器是否為功率模式及是否為主用兩個(gè)條件綜合判斷，完善后的邏輯如圖6所示。

圖6 AGC系統(tǒng)調(diào)速器故障退單機(jī)AGC邏輯優(yōu)化圖

4 結(jié) 語

本文介紹了流域錦官梯級(jí)廠站AGC結(jié)構(gòu)及現(xiàn)狀，針對(duì)系統(tǒng)試驗(yàn)過程中流域AGC二次調(diào)頻暴露出的流域水量平衡破壞、負(fù)荷分配違反穩(wěn)定運(yùn)行規(guī)定及AGC異常工況邏輯與調(diào)速器故障報(bào)警邏輯不匹配問題進(jìn)行了詳細(xì)分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化建議，完善后的錦官梯級(jí)廠站AGC在充分發(fā)揮系統(tǒng)異常及故障情況下調(diào)峰調(diào)頻能力的同時(shí)，也更有利于流域梯級(jí)廠站系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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