劉 準(zhǔn)，崔 敏，張東峰，李見(jiàn)輝

（1.溪洛渡水力發(fā)電廠，云南省昭通市 657300；2.白鶴灘水力發(fā)電廠，四川省寧南縣 615421）

0 引言

溪洛渡水電站位于云南省永善縣和四川省雷波縣接壤的金沙江峽谷河段，是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙及改善枯水期下游通航條件等綜合效益的巨型水電站，是國(guó)家“西電東送”戰(zhàn)略的骨干電源點(diǎn)。電站左、右岸地下廠房各裝設(shè)9臺(tái)77萬(wàn)kW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)1386萬(wàn)kW，2013年7月首批機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2014年6月18臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電，2015年電站主體工程全部建成完工。2016年，溪洛渡水電站榮獲有國(guó)際工程咨詢領(lǐng)域“諾貝爾獎(jiǎng)”之稱的“菲迪克工程項(xiàng)目杰出獎(jiǎng)”。

根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行狀況及調(diào)度整體規(guī)劃要求，溪洛渡左岸電站所有投運(yùn)機(jī)組均需加入電網(wǎng)AGC運(yùn)行，這將給溪洛渡電站左岸所有運(yùn)行機(jī)組及相關(guān)設(shè)備運(yùn)行管理帶來(lái)新的問(wèn)題與挑戰(zhàn)。為此，溪洛渡電廠于2011年成立AGC研究小組，2012～2013年6月完成溪洛渡電站AGC運(yùn)行方式報(bào)告，并于2013年8月完成6F、8F機(jī)組AGC功能試驗(yàn)，主要進(jìn)行了有功給定方式與負(fù)荷曲線切換試驗(yàn)、AGC有功設(shè)定越限保護(hù)、變幅保護(hù)測(cè)試、AGC頻率設(shè)定越限保護(hù)、變幅保護(hù)測(cè)試、AGC控制權(quán)切換試驗(yàn)、跨越振動(dòng)區(qū)試驗(yàn)、AGC軟硬件安全性測(cè)試等試驗(yàn)，并在試驗(yàn)過(guò)程中確定合適的AGC參數(shù)。

2015年4月21～22日，溪洛渡電廠聯(lián)合三峽梯調(diào)成都調(diào)控中心對(duì)左岸電站AGC進(jìn)行程序升級(jí)及AVC聯(lián)控試驗(yàn)，成功實(shí)現(xiàn)了左岸電站根據(jù)水庫(kù)上游來(lái)水量和電力系統(tǒng)的要求在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下自動(dòng)控制機(jī)組負(fù)荷分配的功能，為溪洛渡左岸電站最終實(shí)現(xiàn)AGC投運(yùn)提供了充分的技術(shù)保證。

2015年7月3日，溪洛渡電廠經(jīng)國(guó)調(diào)批準(zhǔn)將左岸AGC置“站控”“開(kāi)環(huán)”“有功給定”，AVC置“站控”“開(kāi)環(huán)”“電壓控制”模式進(jìn)行試運(yùn)行，試運(yùn)行效果顯著，并于 2015年7月10日正式投入運(yùn)行，所有運(yùn)行機(jī)組均實(shí)現(xiàn)有功聯(lián)控。成功實(shí)現(xiàn)了左岸電站根據(jù)水庫(kù)上游來(lái)水量和電力系統(tǒng)的要求在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)、機(jī)組組合和機(jī)組之間的最優(yōu)負(fù)荷分配，為溪洛渡電廠的精益運(yùn)行提供強(qiáng)有力的保證。

1 溪洛渡左岸電站AGC功能概述

溪洛渡左岸電站AGC程序運(yùn)行于北京中水科水電科技開(kāi)發(fā)有限公司自主研發(fā)的水電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)H9000 4.0系統(tǒng)上，適于大中小型各種類型電站。AGC調(diào)節(jié)分配模式分為有功給定、負(fù)荷曲線、全頻率控制和頻率補(bǔ)償四種模式，程序可接受國(guó)調(diào)、網(wǎng)調(diào)、省調(diào)及梯調(diào)等各級(jí)全廠總有功給定值，電站操作員也可以手動(dòng)設(shè)置全廠總有功給定。程序優(yōu)化分配算法采用修正等容量分配原則，同時(shí)采用正確方法避開(kāi)振動(dòng)區(qū)和氣蝕區(qū)運(yùn)行，以保證機(jī)組運(yùn)行安全、可靠、高效[1]。

程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮人性化設(shè)計(jì)，操作人員可以手動(dòng)選擇機(jī)組加入全廠AGC有功聯(lián)控，同時(shí)通過(guò)閉鎖條件判斷機(jī)組是否聯(lián)控可調(diào)，AGC只對(duì)聯(lián)控可調(diào)的機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)，一些程序所需參數(shù)，操作人員可以通過(guò)人機(jī)界面進(jìn)行靈活設(shè)置。程序同時(shí)考慮某臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)事故時(shí)，其負(fù)荷由其他聯(lián)控可調(diào)機(jī)組進(jìn)行分配。當(dāng)電站出現(xiàn)異常情況，AGC將自動(dòng)退出，當(dāng)功能模式切換時(shí)保證負(fù)荷無(wú)擾動(dòng)，雙機(jī)切換時(shí)負(fù)荷無(wú)擾動(dòng)和其他安全措施。

1.1 AGC運(yùn)行模式

AGC功能可“投入”/“退出”，當(dāng)功能為“投入”時(shí)，AGC運(yùn)行，當(dāng)功能“退出”時(shí)，AGC不運(yùn)行。當(dāng)AGC退出時(shí)，機(jī)組自動(dòng)切為“單控”方式，同時(shí)AGC切為“開(kāi)環(huán)”模式，調(diào)度模式切為“站控”。

AGC有開(kāi)環(huán)、半開(kāi)環(huán)和閉環(huán)三種模式，電站運(yùn)行人員可通過(guò)操作界面軟開(kāi)關(guān)進(jìn)行每種模式的切換。

開(kāi)環(huán)模式下，機(jī)組的設(shè)定值由程序計(jì)算但不能自動(dòng)分配到機(jī)組，有功分配值顯示在操作員站的屏幕上，如果需要開(kāi)停機(jī)則只顯示開(kāi)停機(jī)請(qǐng)求，不下發(fā)開(kāi)停機(jī)令。

半開(kāi)環(huán)模式下，機(jī)組的設(shè)定值由程序計(jì)算并直接分配到機(jī)組，如果需要開(kāi)停機(jī)則顯示開(kāi)停機(jī)請(qǐng)求且命令被送到機(jī)組前需要操作員確認(rèn)。

每次開(kāi)停機(jī)操作請(qǐng)求只有一臺(tái)，如果有開(kāi)停機(jī)請(qǐng)求被操作員拒絕后，程序自動(dòng)選擇下一臺(tái)機(jī)組開(kāi)停機(jī)，如果三次拒絕后，開(kāi)停機(jī)請(qǐng)求將被清除，并報(bào)警“開(kāi)停機(jī)請(qǐng)求被清除”，且報(bào)警“功率有偏差”。閉環(huán)模式下，機(jī)組的設(shè)定值由程序計(jì)算并直接分配到機(jī)組。聯(lián)合控制系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行開(kāi)停機(jī)——不需要操作員確認(rèn)，每次開(kāi)停機(jī)只有一臺(tái)[2]，如圖1所示。

1.2 機(jī)組投入/退出AGC

機(jī)組可以選擇投入AGC，也可退出AGC。機(jī)組加入AGC，程序可以對(duì)機(jī)組進(jìn)行控制，如果機(jī)組退出AGC；則該機(jī)組不受控制，操作員可以直接通過(guò)人機(jī)界面對(duì)機(jī)組進(jìn)行發(fā)令操作，如圖2所示。

1.3 選擇參考母線

操作員可以點(diǎn)擊按鈕選擇I母或者II母為主母線，程序的電壓或頻率值以參考母線值為準(zhǔn)。

1.4 AGC功率控制模式

電站AGC功率控制模式包括有功給定、負(fù)荷曲線兩種，運(yùn)行操作員通過(guò)軟開(kāi)關(guān)進(jìn)行每種模式的切換[3]。

圖1 溪洛渡左岸AGC/AVC聯(lián)控主畫面Figure 1 Main picture of AGC/AVC joint control on Left Bank of Xiluodu

有功功率給定方式下，電站AGC根據(jù)給定的電站總有功，調(diào)節(jié)各機(jī)組的有功。當(dāng)電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“廠控”時(shí)，由電站運(yùn)行人員設(shè)定總有功；當(dāng)電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“梯調(diào)”時(shí)，電站接收梯調(diào)下發(fā)的有功給定值；當(dāng)電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“西南”時(shí)，電站接收西南網(wǎng)調(diào)下發(fā)的有功給定值。

根據(jù)日負(fù)荷曲線調(diào)節(jié)各電站的有功，分今日負(fù)荷曲線和明日負(fù)荷曲線兩種。在這種方式下，電站AGC根據(jù)今日負(fù)荷曲線的當(dāng)前時(shí)段值調(diào)節(jié)每個(gè)機(jī)組的有功，控制權(quán)為“廠控”。負(fù)荷曲線分為每隔15min一點(diǎn)（或按調(diào)度要求調(diào)整），則一天96點(diǎn)。每天零點(diǎn)整，程序自動(dòng)將明日負(fù)荷曲線值拷貝給今日負(fù)荷曲線對(duì)應(yīng)時(shí)段，AGC程序負(fù)荷分配時(shí)將每個(gè)時(shí)間段數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計(jì)算下發(fā)，某一刻鐘整點(diǎn)后第i分鐘的計(jì)劃出力為[4]：

圖2 溪洛渡左岸AGC/AVC機(jī)組聯(lián)控畫面Figure 2 Picture of AGC/AVC Unit Joint Control on Left Bank of Xiluodu

式中Pn—— 96點(diǎn)計(jì)劃曲線上某15分鐘整點(diǎn)的發(fā)電出力；

Pn+1—— 96點(diǎn)計(jì)劃曲線上的下一15min整點(diǎn)發(fā)電出力；

i——0～14。

2 電站發(fā)電優(yōu)化控制設(shè)計(jì)

2.1 電站發(fā)電優(yōu)化控制基本原則

按照優(yōu)先級(jí)列出有功分配原則：

（1）機(jī)組不能運(yùn)行在振動(dòng)區(qū)；

（2）不能頻繁跨越振動(dòng)區(qū)；

（3）當(dāng)給定總有功大于實(shí)發(fā)總有功時(shí)，機(jī)組盡可能不減負(fù)荷；當(dāng)給定總有功小于實(shí)發(fā)總有功時(shí)，機(jī)組盡可能不增負(fù)荷；

（4）機(jī)組不能頻繁調(diào)節(jié)（小負(fù)荷變化由1或2臺(tái)機(jī)移動(dòng)）；

（5）優(yōu)化效率。

如果考慮了前4條原則，有時(shí)會(huì)降低理論上的最佳效率。

為了避免機(jī)組磨損采用了以下原則：

（1）預(yù)定功率范圍內(nèi)僅改變一臺(tái)機(jī)的設(shè)定值；

（2）增加調(diào)整的時(shí)間間隔；

（3）在預(yù)先定義的功率增量或減量（死區(qū)）范圍內(nèi)調(diào)整。

由這些調(diào)節(jié)引起的電站效率損失通常是忽略不計(jì)的。

2.2 自動(dòng)開(kāi)停機(jī)原則

程序在需要開(kāi)停機(jī)時(shí)需考慮全廠有功給定值、旋轉(zhuǎn)備用和開(kāi)停機(jī)死區(qū)值：

（1）達(dá)到盡可能高的電站效率。

（2）具有系統(tǒng)要求的旋轉(zhuǎn)備用。

（3）減少機(jī)組啟停次數(shù)以降低磨損。

2.2.1 開(kāi)停機(jī)優(yōu)先級(jí)

電站的操作員可定義機(jī)組的開(kāi)停機(jī)順序。如果需要機(jī)組開(kāi)機(jī)或停機(jī)，則按照開(kāi)停機(jī)順序來(lái)選擇機(jī)組?！?”為最高優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先級(jí)數(shù)字小的機(jī)組優(yōu)先開(kāi)機(jī)，優(yōu)先級(jí)數(shù)字大的機(jī)組優(yōu)先停機(jī)。例如：當(dāng)機(jī)組優(yōu)先級(jí)為1號(hào)機(jī)等于2、2號(hào)機(jī)等于1、3號(hào)機(jī)等于3時(shí)，則機(jī)組開(kāi)機(jī)順序?yàn)?號(hào)機(jī)、1號(hào)機(jī)、3號(hào)機(jī)。操作員可根據(jù)需要改變優(yōu)先級(jí)。

如果操作員沒(méi)有設(shè)置開(kāi)停機(jī)順序，即所有機(jī)組的開(kāi)停機(jī)順序均為0。那么，程序按照發(fā)電時(shí)間長(zhǎng)的機(jī)組先停機(jī)，備用時(shí)間長(zhǎng)的機(jī)組先開(kāi)機(jī)的原則進(jìn)行選擇機(jī)組開(kāi)停機(jī)。

2.2.2 開(kāi)停機(jī)死區(qū)

為了防止由于給定有功值波動(dòng)導(dǎo)致頻繁開(kāi)停機(jī)，程序考慮開(kāi)停機(jī)死區(qū)值，只有當(dāng)總有功給定值大于當(dāng)前機(jī)組可發(fā)最大容量，且差值大于開(kāi)停機(jī)死區(qū)，程序才會(huì)開(kāi)機(jī)；當(dāng)總有功給定值小于當(dāng)前停掉一臺(tái)可發(fā)最大容量，且差值大于開(kāi)停機(jī)死區(qū)，程序才會(huì)停機(jī)。開(kāi)停機(jī)死區(qū)值可在人機(jī)界面上設(shè)置。

2.2.3 開(kāi)停機(jī)時(shí)限

當(dāng)AGC發(fā)出開(kāi)或停機(jī)指令后，如果機(jī)組沒(méi)有在開(kāi)機(jī)時(shí)限內(nèi)并網(wǎng)或在停機(jī)時(shí)限內(nèi)沒(méi)有分?jǐn)嗦菲?，說(shuō)明該機(jī)組有事故或故障，AGC將該機(jī)組退出AGC，變?yōu)椤皢慰亍保珹GC不再對(duì)該機(jī)組進(jìn)行操作，并發(fā)出開(kāi)停機(jī)失敗報(bào)警，如果操作員想再將該機(jī)組加入AGC，需手動(dòng)投入。

2.3 旋轉(zhuǎn)備用

旋轉(zhuǎn)備用是不需要開(kāi)額外機(jī)組的情況下即可直接獲得的有功。旋轉(zhuǎn)備用可在人機(jī)界面上由電站的操作員輸入要求的旋轉(zhuǎn)備用容量。如果投入了旋轉(zhuǎn)備用模式，則要求的旋轉(zhuǎn)備用容量將直接影響運(yùn)行機(jī)組的數(shù)量。這意味著如果沒(méi)有足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量，則需要額外的機(jī)組開(kāi)機(jī)。參與AGC的所有機(jī)組采取最佳的途徑分配有功（MW）和旋轉(zhuǎn)備用。旋轉(zhuǎn)備用并不意味著機(jī)組空載運(yùn)行。

開(kāi)機(jī)：如果運(yùn)行機(jī)組的實(shí)際旋轉(zhuǎn)備用容量低于要求的旋轉(zhuǎn)備用容量，且差值大于開(kāi)停機(jī)死區(qū)，則需要開(kāi)機(jī)。

停機(jī)：如果停掉一臺(tái)機(jī)后仍有足夠的旋轉(zhuǎn)備用容量，則需要停機(jī)。

2.4 其他約束條件

除上述條件外，程序還需考慮以下約束條件：

（1）機(jī)組有功需在當(dāng)前水頭下最大最小出力范圍內(nèi)運(yùn)行。

（2）兩次有功給定值變化不能太大。

（3）減少開(kāi)停機(jī)次數(shù)。

（4）發(fā)電效率最高。

（5）其他約束條件等。

3 溪洛渡左岸電站AGC功能優(yōu)化改進(jìn)策略建議

3.1 增加濾波處理程序及延時(shí)退出功能

溪洛渡電站AGC運(yùn)行初期，出現(xiàn)了2次機(jī)組并網(wǎng)瞬間機(jī)組有功突變超過(guò)單機(jī)有功突變?cè)O(shè)定值100MW（現(xiàn)定值已修改為150MW），退AGC；出現(xiàn)1次10機(jī)組有功功率1s內(nèi)有功功率跳變幅度超過(guò)100MW退AGC等異常情況。

為避免機(jī)組并網(wǎng)瞬間產(chǎn)生的單機(jī)有功跳變導(dǎo)致AGC退出，溪洛渡電站實(shí)施了優(yōu)化措施，首先，對(duì)AGC等重要自動(dòng)化系統(tǒng)采集信號(hào)在信號(hào)源頭進(jìn)行濾波處理后再送AGC，同時(shí)在AGC內(nèi)部加入濾波處理程序，對(duì)重要信號(hào)進(jìn)行軟件濾波處理后使用，減少其誤動(dòng)率。其次，在溪洛渡左岸電站AGC程序中，增加有功跳變延時(shí)退AGC條件，任意機(jī)組非維護(hù)態(tài)且有功實(shí)發(fā)值發(fā)生突變值大于150MW，且延時(shí)2s，退出全廠AGC。

3.2 完善AGC退出條件

2018年3月30日，西南網(wǎng)調(diào)組織召開(kāi)了“國(guó)調(diào)直調(diào)電廠納入西南分中心AGC系統(tǒng)閉環(huán)試運(yùn)行討論會(huì)”，會(huì)議要求各直調(diào)電站須對(duì)AGC功能進(jìn)一步完善，以滿足西南調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)AGC運(yùn)行要求。為此，溪洛渡電站須對(duì)左岸AGC相應(yīng)功能進(jìn)行優(yōu)化：

在計(jì)算庫(kù)文件中增加溪洛渡電站左岸AGC自動(dòng)退出條件判斷邏輯，增加發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作停機(jī)出口信號(hào)、主變壓器保護(hù)動(dòng)作停機(jī)出口信號(hào)、出線線路保護(hù)動(dòng)作跳閘信號(hào)、母線保護(hù)動(dòng)作跳閘信號(hào)判斷邏輯。例如，當(dāng)1F至9F機(jī)組“發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作停機(jī)”信號(hào)動(dòng)作且“發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作停機(jī)總出口”信號(hào)動(dòng)作，或“主變壓器保護(hù)動(dòng)作停機(jī)”信號(hào)動(dòng)作且“主變壓器保護(hù)動(dòng)作停機(jī)總出口”信號(hào)動(dòng)作，左岸電站AGC使能退出。

同時(shí)，當(dāng)左岸電站出線“保護(hù)裝置跳閘”信號(hào)動(dòng)作或當(dāng)左岸500kV母線“母差保護(hù)動(dòng)作”信號(hào)動(dòng)作且“母差保護(hù)失靈動(dòng)作”信號(hào)動(dòng)作時(shí)，左岸電站AGC使能退出。

3.3 有功信號(hào)采集優(yōu)化

運(yùn)行初期，溪洛渡電站監(jiān)控系統(tǒng)左岸AGC中出線有功計(jì)算由LCU19交采表上送。

交采表所測(cè)線路有功功率數(shù)值上送延遲，且數(shù)值緩變，需爬坡時(shí)間，造成監(jiān)控系統(tǒng)中線路有功數(shù)值延遲上送，且數(shù)據(jù)延遲導(dǎo)致線路停送電過(guò)程中各線路有功之和與總有功偏差大于200MW時(shí)，必將導(dǎo)致“左岸AGC”退出，并可能導(dǎo)致系統(tǒng)功率波動(dòng)。

在左岸開(kāi)關(guān)站LCU增加一路運(yùn)用功率變送器采集GIS出線有功功率值/無(wú)功功率值，將監(jiān)控系統(tǒng)左岸AGC中線路有功計(jì)算更改為通過(guò)左右岸開(kāi)關(guān)站LCU增加的功率變送器直接上送LCU19，這樣，在電站線路停送電過(guò)程中，LCU24功率變送器所測(cè)線路有功功率數(shù)值即時(shí)上送，數(shù)值穩(wěn)定，則停送電過(guò)程中各線路有功之和與總有功偏差較小，保證了左岸AGC的正常運(yùn)行，避免了系統(tǒng)功率波動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)溪洛渡左岸電站投入運(yùn)行初期出現(xiàn)的機(jī)組并網(wǎng)瞬間有功突變退AGC、AGC自動(dòng)退出和延時(shí)退出條件不夠完善、出線有功信號(hào)采集延遲等問(wèn)題，通過(guò)增加濾波處理程序、增加發(fā)電機(jī)、主變壓器及母線保護(hù)動(dòng)作跳閘信號(hào)來(lái)完善AGC自動(dòng)退出判斷邏輯、增加功率變送器采集出線有功信號(hào)等方式對(duì)AGC功能進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化之后，溪洛渡左岸電站AGC運(yùn)行安全穩(wěn)定，即減少了AGC因有功突變、數(shù)據(jù)延遲等造成的異常退出，又避免了因機(jī)組、出線或母線保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致AGC未及時(shí)退出造成的嚴(yán)重后果，為保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行等方面發(fā)揮了重要的作用。隨著電網(wǎng)輔助服務(wù)的加強(qiáng)，AGC投運(yùn)率將是重要的一項(xiàng)考核指標(biāo)，異常退出既降低了電站自動(dòng)化水平，同時(shí)又面臨被電網(wǎng)考核的風(fēng)險(xiǎn)。后續(xù)將在AGC退出條件防誤動(dòng)等方面繼續(xù)研究。