常 輝，楊紅江，盧亞萌

(天生橋一級水力發(fā)電廠，貴州 興義 562400)

天生橋一級水力發(fā)電廠(以下簡稱天一電廠)位于貴州省安龍縣與廣西自治區(qū)隆林縣交界處的南盤江上，總裝機容量4×300 MW，屬南方電網(wǎng)直調(diào)電廠，在統(tǒng)一調(diào)頻控制區(qū)內(nèi)承擔(dān)調(diào)頻調(diào)峰任務(wù)。天一電廠AGC(自動發(fā)電控制)功能通過南瑞水利水電NC2000(V3.0)監(jiān)控系統(tǒng)中的AGC高級應(yīng)用模塊實現(xiàn)。自2018年9月參與南網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)市場以來，天一電廠多次出現(xiàn)AGC綜合調(diào)頻性能指標(biāo)不合格的情況。電廠和監(jiān)控廠家技術(shù)人員詳細(xì)分析調(diào)頻過程數(shù)據(jù)，確定了AGC控制策略存在的問題，并對其進(jìn)行了改進(jìn)優(yōu)化。

1 AGC現(xiàn)存問題分析

1.1 機組穿越振動區(qū)問題

天一電廠機組額定水頭111 m，運行水頭范圍為83～143 m。受限于當(dāng)年機組設(shè)計和制造水平，為了適應(yīng)水頭變幅大的工況，機組在額定水頭、額定負(fù)荷區(qū)域附近時有較高效率，而機組振動區(qū)(不可運行區(qū)域和不建議運行區(qū)域)較寬。139 m水頭以上時，振動區(qū)范圍甚至達(dá)到50～280 MW，可運行區(qū)域過小。為減少全廠負(fù)荷大幅度變動對電網(wǎng)穩(wěn)定斷面潮流的影響，2009年天一電廠AGC正式投運時，南方電網(wǎng)總調(diào)對AGC振動區(qū)處理方式提出了新的要求：允許機組短時間在振動區(qū)內(nèi)運行，每次最長不超過30 min[1]。

天一電廠AGC投運后，機組穿越振動區(qū)存在兩個主要的問題：

其一，總調(diào)給定總有功值落在全廠聯(lián)合振動區(qū)上下時，會造成單機頻繁穿越振動區(qū)。例如2018-09-14日05:00-06:00，1、2、4號機并網(wǎng)運行，投入AGC?？傉{(diào)給定總有功在585～707 MW之間設(shè)值。給定總有功設(shè)值落在全廠聯(lián)合振動3區(qū)(650.00，680.00)上下時，造成機組頻繁穿越振動區(qū)，如圖1所示。此種調(diào)節(jié)方式非常不利于機組安全穩(wěn)定運行，調(diào)節(jié)性能自然也無法達(dá)標(biāo)。

圖1 AGC設(shè)值在聯(lián)合振動區(qū)上下變化，1、2號機頻繁進(jìn)出振動區(qū)圖

南方電網(wǎng)使用綜合調(diào)頻性能指標(biāo)(k)衡量發(fā)電單元響應(yīng)AGC控制指令的綜合性能表現(xiàn)，k=0.25×(2×k1+k2+k3)。式中：k1為調(diào)節(jié)速率；k2為響應(yīng)時間；k3為調(diào)節(jié)精度。若k小于0.5，則性能不達(dá)標(biāo)。查詢該時段調(diào)頻性能指標(biāo)，調(diào)節(jié)速率k1值偏小，調(diào)節(jié)精度k3為負(fù)值且較大，致使綜合調(diào)頻性能指標(biāo)k小于0.5。

其二，多次發(fā)生因全廠實發(fā)總有功與全廠設(shè)定總有功偏差過大，致使總調(diào)側(cè)AGC閉鎖事件。原因為多臺機組聯(lián)合穿越振動區(qū)時，向上穿越振動區(qū)的機組(1臺機)增負(fù)荷速率與向下穿越振動區(qū)的機組(2臺機或3臺機)減負(fù)荷速率相差較大，全廠實發(fā)總有功短時間降低較多，與全廠設(shè)定總有功偏差過大。如圖2所示。

圖2 全廠實發(fā)總有功與調(diào)度設(shè)定總有功偏差較大圖

1.2 機組一次調(diào)頻和AGC配合問題

天一電廠AGC調(diào)節(jié)過程為：監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)動通信機接收南網(wǎng)總調(diào)AGC負(fù)荷調(diào)節(jié)指令，經(jīng)主機AGC程序運算后分配至各參與AGC調(diào)節(jié)的機組。機組有功調(diào)節(jié)由LCU有功PID+調(diào)速器開度模式完成，即LCU程序運算后開出有功增、減脈沖至調(diào)速器，調(diào)速器在開度模式下相應(yīng)增、減導(dǎo)葉開度給定，通過調(diào)整導(dǎo)葉開度的大小從而調(diào)整機組有功負(fù)荷至設(shè)定值。

一次調(diào)頻則是調(diào)速器系統(tǒng)的基本功能。機組頻率越過一次調(diào)頻死區(qū)后，調(diào)速器系統(tǒng)自發(fā)進(jìn)行頻率響應(yīng)調(diào)整機組有功負(fù)荷，穩(wěn)定機組頻率直至重新回到一次調(diào)頻動作死區(qū)內(nèi)。

天一電廠AGC與一次調(diào)頻控制策略為：兩者調(diào)節(jié)量不疊加，AGC指令優(yōu)先。有AGC指令時退出機組一次調(diào)頻功能，AGC調(diào)節(jié)結(jié)束后投入機組一次調(diào)頻功能。機組一次調(diào)頻動作期間閉鎖LCU有功PID設(shè)值。參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場以來，多次發(fā)生AGC調(diào)節(jié)過程中夾雜一次調(diào)頻動作事件，致使綜合調(diào)頻性能指標(biāo)k值不達(dá)標(biāo)。需要對兩者配合策略進(jìn)行優(yōu)化。

1.3 機組小負(fù)荷分配策略不合理

天一電廠AGC具備小負(fù)荷調(diào)節(jié)功能，即總調(diào)給定總有功兩次設(shè)值之差大于AGC調(diào)節(jié)死區(qū)(10 MW)且小于小負(fù)荷門檻值(20 MW)時，負(fù)荷調(diào)節(jié)量分配至參與AGC的其中1臺機組執(zhí)行，而不是平均分配至所有參與AGC機組。但在實際運行中，發(fā)生過AGC小負(fù)荷分配策略未起作用的情況。2018-09-14日，09:13:25南方電網(wǎng)給定總有功由689 MW設(shè)置為677.00 MW?？傉{(diào)給定總有功兩次設(shè)值差大于10 MW，正常應(yīng)由小負(fù)荷分配策略分配到參與AGC的其中1臺機組執(zhí)行。但AGC僅分配至685 MW，且平均分配給參與AGC的3臺機組，存在未有效執(zhí)行的情況。AGC負(fù)荷分配情況見表1。

表1 AGC負(fù)荷分配情況表

進(jìn)一步檢查，確認(rèn)當(dāng)總調(diào)給定總有功下發(fā)與上一次數(shù)值相同的設(shè)定值時，AGC不重新分配有功，小負(fù)荷分配策略未起到應(yīng)有作用。

2 AGC控制策略改進(jìn)優(yōu)化

2.1 機組穿越振動區(qū)控制策略優(yōu)化

主要從以下幾個方面對機組穿越振動區(qū)控制策略進(jìn)行優(yōu)化。

1)增設(shè)手動振動區(qū)優(yōu)先功能，振動區(qū)優(yōu)先系數(shù)較低的機組優(yōu)先穿越振動區(qū)。

2)在電網(wǎng)對天一電廠沒有低負(fù)荷運行需求時，通過設(shè)置“最小可運行區(qū)不可用”標(biāo)記為1的方式取消0～50 MW運行區(qū)間，避免機組頻繁上下穿越振動區(qū)；在電網(wǎng)需要天一電廠在低負(fù)荷50 MW以內(nèi)運行時，通過設(shè)置“最小可運行區(qū)不可用”標(biāo)記為0的方式投入0～50 MW運行區(qū)間，響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷需求和調(diào)頻備用要求。

3)機組穿越振動區(qū)時，AGC采用分步調(diào)整策略負(fù)荷，以60 MW的步長分步穿越振動區(qū)，避免多機聯(lián)合穿越振動區(qū)時增、減負(fù)荷速率不一致造成全廠實發(fā)總有功與全廠設(shè)定總有功偏差過大。

2.2 機組一次調(diào)頻和AGC配合策略優(yōu)化

天一電廠與南網(wǎng)總調(diào)、監(jiān)控廠家技術(shù)人員多次溝通達(dá)成一致意見，取消當(dāng)前AGC優(yōu)先的策略，修改為一次調(diào)頻和AGC二者調(diào)節(jié)量疊加的策略。即：當(dāng)有功調(diào)節(jié)進(jìn)行中或進(jìn)入有功調(diào)節(jié)死區(qū)24 s(4個調(diào)節(jié)周期)內(nèi)，一次調(diào)頻與二次調(diào)各自獨立調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)效果為疊加。當(dāng)有功調(diào)節(jié)進(jìn)入死區(qū)24 s(4個調(diào)節(jié)周期)后，由于一次調(diào)頻動作20 s內(nèi)偏離出有功PID死區(qū)，不進(jìn)行再次調(diào)節(jié)；超過20 s且非一次調(diào)頻動作導(dǎo)致有功偏離出PID死區(qū)，或者有新的設(shè)定值下發(fā)，有功PID將再次進(jìn)行調(diào)節(jié)[2-3]。

2.3 機組小負(fù)荷調(diào)整策略優(yōu)化

增加相同總調(diào)給定總有功設(shè)值投退功能。

投入該功能：AGC在調(diào)度模式時，全廠有功實發(fā)值與調(diào)度設(shè)定值差值大于全廠死區(qū)時，調(diào)度下發(fā)新的與上次相同的有功設(shè)定值時，AGC會對機組有功進(jìn)行重新分配，將有效觸發(fā)AGC小負(fù)荷分配功能。

退出該功能：調(diào)度下發(fā)與上一次設(shè)定值相同的設(shè)定值時，AGC不重新分配有功。

3 結(jié) 語

天一電廠AGC策略優(yōu)化后，經(jīng)試驗驗證并在實際運行中觀察，AGC調(diào)節(jié)性能有較大改善。以一次AGC多機聯(lián)調(diào)過程為例來說明其調(diào)節(jié)效果：2020-05-13日15:15-15:45，調(diào)度設(shè)定總有功由470 MW升至900 MW，4臺機組聯(lián)合穿越振動區(qū)。期間在全廠聯(lián)合振動區(qū)附近調(diào)節(jié)時，4臺機組均未出現(xiàn)頻繁進(jìn)出振動區(qū)的情況，如圖3所示；全廠實發(fā)值跟蹤調(diào)度設(shè)定總有功，相差不大，調(diào)節(jié)效果很好，如圖4所示。

圖3 AGC設(shè)值在聯(lián)合振動區(qū)附近變化，機組未出現(xiàn)頻繁進(jìn)出振動區(qū)情況圖

圖4 全廠實發(fā)總有功跟蹤調(diào)度設(shè)定總有功，偏差很小圖

當(dāng)然，天一電廠AGC控制策略的優(yōu)化，不可能解決機組振動區(qū)較寬的“先天不足”。這需要水輪機及相應(yīng)部件改造才能徹底改善。AGC控制策略的優(yōu)化是結(jié)合電網(wǎng)和電廠的實際需求，隨著技術(shù)的進(jìn)步、經(jīng)驗的積累而逐步完善的一個過程。希望此次AGC控制策略改進(jìn)過程的分析梳理，能夠為水電同行提供經(jīng)驗借鑒。