劉江濤， 周 政

(四川華能寶興河水電有限責(zé)任公司，四川 雅安 625000)

0 引 言

自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)是梯級(jí)水電站聯(lián)合運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度的重要工具[1]。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)化程度不斷提高，水電站自動(dòng)化水平不斷完善，以梯級(jí)水電站為基礎(chǔ)的聯(lián)合調(diào)度AGC功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于流域梯級(jí)電站運(yùn)行調(diào)度中。但是由于梯級(jí)水電站之間機(jī)組存在著不同的運(yùn)行情況，各水庫(kù)間存在著不同的區(qū)間流量及生態(tài)放水要求，且大多數(shù)梯級(jí)水電站水調(diào)及電調(diào)系統(tǒng)分別獨(dú)立，難免會(huì)發(fā)生水電站間負(fù)荷分配不合理，水能利用效率降低導(dǎo)致水資源浪費(fèi)等情況。

為改變這一現(xiàn)狀，將電調(diào)與水調(diào)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，合理有效地利用水資源，經(jīng)濟(jì)、合理、準(zhǔn)確地對(duì)同一流域梯級(jí)水電站進(jìn)行聯(lián)合調(diào)度AGC。下面以A水電站及B水電站為例子，分析如何根據(jù)機(jī)組水頭、區(qū)間流量、生態(tài)流量變化，實(shí)現(xiàn)梯級(jí)水電站AGC聯(lián)合控制，并提出了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方案。

1 項(xiàng)目背景

A水電站為寶興河梯級(jí)開(kāi)發(fā)的龍頭水電站，裝機(jī)容量3×80 MW，混流式水輪發(fā)電機(jī)組。下游B水電站距離A水電站35 km，裝機(jī)容量3×35 MW，混流式水輪發(fā)電機(jī)組。A水電站出線在B水電站π接后統(tǒng)一送出。目前A水電站和B水電站分開(kāi)，分別由集控中心實(shí)行獨(dú)立的水庫(kù)調(diào)度和電站負(fù)荷調(diào)度。由于A水電站與B水電站均有生態(tài)放水要求，區(qū)間流量對(duì)水庫(kù)影響較大，且省調(diào)負(fù)荷下達(dá)可能存在不匹配現(xiàn)象，不可避免地會(huì)發(fā)生水電站負(fù)荷分配不合理，導(dǎo)致水資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。為實(shí)現(xiàn)水調(diào)與電調(diào)的有機(jī)結(jié)合，更為經(jīng)濟(jì)、合理并提高效益，擬對(duì)兩個(gè)水電站實(shí)行聯(lián)合調(diào)度AGC，提高水能利用率和經(jīng)濟(jì)效益。

2 梯級(jí)水電站AGC聯(lián)合控制功能

2.1 AGC功能方案

A水電站與B水電站的負(fù)荷統(tǒng)一由集控中心的聯(lián)合調(diào)度AGC進(jìn)行控制，由A、B水電站聯(lián)合調(diào)度AGC上送至省調(diào)。A、B水電站將電站可帶有功功率上下限、振動(dòng)區(qū)等上送至聯(lián)合調(diào)度AGC裝置，由聯(lián)合調(diào)度AGC來(lái)計(jì)算分配兩站總有功功率。此方案需要在集控中心增設(shè)一套設(shè)備，用于負(fù)荷分配計(jì)算。總有功功率經(jīng)過(guò)聯(lián)合調(diào)度AGC計(jì)算后，得到A水電站總有功功率P1總、B水電站總有功功率P2總，分別送至A水電站AGC和B水電站AGC，然后由各自水電站AGC進(jìn)行有功功率分配、調(diào)節(jié)。

數(shù)據(jù)流向示意如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)流向

2.2 梯級(jí)水電站間負(fù)荷分配

A水電站與B水電站進(jìn)行負(fù)荷分配時(shí)遵循上、下兩個(gè)水電站皆不發(fā)生棄水的原則。由于A水電站水庫(kù)為龍頭水庫(kù)，具有年調(diào)節(jié)能力，其庫(kù)容較大，而B水電站庫(kù)容較小，水庫(kù)調(diào)度根本原則采用以A水電站總下泄流量QA下泄等于B水電站總下泄流量QB下泄的方案，可表示為：

QA下泄=QB下泄

(1)

QA下泄=QA+QA生

(2)

QB下泄=QB+QB生+Q區(qū)

(3)

式中：AA生為A水電站生態(tài)流量；QB生為B水電站生態(tài)流量；QA為A水電站單機(jī)每兆瓦引用流量；QB為B水電站單機(jī)每兆瓦引用流量；Q生為A水電站與B水電站生態(tài)流量差值；Q區(qū)為A水電站與B水電站區(qū)間流量。

PA為分配給A水電站出力總負(fù)荷；PB為分配給B電站出力總負(fù)荷；P總為省調(diào)下令的A、B水電站聯(lián)合調(diào)度AGC總設(shè)定值。則：

(4)

當(dāng)水輪機(jī)組凈工作水頭H發(fā)生變化時(shí)，則采用實(shí)時(shí)水頭下的單機(jī)引用流量值進(jìn)行計(jì)算，各水頭下單機(jī)引用流量值可參考投產(chǎn)時(shí)水輪機(jī)特性曲線。根據(jù)水能動(dòng)力學(xué)原理可得出，水輪發(fā)電機(jī)組出力P與機(jī)組發(fā)電耗水量Q有如式(5)關(guān)系：

P=9.81QHη

(5)

在式(4)、式(5)中，在P總由省調(diào)給定的情況下，機(jī)組效率系數(shù)η根據(jù)各自水輪機(jī)特性曲線算出，各水電站生態(tài)流量值按照當(dāng)?shù)卣嚓P(guān)政策制定，A水電站與B水電站區(qū)間流量Q區(qū)可由水調(diào)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳輸給定，因此可由式(4)、式(5)計(jì)算得出分配至A水電站、B水電站總有功負(fù)荷PA、PB。

3 AGC功能完善

3.1 聯(lián)合調(diào)度AGC控制權(quán)限

梯級(jí)水電站聯(lián)合調(diào)度AGC功能是通過(guò)省調(diào)電網(wǎng)向梯級(jí)調(diào)度集控中心下發(fā)總負(fù)荷指令，梯級(jí)調(diào)度集控中心經(jīng)過(guò)優(yōu)化計(jì)算，通過(guò)約束及閉鎖條件后，向廠站下發(fā)相應(yīng)負(fù)荷并調(diào)節(jié)。該聯(lián)合調(diào)度AGC控制權(quán)分為3種，實(shí)現(xiàn)分級(jí)管控，逐級(jí)投入：

1)廠站的控制權(quán)：投入/退出參加聯(lián)調(diào)功能。

2)省調(diào)的控制權(quán)：聯(lián)調(diào)總值設(shè)定。

3)集控的控制權(quán)：投入/退出聯(lián)調(diào)功能；開(kāi)環(huán)/閉環(huán)功能切換。

當(dāng)聯(lián)合調(diào)度AGC控制模式為“開(kāi)環(huán)模式”時(shí)，聯(lián)合控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將只計(jì)算分配值不下發(fā)分配值；當(dāng)聯(lián)合調(diào)度AGC控制模式為“閉環(huán)模式”時(shí)，聯(lián)合控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將計(jì)算值分別下發(fā)至A和B兩水電站。各廠站站級(jí)AGC控制模式為“開(kāi)環(huán)模式”時(shí)，站級(jí)AGC控制計(jì)算機(jī)將只接收分配值；各廠站站級(jí)AGC控制模式為“閉環(huán)模式”時(shí)，站級(jí)AGC控制計(jì)算機(jī)將接收分配值，并將分配值減去未參與AGC聯(lián)調(diào)機(jī)組的負(fù)荷后，平均分配給加入聯(lián)合調(diào)度AGC的機(jī)組LCU，下發(fā)指令控制調(diào)速器系統(tǒng)調(diào)整負(fù)荷。

控制權(quán)切換后，聯(lián)合調(diào)度AGC動(dòng)作邏輯如表1所示。

3.2 聯(lián)合調(diào)度AGC通訊功能

由于梯級(jí)水電站聯(lián)合調(diào)度AGC由廠站、集控及省調(diào)三方協(xié)調(diào)控制，需要三方之間通過(guò)通訊接收和發(fā)送聯(lián)合調(diào)度AGC相關(guān)的遙測(cè)、遙信、遙調(diào)信號(hào)，則聯(lián)合調(diào)度AGC通訊功能分為3部分：1)電站與集控聯(lián)調(diào)通訊機(jī)通訊；2)省調(diào)主調(diào)與集控網(wǎng)關(guān)機(jī)通訊；3)省調(diào)備調(diào)與集控網(wǎng)關(guān)機(jī)通訊。

當(dāng)通訊功能發(fā)生故障時(shí)，聯(lián)調(diào)AGC動(dòng)作邏輯如表2所示。

3.3 聯(lián)合調(diào)度AGC約束及閉鎖

當(dāng)然，在計(jì)算聯(lián)合調(diào)度AGC有功負(fù)荷值時(shí)，還應(yīng)考慮到各機(jī)組的不可運(yùn)行區(qū)間，包括機(jī)組的有功負(fù)荷出力上下限、機(jī)組振動(dòng)區(qū)間等，此外還需要考慮到系統(tǒng)對(duì)水電站要求的備用容量及對(duì)水電站上、下游水位限制等因素[2]。

當(dāng)區(qū)間流量、生態(tài)流量及機(jī)組運(yùn)行水頭發(fā)生變化時(shí)，聯(lián)合調(diào)度AGC總設(shè)定值的上下限將會(huì)發(fā)生改變。若設(shè)定值越限或設(shè)定值位于振動(dòng)區(qū)間時(shí)，聯(lián)合調(diào)度AGC系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出報(bào)警，設(shè)定值失效，保持上次分配值。當(dāng)省調(diào)設(shè)定值連續(xù)錯(cuò)誤3次報(bào)警，AGC聯(lián)控設(shè)置權(quán)在“主調(diào)”“備調(diào)”情況下，自動(dòng)切換至“梯調(diào)”設(shè)置權(quán)。省調(diào)設(shè)定連續(xù)錯(cuò)誤未達(dá)到3次，若下次設(shè)定值正確，重置計(jì)數(shù)。

機(jī)組LCU接受到分配值后，根據(jù)單機(jī)步長(zhǎng)調(diào)節(jié)靈敏度判斷做出判斷，若實(shí)際值與分配目標(biāo)值差距小于靈敏度或超過(guò)步長(zhǎng)設(shè)定值，將不進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整。

4 聯(lián)合試驗(yàn)結(jié)果及分析

梯級(jí)聯(lián)合調(diào)度AGC功能的實(shí)施，需要通過(guò)三級(jí)聯(lián)合測(cè)試，分別為廠站級(jí)、集控級(jí)、省調(diào)級(jí)。通過(guò)在集控增加梯級(jí)調(diào)度聯(lián)合控制AGC計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，建立廠站級(jí)AGC控制系統(tǒng)，測(cè)試廠控、集控、省調(diào)控制3種模式下的AGC指令分配功能以及驗(yàn)證各種模式下的閉鎖功能[3]。

現(xiàn)以A和B水電站某天機(jī)組運(yùn)行情況為基礎(chǔ)，加入梯級(jí)水電站聯(lián)合調(diào)度AGC，采取廠控、集控、省調(diào)三方聯(lián)調(diào)的方式，由省調(diào)下發(fā)聯(lián)合調(diào)度AGC總負(fù)荷值，通過(guò)梯級(jí)水電站聯(lián)合調(diào)度AGC控制自動(dòng)分配有功負(fù)荷。梯級(jí)水電站聯(lián)合調(diào)度AGC控制自動(dòng)分配有功負(fù)荷邏輯如圖2所示。

當(dāng)區(qū)間流量固定為10 m3/s，試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表3—表5。

當(dāng)設(shè)定值不變，區(qū)間流量發(fā)生改變時(shí)，聯(lián)調(diào)允許設(shè)定值上下限會(huì)發(fā)生相應(yīng)改變，并且處于上游的A水電站計(jì)算分配值將會(huì)隨著區(qū)間流量增加而減少。相關(guān)試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果如表6—表8所示。

表1 控制權(quán)切換聯(lián)合調(diào)度AGC動(dòng)作邏輯

表2 通訊功能故障聯(lián)調(diào)AGC動(dòng)作邏輯

圖2 梯級(jí)水電站聯(lián)合調(diào)度AGC控制自動(dòng)分配有功負(fù)荷邏輯

表3 區(qū)間流量固定聯(lián)調(diào)機(jī)組情況

表4 區(qū)間流量固定正常設(shè)定測(cè)試結(jié)果 單位：MW

表5 區(qū)間流量固定越限設(shè)定測(cè)試結(jié)果 單位：MW

表6 區(qū)間流量改變聯(lián)調(diào)機(jī)組情況 單位：MW

表7 區(qū)間流量改變正常設(shè)定測(cè)試結(jié)果 單位：MW

表8 區(qū)間流量改變?cè)较拊O(shè)定測(cè)試結(jié)果 單位：MW

通過(guò)廠控、集控、省調(diào)三方聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，檢驗(yàn)聯(lián)調(diào)三方之間的AGC功能相關(guān)的遙測(cè)數(shù)據(jù)、遙信信號(hào)與遙調(diào)指令正確無(wú)誤，機(jī)組均能準(zhǔn)確規(guī)避運(yùn)行振動(dòng)區(qū)且均在機(jī)組運(yùn)行上下限范圍內(nèi)。聯(lián)合調(diào)度AGC響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)幅度均在規(guī)定范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)模擬異常信號(hào)及錯(cuò)誤設(shè)定值，查驗(yàn)了聯(lián)合調(diào)度AGC各項(xiàng)閉鎖功能正確無(wú)誤，符合安全運(yùn)行的實(shí)際需求，能夠保障機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行，且在不同區(qū)間流量的情況下，聯(lián)合調(diào)度AGC均能正確響應(yīng)。

5 結(jié) 語(yǔ)

為了優(yōu)化A水電站與B水電站聯(lián)合調(diào)度AGC運(yùn)行，評(píng)估兩水電站生態(tài)流量、區(qū)間流量對(duì)聯(lián)合調(diào)度AGC的影響，闡述了如何根據(jù)機(jī)組水頭、區(qū)間流量、生態(tài)流量變化實(shí)現(xiàn)梯級(jí)水電站聯(lián)合調(diào)度AGC，并給出了相應(yīng)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)方案及詳細(xì)計(jì)算公式。將水調(diào)水情測(cè)報(bào)系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)加入至電調(diào)聯(lián)合調(diào)度AGC負(fù)荷分配計(jì)算中，并通過(guò)三方聯(lián)合調(diào)試試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了水調(diào)與電調(diào)有機(jī)結(jié)合，為梯級(jí)流域水電站增產(chǎn)增效，發(fā)揮梯級(jí)水電站整體運(yùn)營(yíng)優(yōu)勢(shì)提供幫助。