劉 江 紅, 梁 成 剛, 楊 自 聰, 梅 沈 鋒, 王 凱
(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司,四川 成都 610051)
在穩(wěn)定狀態(tài)情況下,電力系統(tǒng)的頻率是全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù)。當(dāng)總出力和總負(fù)荷發(fā)生不平衡時,就會產(chǎn)生頻率的偏差。由于負(fù)荷是經(jīng)常發(fā)生變化的,任何一處的負(fù)荷變化都會引起全系統(tǒng)的功率不平衡,因而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的波動。所以,電力系統(tǒng)運(yùn)行中的重要任務(wù)之一就是對頻率的監(jiān)視與調(diào)節(jié)。頻率調(diào)節(jié)的任務(wù)就是當(dāng)系統(tǒng)有功功率不平衡而使頻率偏離額定值時,調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)出力以達(dá)到新的平衡,從而保證將頻率偏移限制在允許的范圍內(nèi)。
AGC(自動發(fā)電控制)是指按預(yù)定條件和要求,以迅速、經(jīng)濟(jì)的方式自動控制水電廠有功功率來滿足系統(tǒng)需要的技術(shù),它是在水輪發(fā)電機(jī)組自動控制的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)全電廠自動化的一種方式。
根據(jù)水庫上游來水量和電力系統(tǒng)的要求,考慮電廠及機(jī)組的運(yùn)行限制條件,在保證電廠安全運(yùn)行的前提下,以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為原則,確定電廠機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)、運(yùn)行機(jī)組的組合和機(jī)組間的負(fù)荷分配[1]。在完成這些功能時,要避免由于電力系統(tǒng)負(fù)荷短時波動而導(dǎo)致機(jī)組的頻繁起、停。AGC控制系統(tǒng)是電力系統(tǒng)三次調(diào)頻的重要技術(shù)手段,AGC控制系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要前提。
渝鄂背靠背直流工程于2018年12月底投產(chǎn)。投產(chǎn)后,西南電網(wǎng)與華北、華中電網(wǎng)異步運(yùn)行,使長鏈?zhǔn)浇涣髀?lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)性風(fēng)險得以降低;西南電網(wǎng)內(nèi)水電送出通道輸電能力得到提升。與此同時,頻率穩(wěn)定和超低頻振蕩問題又成為西南電網(wǎng)新的運(yùn)行風(fēng)險。西南電網(wǎng)與華北、華中異步運(yùn)行后,由于水電裝機(jī)占比高達(dá)65%,系統(tǒng)存在超低頻振蕩風(fēng)險。仿真試驗表明,西南電網(wǎng)多種方式下均可能出現(xiàn)發(fā)散的全網(wǎng)頻率振蕩,振蕩頻率約為0.06 Hz。
為建立兼顧穩(wěn)定狀態(tài)和事故情況的頻率控制體系,優(yōu)化分省協(xié)同控制,進(jìn)一步釋放四川、重慶自身的調(diào)頻資源,最大限度穩(wěn)定西南電網(wǎng)頻率,西南電力調(diào)控分中心上線AGC主站控制系統(tǒng),目的在于:(1)優(yōu)先保障西南電網(wǎng)頻率穩(wěn)定,兼顧聯(lián)絡(luò)線偏差控制;(2)提升AGC控制精益化水平,提高穩(wěn)定狀態(tài)頻率質(zhì)量;(3)輔助大頻偏下較快的頻率恢復(fù)速率。
同時,國家電力調(diào)度控制中心要求錦西電廠應(yīng)具備自動發(fā)電控制功能,并納入西南電網(wǎng)AGC主站控制。為實(shí)現(xiàn)西南電網(wǎng)AGC主站對錦西電廠AGC子站的遠(yuǎn)方閉環(huán)控制,滿足西南主站AGC系統(tǒng)控制品質(zhì)要求,錦西電廠先后進(jìn)行了AGC站內(nèi)靜態(tài)調(diào)試,與西南電網(wǎng)聯(lián)調(diào),AGC試運(yùn)行后,正式投入西南網(wǎng)調(diào)遠(yuǎn)方控制。
錦西電廠AGC按與容量成比例分配、等微增率分配、多目標(biāo)規(guī)劃分配、小負(fù)荷分配等策略進(jìn)行負(fù)荷分配。AGC在滿足避開機(jī)組振動區(qū)運(yùn)行、避免機(jī)組頻繁跨越振動區(qū)及滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性要求等限制條件的前提下,采用按與容量成比例分配或按小負(fù)荷分配的策略進(jìn)行負(fù)荷分配[2]。當(dāng) AGC 相鄰兩次全廠有功分配值偏差小于或等于小負(fù)荷分配差值范圍(60 MW)時,采用按小負(fù)荷分配的策略進(jìn)行負(fù)荷分配。除此之外,AGC 均采用按與容量成比例分配的策略進(jìn)行負(fù)荷分配。
錦西電廠全廠AGC有功調(diào)節(jié)死區(qū)為20 MW,而每臺機(jī)組有功調(diào)節(jié)死區(qū)為6 MW,當(dāng)全廠日調(diào)度計劃曲線變化較小時,調(diào)度下發(fā)全廠有功設(shè)定值相鄰兩次之差一般在2.5~3.0 MW之間,若按照等容量原則分配到6臺機(jī)組,每臺機(jī)組有功設(shè)定值與實(shí)發(fā)值將在死區(qū)內(nèi),每臺機(jī)組都不會進(jìn)行調(diào)節(jié),導(dǎo)致全廠有功調(diào)節(jié)不到位。
為此,錦西電廠AGC設(shè)置小負(fù)荷分配功能,即當(dāng)相鄰兩次電網(wǎng)調(diào)度設(shè)值較小時,可選擇一臺機(jī)組進(jìn)行小負(fù)荷調(diào)整,若一臺機(jī)組進(jìn)行小負(fù)荷調(diào)整不能滿足要求,可再增加一臺參與調(diào)整。這樣就有效避免全廠AGC有功調(diào)節(jié)死區(qū)與機(jī)組單機(jī)有功調(diào)節(jié)死區(qū)之間配合的矛盾。
2.3.1 自動避開振動區(qū)的策略
在發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷控制中,經(jīng)常會碰到不可運(yùn)行區(qū),即水輪機(jī)的振動、汽蝕區(qū)等問題。錦西電廠已完成所有機(jī)組全水頭穩(wěn)定性試驗,精確地劃分了機(jī)組各水頭下的振動區(qū),并導(dǎo)入AGC控制系統(tǒng)。AGC在進(jìn)行負(fù)荷分配時可自動躲避振動區(qū),并根據(jù)機(jī)組振動區(qū)段數(shù)及大小,確定電廠負(fù)荷的可運(yùn)行區(qū)域,并按照避振原則優(yōu)化計算得到機(jī)組間最優(yōu)負(fù)荷分配[3]。錦西電廠AGC在進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整時的設(shè)計原則是:能不跨就不跨越振動區(qū)。
2.3.2 快速跨越振動區(qū)策略
當(dāng)由于全廠負(fù)荷變化而必須跨越振動區(qū)時,必須快速跨越振動區(qū),避免機(jī)組長時間運(yùn)行在振動區(qū)。錦西電廠AGC在機(jī)組跨越振動區(qū)時,同時調(diào)節(jié)需穿越振動區(qū)的機(jī)組與反向調(diào)節(jié)的機(jī)組,跨越振動區(qū)的機(jī)組兩次有功設(shè)定值之差按照最大限制來執(zhí)行,以便使機(jī)組快速跨越振動區(qū),直到有功設(shè)定值在振動區(qū)以外為止。
2.3.3 AGC水頭濾波處理策略
機(jī)組振動區(qū)隨水頭變化而變化,而機(jī)組振動區(qū)又直接影響到AGC負(fù)荷分配,所以AGC水頭數(shù)據(jù)采樣就顯得至關(guān)重要。錦西電廠AGC用水頭值采用流域集控中心下發(fā)的上游水位與下游水位之差,當(dāng)上游水位或下游水位數(shù)據(jù)質(zhì)量發(fā)生故障時,進(jìn)行告警處理并保持原值不變,同時可將水頭給定方式修改為“手動”,此時,可采用人工設(shè)定的方式設(shè)定水頭,水頭顯示只能代表人工判斷后的設(shè)定值。在AGC程序組態(tài)中設(shè)定了水頭變化梯度閉鎖,而且AGC程序設(shè)定4 秒(AGC程序運(yùn)轉(zhuǎn)周期)讀1次水頭,考慮到水電廠下游水位會有一定的變化幅度,因此,當(dāng)讀取的水頭與上次有效水頭值之差小于水頭梯度時,認(rèn)為該水頭有效,超過水頭梯度,則認(rèn)為水頭無效,將該值丟棄;當(dāng)水頭測值超過最高/最低限值時,機(jī)組AGC禁止投入。
西南電力調(diào)控分中心對接入西南電網(wǎng)AGC主站電廠明確要求:西南電網(wǎng)異步運(yùn)行后電廠側(cè)機(jī)組一次調(diào)頻應(yīng)與AGC、監(jiān)控指令相互協(xié)調(diào);一次調(diào)頻動作期間不能閉鎖AGC和監(jiān)控指令;當(dāng)一次調(diào)頻動作期間接受到新的AGC和監(jiān)控調(diào)節(jié)指令后,機(jī)組應(yīng)能執(zhí)行新的AGC和監(jiān)控指令。所以,目前錦西電廠一次調(diào)頻、監(jiān)控系統(tǒng)有功調(diào)節(jié)及機(jī)組AGC的配合邏輯是:
(1)閉鎖關(guān)系:一次調(diào)頻動作期間與AGC無閉鎖關(guān)系;一次調(diào)頻動作期間與監(jiān)控有功閉環(huán)無閉鎖關(guān)系。
(2)配合關(guān)系:①一次調(diào)頻調(diào)節(jié)過程中AGC不進(jìn)行干預(yù),若在AGC調(diào)節(jié)過程中,且一次調(diào)頻動作,則AGC和一次調(diào)頻同時調(diào)節(jié);當(dāng)全部機(jī)組投入AGC時,全廠總有功設(shè)定值不變,則AGC分配策略不變,AGC調(diào)節(jié)到位后,如果一次調(diào)頻動作,AGC不進(jìn)行調(diào)節(jié)。②當(dāng)只有部分機(jī)組投入AGC時,如果一次調(diào)頻動作,引起全廠總有功實(shí)測值與設(shè)定值相差超過10 MW(0.5倍調(diào)整死區(qū)),AGC會進(jìn)行調(diào)節(jié);這種情況,雖然全廠總有功設(shè)定值不變,但未投入機(jī)組有功實(shí)測值會實(shí)時發(fā)生改變,會導(dǎo)致AGC可分配值發(fā)生相應(yīng)變化,所以,AGC分配策略發(fā)生改變,每4秒會重新分配下發(fā)機(jī)組分配值。③如果調(diào)度下發(fā)設(shè)定值在10 MW之外,接受新下發(fā)值,如果調(diào)度下發(fā)設(shè)定值在10 MW之內(nèi),此時須判斷全廠總有功實(shí)發(fā)值與設(shè)定值的偏差,若偏差在20 MW之外,則接受新下發(fā)值,否則拒絕。
(3)一次調(diào)頻與監(jiān)控有功閉環(huán)邏輯配合關(guān)系:①一次調(diào)頻調(diào)節(jié)過程中監(jiān)控有功閉環(huán)不進(jìn)行干預(yù),若在監(jiān)控有功閉環(huán)調(diào)節(jié)過程中,且只有一次調(diào)頻動作,則監(jiān)控有功閉環(huán)和一次調(diào)頻同時調(diào)節(jié)。②監(jiān)控有功閉環(huán)調(diào)節(jié)機(jī)組有功測值進(jìn)入死區(qū)10秒后閉鎖輸出,如果一次調(diào)頻動作引起有功設(shè)定值與實(shí)測值偏差超過死區(qū),監(jiān)控有功閉環(huán)也不再進(jìn)行調(diào)節(jié);當(dāng)有新的有功設(shè)定值下發(fā)或?qū)嵃l(fā)值大于610 MW,監(jiān)控有功閉環(huán)才進(jìn)行調(diào)節(jié);當(dāng)檢測到機(jī)組有功設(shè)定值與實(shí)發(fā)值相差超過12 MW時,監(jiān)控系統(tǒng)自動報警,提醒運(yùn)行人員進(jìn)行干預(yù)。
國調(diào)中心調(diào)控運(yùn)行規(guī)程明確要求:正常方式下,錦西電廠并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組中安排1臺計劃出力最低的機(jī)組不投切機(jī)壓板,其余運(yùn)行機(jī)組投切機(jī)壓板;錦西電廠出力超過2500MW時,錦西電廠投切機(jī)壓板的機(jī)組單機(jī)出力應(yīng)不低于400MW。AGC負(fù)荷分配為滿足此要求,特制定以下策略:
(1)按與容量成比例分配策略進(jìn)行負(fù)荷分配時,在同一段可調(diào)區(qū)間,保留機(jī)組分配值與切機(jī)機(jī)組分配值相同;按小負(fù)荷分配策略進(jìn)行負(fù)荷分配時,在同一段可調(diào)區(qū)間,保留機(jī)組分配值小于或等于切機(jī)機(jī)組分配值。
(2)向下穿越振動區(qū)時,優(yōu)先選擇保留機(jī)組向下穿越振動區(qū),使保留機(jī)組分配值低于其他投切機(jī)壓板機(jī)組。
(3)向上穿越振動區(qū)時,優(yōu)先選擇投切機(jī)壓板的機(jī)組向上穿越振動區(qū),使投切機(jī)壓板的機(jī)組分配值高于保留機(jī)組分配值。
(4)無論在何種工況下,保留機(jī)組分配值小于或等于投切機(jī)壓板機(jī)組分配值。
(5)當(dāng)全廠總有功設(shè)定值大于或等于2 500 MW時,安控切機(jī)最小限制標(biāo)記自動投入,使投切機(jī)壓板的機(jī)組有功分配值不低于400 MW。
(6)無論安控切機(jī)最小限制標(biāo)記啟動與否,維持全廠可調(diào)出力上下限不變,保證調(diào)度設(shè)定值能夠正常下發(fā)。
(7)小負(fù)荷分配計算時,如果安控切機(jī)最小限制標(biāo)記已投入,且有切機(jī)機(jī)組的分配值低于400 MW,則小負(fù)荷分配失敗,采用按與容量成比例分配策略重新進(jìn)行分配,確保AGC分配策略能及時響應(yīng)安控切機(jī)負(fù)荷的要求。
錦西電廠每天會收到國調(diào)中心下發(fā)的調(diào)度計劃曲線(96點(diǎn)負(fù)荷曲線),但該計劃是指電廠送出線路的負(fù)荷,若調(diào)度側(cè)嚴(yán)格按照計劃曲線下發(fā)全廠總有功設(shè)定值,由于未考慮廠用電的消耗問題,線路總有功將會比計劃曲線少15 MW左右,導(dǎo)致偏離計劃曲線。
為此,錦西電廠與西南調(diào)度中心協(xié)調(diào),在負(fù)荷穩(wěn)定時,將全廠總有功設(shè)定值在計劃曲線的基礎(chǔ)上增加15~20 MW,以便更好的執(zhí)行計劃曲線。同時,錦西電廠在監(jiān)控系統(tǒng)增加負(fù)荷曲線報警功能,在計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)中,提供計劃負(fù)荷曲線的人工輸入功能,將線路總有功與計劃負(fù)荷進(jìn)行對比,差值超過20 MW報警提示。
錦西電廠退出全廠AGC控制功能的判據(jù)中無安控切機(jī)的判斷邏輯,使用安控切機(jī)后,AGC 將切機(jī)負(fù)荷自動增加至運(yùn)行機(jī)組,從而導(dǎo)致誤加負(fù)荷,嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行。
為此,錦西電廠將安控裝置動作信號加入全廠總事故的判斷邏輯中,全廠總事故信號將退出全廠AGC控制功能,以確保安控裝置動作切機(jī)收到信號后,安全退出全廠AGC,保持全廠負(fù)荷不變,有效避免誤加負(fù)荷的風(fēng)險。
由于500 kV系統(tǒng)相關(guān)保護(hù)動作后,保護(hù)裝置發(fā)出的保護(hù)動作信號為脈沖信號,通常只能保持幾十毫秒,所以“開關(guān)站事故總信號”也只能保持幾十毫秒。另一方面,“開關(guān)站事故總信號”為“全廠總事故”的輸入信號,且“全廠總事故”是通過上位機(jī)數(shù)據(jù)庫對象運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)的。對象運(yùn)算周期最短為2秒,遠(yuǎn)大于只能保持幾十毫秒的“開關(guān)站事故總信號”,以致“全廠總事故”無法采集到“開關(guān)站事故總信號”,進(jìn)而導(dǎo)致“全廠總事故”信號無法動作,最終造成無法退出全廠AGC。
為此,錦西電廠將監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)程序升級,保證保護(hù)動作信號為毫秒級脈沖信號時,輸出信號保持10 s,以保證500 kV保護(hù)動作后能夠退出全廠AGC。
機(jī)組檢修后會在空轉(zhuǎn)或空載狀態(tài)下進(jìn)行緊急停機(jī)試驗,以驗證相關(guān)功能是否正常。在試驗過程中,相應(yīng)緊急停機(jī)流程將啟動,引發(fā)全廠總事故信號,從而退出全廠AGC。
為了防止設(shè)備正常檢修工作誤退出AGC,在監(jiān)控系統(tǒng)上設(shè)置AGC專用的機(jī)組檢修標(biāo)記。當(dāng)投入相應(yīng)的檢修標(biāo)記后,機(jī)組相應(yīng)保護(hù)動作及緊急停機(jī)流程啟動不會誤將AGC退出。并將監(jiān)控系統(tǒng)機(jī)組檢修態(tài)與機(jī)組AGC檢修標(biāo)記區(qū)別開來,且設(shè)置以下邏輯關(guān)系:
(1)機(jī)組檢修時期工況:機(jī)組檢修態(tài),機(jī)組AGC檢修標(biāo)記自動投入。
(2)機(jī)組檢修后開展試驗工況:機(jī)組非檢修態(tài),機(jī)組AGC檢修標(biāo)記由運(yùn)行人員手動投入或退出。
(3)機(jī)組發(fā)電運(yùn)行工況:機(jī)組非檢修狀態(tài)且為發(fā)電狀態(tài),若機(jī)組AGC檢修標(biāo)記誤投入,觸發(fā)上位機(jī)報警且將機(jī)組AGC檢修標(biāo)記自動退出。
調(diào)度設(shè)值非法定義為:設(shè)值在全廠聯(lián)合振動區(qū)內(nèi)或超過全廠可調(diào)容量上下限或超過設(shè)定有功梯度限值 200 MW。當(dāng)調(diào)度連續(xù) 3 次設(shè)值非法將退出全廠AGC。由于錦西電廠水庫水位變幅較大,所以機(jī)組振動區(qū)大,當(dāng)2臺機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時將出現(xiàn)全廠聯(lián)合振動區(qū),而調(diào)度無法識別。所以,在調(diào)度計劃曲線跨越聯(lián)合振動區(qū)時,負(fù)荷調(diào)整過程中就會退出全廠AGC情況。
為此,錦西電廠積極協(xié)調(diào)西南調(diào)度處,將全廠AGC聯(lián)合振動區(qū)上送至西南調(diào)度,在計劃負(fù)荷制定時,避免穩(wěn)定負(fù)荷處于聯(lián)合振動區(qū)內(nèi)。同時,在負(fù)荷調(diào)整過程中,若調(diào)度下發(fā)值在聯(lián)合振動區(qū)內(nèi),則不下發(fā),待跨過聯(lián)合振動區(qū)后再正常下發(fā),有效避免了調(diào)度下發(fā)全廠有功設(shè)定值非法的情況發(fā)生。
對錦西電廠AGC運(yùn)行期間存在的典型問題進(jìn)行優(yōu)化,并得到有效解決,從中得到以下體會:
(1)電站應(yīng)該全面梳理退出單機(jī)AGC及退出全廠AGC判斷條件是否正確完備,確保機(jī)組或開關(guān)站發(fā)生故障時能及時退出單機(jī)AGC或全廠AGC,防止事故擴(kuò)大。
(2)對于機(jī)組振動區(qū)跨度大,當(dāng)?shù)拓?fù)荷運(yùn)行期間存在聯(lián)合振動區(qū)的實(shí)際情況,電站應(yīng)積極與調(diào)度協(xié)調(diào),取得調(diào)度支持,從AGC主站程序源頭上解決問題。
(3)AGC的設(shè)計應(yīng)綜合考慮運(yùn)行監(jiān)視,機(jī)組檢修工作等因素,增加人性化設(shè)計。錦西電廠為更好的執(zhí)行調(diào)度負(fù)荷曲線,增加了負(fù)荷曲線報警功;為更安全的進(jìn)行機(jī)組檢修后相關(guān)試驗增加了AGC專用檢修標(biāo)記。該兩項功能均運(yùn)行良好,既保證了電站安全運(yùn)行,又有效的減輕了運(yùn)行監(jiān)視壓力。