王凌云，李利華，李天智，龔傳利

（1.三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133；2.白鶴灘水力發(fā)電廠，四川 涼山 615000；3.長江電力銷售公司，湖北 宜昌 443002； 4.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司，北京 100038）

水力發(fā)電機(jī)組啟停迅速，具有良好的調(diào)節(jié)性能，在電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻中承擔(dān)著重要的作用。但混流式水輪發(fā)電機(jī)組在低負(fù)荷區(qū)有一個(gè)較大的振動(dòng)區(qū)，機(jī)組長時(shí)間在振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，易導(dǎo)致機(jī)械疲勞，增加設(shè)備維護(hù)成本甚至縮短設(shè)備使用壽命。

某巨型水電站AGC程序具有有功設(shè)定值控制、頻率控制等功能，可以滿足電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要，但舊AGC程序只能對(duì)處于穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行的機(jī)組進(jìn)行平穩(wěn)調(diào)節(jié)。2019年，該電站啟動(dòng)了監(jiān)控系統(tǒng)改造，其中包括AGC程序的國產(chǎn)化、策略優(yōu)化。新監(jiān)控系統(tǒng)的AGC策略由電廠人員自主研究，具備在開機(jī)并網(wǎng)后和停機(jī)前的兩個(gè)過渡過程中，對(duì)全電站機(jī)組有功調(diào)節(jié)過程進(jìn)行程序化調(diào)整的功能。同時(shí)新AGC策略模擬了最優(yōu)人工調(diào)節(jié)過程，使電站出力調(diào)整過程更有利于減少機(jī)組磨損、更好滿足電網(wǎng)對(duì)出力平穩(wěn)變化的要求。下文將對(duì)其AGC策略優(yōu)化研究、實(shí)施過程進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1 AGC策略優(yōu)化難點(diǎn)

某電站安裝若干臺(tái)巨型混流式水力發(fā)電機(jī)組，機(jī)組運(yùn)行具有以下特點(diǎn)：

（1）水頭范圍大，水輪機(jī)運(yùn)行水頭范圍達(dá)數(shù)10 m；

（2）不同水頭下，機(jī)組穩(wěn)定區(qū)下沿差異大，從430 ～610 MW不等；

（3）不同水頭下，甚至同一水頭下，并列運(yùn)行機(jī)組臺(tái)數(shù)變化范圍大；

（4）發(fā)電計(jì)劃旋轉(zhuǎn)備用范圍大，從0旋轉(zhuǎn)備用至接近單機(jī)最大有功功率不等；

（5）單機(jī)容量大，電網(wǎng)對(duì)開停機(jī)調(diào)峰過程中總出力平穩(wěn)要求高。

基于以上特點(diǎn)，要達(dá)到機(jī)組全過程程序化調(diào)整出力，并實(shí)現(xiàn)模擬最優(yōu)人工調(diào)節(jié)，需對(duì)AGC策略進(jìn)行優(yōu)化，為適應(yīng)各種情況，參數(shù)需可配置修改。

2 開機(jī)策略優(yōu)化研究

開機(jī)策略優(yōu)化首先需對(duì)兩種情況分別進(jìn)行研究。

2.1 起始出力和目標(biāo)出力有一個(gè)不能使所有機(jī)組在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行

起始出力和目標(biāo)出力有一個(gè)不能使所有機(jī)組在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行（以下簡稱情景1）時(shí)，出力調(diào)整過程分3個(gè)階段。第1階段：計(jì)劃開機(jī)機(jī)組并網(wǎng)前，已并網(wǎng)機(jī)組在可調(diào)范圍內(nèi)跟隨負(fù)荷曲線調(diào)整。第2階段：新并網(wǎng)機(jī)組加入AGC聯(lián)控后，程序以所有機(jī)組進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)為目標(biāo)進(jìn)行調(diào)節(jié)；其中新并網(wǎng)機(jī)組以60 MW為步長增加出力，直至到達(dá)穩(wěn)定區(qū)下沿；其他可調(diào)機(jī)組以30 MW為步長減小出力，直至新并網(wǎng)機(jī)組進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)或無補(bǔ)償功率。第3階段：以當(dāng)前時(shí)段計(jì)劃曲線值為目標(biāo)，平穩(wěn)調(diào)節(jié)。

以機(jī)組穩(wěn)定區(qū)下沿600 MW，上限700 MW，3臺(tái)機(jī)運(yùn)行調(diào)整為4臺(tái)機(jī)運(yùn)行，總出力由2 000 MW調(diào)整至2 600 MW為例，理想曲線、實(shí)際總出力、其他機(jī)組總出力、新并網(wǎng)機(jī)組出力變化過程見表1所示。

表1 開機(jī)調(diào)峰過程總出力變化情況（情景1）單位：MW

2.2 起始出力和目標(biāo)出力均能使所有機(jī)組在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行

起始出力和目標(biāo)出力均能使所有機(jī)組在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行（以下簡稱情景2）時(shí)，整個(gè)過程分2個(gè)階段。第1階段：已并網(wǎng)機(jī)組在能力范圍內(nèi)跟隨負(fù)荷曲線調(diào)整。第2階段：新機(jī)組并網(wǎng)后采用補(bǔ)償調(diào)節(jié)模式快速穿越，總有功跟隨負(fù)荷曲線調(diào)整。

以機(jī)組穩(wěn)定區(qū)下沿500 MW，上限700 MW為例，5臺(tái)機(jī)運(yùn)行調(diào)整為6臺(tái)機(jī)運(yùn)行，總出力由3 300 MW調(diào)整至3 800 MW為例。見表2所示。

表2 開機(jī)調(diào)峰過程總出力變化情況（情景2）單位：MW

3 停機(jī)策略優(yōu)化研究

停機(jī)策略優(yōu)化同樣需對(duì)兩種情況分別進(jìn)行研究。

3.1 起始出力和目標(biāo)出力有一個(gè)不能使所有機(jī)組在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行

起始出力和目標(biāo)出力有一個(gè)不能使所有機(jī)組在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行（以下簡稱情景3）時(shí)，整個(gè)過程分為3個(gè)階段。第1階段：將滿足所有機(jī)組約束條件的最小總有功值作為第10 min目標(biāo)值，進(jìn)行平穩(wěn)調(diào)節(jié)。第2階段：以繼續(xù)運(yùn)行機(jī)組達(dá)到計(jì)劃出力為目標(biāo)快速轉(zhuǎn)移出力，轉(zhuǎn)移出力步長為60 MW，總出力不變。第3階段：計(jì)劃停機(jī)機(jī)組快速穿越振動(dòng)區(qū)，出力減至30 MW后由人工發(fā)令停機(jī)。

以機(jī)組穩(wěn)定區(qū)下沿600 MW，上限700 MW為例，4臺(tái)機(jī)運(yùn)行調(diào)整為3臺(tái)機(jī)運(yùn)行，總出力由2 600 MW調(diào)整至2 000 MW為例。見表3所示。時(shí)間

表3 停機(jī)調(diào)峰過程總出力變化情況（情景3）單位：MW

3.2 起始出力和目標(biāo)出力均不能使所有機(jī)組在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行

起始出力和目標(biāo)出力均不能使所有機(jī)組在穩(wěn)定區(qū)運(yùn)行（以下簡稱情景4）時(shí)，整個(gè)過程同樣分3個(gè)階段。第1階段：前10 min，按負(fù)荷曲線平穩(wěn)調(diào)整。第2階段：以繼續(xù)運(yùn)行機(jī)組達(dá)到計(jì)劃出力為目標(biāo)快速轉(zhuǎn)移出力，轉(zhuǎn)移出力步長為60 MW，總出力不變。第3階段：計(jì)劃停機(jī)機(jī)組快速穿越振動(dòng)區(qū)，出力減至30 MW后由人工發(fā)令停機(jī)。

以機(jī)組穩(wěn)定區(qū)下沿500 MW，上限700 MW為例，6臺(tái)機(jī)運(yùn)行調(diào)整為5臺(tái)機(jī)運(yùn)行，總出力由3 800 MW調(diào)整至3 300 MW為例。見表4所示。

表4 停機(jī)調(diào)峰過程總出力變化情況（情景4）單位：MW

4 開、停機(jī)策略

4.1 開機(jī)穿越振動(dòng)區(qū)策略

經(jīng)過對(duì)開機(jī)時(shí)兩種情況的分析，最終確定開機(jī)穿越振動(dòng)區(qū)策略為：

（1）新并網(wǎng)機(jī)組確認(rèn)無異常后即投入AGC聯(lián)控，以aMW的步長增加有功功率，直至進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)；

（2）新并網(wǎng)機(jī)組增加有功功率的同時(shí)，其他以并網(wǎng)機(jī)組考慮安控允切機(jī)組最小出力、運(yùn)行在穩(wěn)定區(qū)兩個(gè)約束條件，以bMW的步長減小有功功率；

（3）理想情況下，新并網(wǎng)機(jī)組穿越振動(dòng)區(qū)時(shí)，全電站出力以(a-b) MW的步長增加；但已并網(wǎng)機(jī)組和新并網(wǎng)機(jī)組之間只進(jìn)行一對(duì)一的補(bǔ)償調(diào)節(jié)，已并網(wǎng)機(jī)組調(diào)節(jié)裕度低于bMW時(shí)，仍為一步。已并網(wǎng)機(jī)組有功均已到達(dá)約束條件數(shù)值時(shí)，不再對(duì)新并網(wǎng)機(jī)組進(jìn)行補(bǔ)償，此時(shí)新并網(wǎng)機(jī)組仍以aMW的步長增加有功功率；

（4）機(jī)組有功調(diào)節(jié)時(shí)間間隔、步長均可設(shè)置。機(jī)組有功進(jìn)入有功調(diào)節(jié)死區(qū)、調(diào)節(jié)時(shí)間間隔到，才進(jìn)行下一步調(diào)節(jié)。

4.2 停機(jī)穿越振動(dòng)區(qū)策略

經(jīng)過對(duì)停機(jī)時(shí)兩種情況的分析，最終確定停機(jī)穿越振動(dòng)區(qū)策略為：

（1）綜合考慮電站運(yùn)行實(shí)際情況，以第nmin作為轉(zhuǎn)移出力階段起始時(shí)間；

（2）AGC程 序 提 前 計(jì) 算“第nmin曲 線 目 標(biāo)值”“滿足運(yùn)行機(jī)組約束條件的最小總有功值”兩個(gè)數(shù)值，并將兩個(gè)數(shù)值取大，作為第nmin出力調(diào)整的目標(biāo)值；

（3）第nmin時(shí)間到，AGC根據(jù)預(yù)先設(shè)置的優(yōu)先級(jí)數(shù)值，選擇停機(jī)機(jī)組，發(fā)出“停機(jī)請(qǐng)求”，操作人員確認(rèn)“停機(jī)請(qǐng)求”無誤后，確認(rèn)“停機(jī)請(qǐng)求”；

（4）“停機(jī)請(qǐng)求”被確認(rèn)后，AGC程序以15 min計(jì)劃值為目標(biāo)值計(jì)算計(jì)劃停機(jī)機(jī)組以外機(jī)組目標(biāo)值。計(jì)算完畢，將計(jì)劃停機(jī)機(jī)組出力以aMW的步長向其他機(jī)組轉(zhuǎn)移，直至其他機(jī)組出力達(dá)到目標(biāo)值；

（5）其他機(jī)組出力達(dá)到目標(biāo)值后，計(jì)劃停機(jī)機(jī)組出力繼續(xù)以aMW的步長向下調(diào)整出力，直至減至dMW(停機(jī)流程允許值)，AGC程序自動(dòng)將計(jì)劃停機(jī)機(jī)組退出聯(lián)控；

（6）關(guān)于計(jì)劃停機(jī)機(jī)組的無功功率：“停機(jī)請(qǐng)求”被確認(rèn)后，AVC程序?qū)⒂?jì)劃停機(jī)機(jī)組無功功率以eMVar的步長進(jìn)行調(diào)整，直至調(diào)至0 MVar；

（7）計(jì)劃停機(jī)機(jī)組退出AGC聯(lián)控的同時(shí)，自動(dòng)退出AVC聯(lián)控；

（8）人工發(fā)令停機(jī)。

5 程序的測試

AGC策略優(yōu)化研究工作實(shí)際于2017年底啟動(dòng)，至2019年中最終確定，耗時(shí)一年半，期間多次進(jìn)行論證。2019年底，AGC程序投運(yùn)前，進(jìn)行了嚴(yán)格的離線測試，主要包括以下內(nèi)容：小方式高水頭下0旋轉(zhuǎn)備用開、停機(jī)調(diào)節(jié)測試；小方式高水頭下高旋轉(zhuǎn)備用開、停機(jī)調(diào)節(jié)測試；大方式低水頭下0旋轉(zhuǎn)備用開、停機(jī)調(diào)節(jié)測試；大方式低水頭下高旋轉(zhuǎn)備用開、停機(jī)調(diào)節(jié)測試。

盡管AGC程序編寫前進(jìn)行了大量論證及數(shù)據(jù)模擬測算，測試過程中還是發(fā)現(xiàn)了大量細(xì)節(jié)問題，并立即進(jìn)行了調(diào)整、再測試，直至達(dá)到理想效果。

離線測試完畢，進(jìn)行了AGC程序在線測試，包括不同調(diào)節(jié)模式下的開環(huán)測試、閉環(huán)測試、小出力調(diào)整測試、開停機(jī)出力調(diào)整測試。

6 結(jié)語

AGC新程序于2019年11月與新監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)同步投入運(yùn)行，至今已運(yùn)行超過一年，經(jīng)歷了各種運(yùn)行方式的考驗(yàn)，程序均調(diào)節(jié)正常、可靠，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。總結(jié)經(jīng)驗(yàn)如下：

（1）電站AGC程序設(shè)計(jì)/優(yōu)化必須基于電站實(shí)際運(yùn)行情況；

（2）在設(shè)計(jì)階段，初步方案確定后，需模擬程序調(diào)節(jié)過程進(jìn)行完整的數(shù)據(jù)測算；

（3）程序設(shè)計(jì)需考慮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的各種異常情況；

（4）運(yùn)行情況復(fù)雜的電站可以考慮設(shè)置必要的可變參數(shù)，以適應(yīng)不同的外部條件；

（5）AGC程序需設(shè)置完備的保護(hù)功能，并在調(diào)節(jié)異常時(shí)自動(dòng)退出總功能，以確保電網(wǎng)及機(jī)組運(yùn)行安全。