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        梯級(jí)串聯(lián)小水電站AGC策略

        2022-03-14 11:49:19慕宗君郭利軍
        小水電 2022年6期
        關(guān)鍵詞:前池梯級(jí)停機(jī)

        張 庭,慕宗君,郭利軍,胡 斌

        (許繼集團(tuán)有限公司,河南 許昌 461000)

        1 概 述

        某梯級(jí)水電站位于新疆吐魯番地區(qū)大河沿鎮(zhèn)境內(nèi),以“串糖葫蘆”形式沿紅星干渠兩側(cè)及干渠與牙爾乃孜水庫(kù)間的戈壁灘地進(jìn)行工程布置。工程區(qū)段全長(zhǎng)約42.7 km,共布置開(kāi)發(fā)7座水電站:渠首水電站裝機(jī)2×3.125 MW,二級(jí)水電站裝機(jī)4×1.250 MW,三級(jí)水電站裝機(jī)4×1.250 MW,四級(jí)水電站裝機(jī)2×2.4 MW +1×1.5 MW,五級(jí)水電站裝機(jī)2×2.1 MW,六級(jí)水電站裝機(jī)2×4.1 MW,七級(jí)水電站裝機(jī)2×2.125 MW。

        該梯級(jí)電站是通過(guò)明渠、管道等串聯(lián)起來(lái)的小型水電站群,這類水電站機(jī)組都是高水頭沖擊式機(jī)組,發(fā)電流量較小。其次是這類梯級(jí)電站基本無(wú)蓄水能力,首級(jí)電站有緩沖小水庫(kù),但庫(kù)容可調(diào)范圍也較小。第三是這類梯級(jí)電站是通過(guò)輸水通道串聯(lián)起來(lái)的,無(wú)區(qū)間流量,因此梯級(jí)電站間的水力聯(lián)系緊密,流量的變化直接影響到電站的運(yùn)行。同時(shí),這類電站無(wú)類似主閥的旁通閥設(shè)備,無(wú)法使多余的水量流向下游電站;當(dāng)電站事故或檢修停機(jī)時(shí),下游電站會(huì)因?yàn)榱髁繙p小導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)(電站機(jī)組停機(jī)時(shí),通過(guò)前池溢流到沙漠)。

        為了管理梯級(jí)各電站運(yùn)行,在集控站配置1套集控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)梯級(jí)各電站的集中監(jiān)視和控制。

        2 運(yùn)行方式

        梯級(jí)電站運(yùn)行基本原則是流量平衡[1],對(duì)于無(wú)庫(kù)容調(diào)節(jié)能力的梯級(jí)小水電站,運(yùn)行過(guò)程中無(wú)蓄水要求,根據(jù)來(lái)水流量以及調(diào)度方式來(lái)選擇合理的運(yùn)行方式;結(jié)合實(shí)際調(diào)度需求,集控AGC設(shè)置了按流量自動(dòng)運(yùn)行和給定梯級(jí)出力兩種運(yùn)行方式,兩種運(yùn)行方式可以在線自由切換。

        2.1 按流量自動(dòng)運(yùn)行方式

        該運(yùn)行方式適用于調(diào)度對(duì)梯級(jí)電站出力無(wú)限制,以梯級(jí)發(fā)電量最大為目標(biāo),實(shí)現(xiàn)當(dāng)前流量下的發(fā)電效益最大化,目標(biāo)函數(shù)為:

        (1)

        式中,N為梯級(jí)總出力;Ni為第i級(jí)電站出力;n為電站級(jí)數(shù)。

        由于無(wú)出力限值,該目標(biāo)函數(shù)可以分解為各級(jí)電站出力最大化,在這種運(yùn)行方式下,只有充分利用當(dāng)前來(lái)水才能使各級(jí)電站的出力最大化,因此可以按照流量自動(dòng)運(yùn)行;當(dāng)流量變化大于流量死區(qū)時(shí),自動(dòng)計(jì)算當(dāng)前流量下的電站最大出力,然后分配給站內(nèi)各臺(tái)機(jī)組。由于電站水頭變化不大,耗水率(單位電量所消耗的水量)可以認(rèn)為固定不變[2_3],根據(jù)電站耗水率可計(jì)算出電站的出力:

        Nimax=Qi/qi

        (2)

        式中,Nimax為第i級(jí)電站出力;Qi為第i級(jí)電站流量;qi為第i級(jí)電站耗水率。

        2.2 給定梯級(jí)出力方式

        這種運(yùn)行方式適用于調(diào)度對(duì)梯級(jí)電站出力有限制,按照調(diào)度給定的梯級(jí)總出力運(yùn)行。這種運(yùn)行方式要求在當(dāng)前流量下使梯級(jí)總出力等于調(diào)度給定出力。為了滿足調(diào)度出力要求、流量平衡及最低運(yùn)行成本要求,需合理分配給梯級(jí)各電站,站間負(fù)荷分配流程如下所示。

        (1)按電站上下游順序計(jì)算依次計(jì)算1至k級(jí)電站最大出力和。

        (3)

        式中,Nmaxk為第1至k級(jí)電站最大出力和;Nimax為第i級(jí)電站最大出力;k為電站序號(hào)。

        比較給定出力與當(dāng)前流量下梯級(jí)最大總出力的大小,當(dāng)給定出力大于當(dāng)前流量下梯級(jí)最大總出力時(shí),發(fā)出告警“調(diào)度給定出力超過(guò)當(dāng)前梯級(jí)出力調(diào)節(jié)上限”,保持當(dāng)前梯級(jí)總出力不變;如果給定出力小于等于當(dāng)前流量下梯級(jí)最大總出力,則進(jìn)行負(fù)荷再分配。

        (2)選擇參與負(fù)荷分配的電站。

        選擇原則是用最少的電站級(jí)數(shù)滿足負(fù)荷要求,降低梯級(jí)運(yùn)行成本;依次比較調(diào)度給定出力與第1至k級(jí)電站最大出力和,當(dāng)調(diào)度給定出力小于等于第1至k級(jí)電站最大出力和時(shí)停止判斷,初步確定負(fù)荷分配電站為第1—k級(jí)電站,k級(jí)下游電站預(yù)計(jì)停機(jī)。

        (3)根據(jù)流量平衡原則計(jì)算1—k級(jí)電站的出力。

        (5)

        式中,N為梯級(jí)給定總出力;Ni為第i級(jí)電站分配出力;qk為第k級(jí)電站耗水率。

        (4)分配出力校核。

        依次比較Ni與Nimax的大小,如果Ni>Nimax,則將第級(jí)電站出力分配為Nimax,將負(fù)荷Ni-Nimax分配給k+1級(jí)電站,k+1級(jí)下游的電站負(fù)荷分配為零。

        3 水位控制策略

        在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中,由于流量、耗水率等數(shù)據(jù)的誤差,可能造成控制過(guò)程中電站實(shí)際出力小于當(dāng)前流量下的最大出力而造成棄水;或超發(fā)造成水流拉空的現(xiàn)象發(fā)生;這些情況都不利于電站的運(yùn)行。由于前池水位可以間接地反應(yīng)流量和出力的平衡關(guān)系,因此通過(guò)合理的水位控制可避免前述現(xiàn)象的發(fā)生。

        3.1 前池溢流控制

        如果運(yùn)行方式為流量自動(dòng)運(yùn)行,當(dāng)前池出現(xiàn)溢流時(shí),將電站可增負(fù)荷的機(jī)組增加固定步長(zhǎng)的負(fù)荷直至無(wú)溢流;對(duì)于梯級(jí)給定功率方式出現(xiàn)溢流情況時(shí),可以向調(diào)度申請(qǐng)?jiān)黾迂?fù)荷以提高水能利用。

        3.2 水位過(guò)低控制

        當(dāng)前池水位低于安全水位時(shí),將電站處于發(fā)電狀態(tài)的1臺(tái)機(jī)組減固定步長(zhǎng)的負(fù)荷直至水位達(dá)到安全運(yùn)行水位;當(dāng)水位持續(xù)低于安全運(yùn)行水位時(shí),采取逐臺(tái)停機(jī)措施以提高前池水位,防止水流拉空現(xiàn)象發(fā)生。

        3.3 前池高水位控制

        提高前池水位可以適當(dāng)提高水輪發(fā)電機(jī)組水頭,從而提高機(jī)組效率。在運(yùn)行過(guò)程,當(dāng)前池水位低于設(shè)定運(yùn)行水位時(shí),減小電站出力使前池水位迅速恢復(fù)到運(yùn)行水位。

        在水位調(diào)節(jié)過(guò)程中會(huì)造成總出力的波動(dòng),但由于機(jī)組容量小,負(fù)荷變化對(duì)系統(tǒng)的影響是可以忽略的。在水位調(diào)節(jié)過(guò)程中設(shè)置水位調(diào)節(jié)死區(qū),防止頻繁調(diào)節(jié)。

        4 安全控制策略

        對(duì)于梯級(jí)給定負(fù)荷運(yùn)行方式,當(dāng)梯級(jí)中的某一級(jí)電站機(jī)組事故停機(jī)時(shí),迅速增加該級(jí)電站中處于發(fā)電狀態(tài)的機(jī)組負(fù)荷以平衡負(fù)荷差值;如果調(diào)節(jié)發(fā)電狀態(tài)機(jī)組負(fù)荷仍無(wú)法平衡負(fù)荷差,則開(kāi)啟停機(jī)機(jī)組平衡負(fù)荷。對(duì)于處于事故電站下游的機(jī)組運(yùn)行方式自動(dòng)轉(zhuǎn)換為按流量自動(dòng)運(yùn)行,當(dāng)流量恢復(fù)正常后切換為給定負(fù)荷運(yùn)行方式。

        對(duì)于按流量自動(dòng)運(yùn)行時(shí),當(dāng)發(fā)生事故停機(jī),如該機(jī)電站有停機(jī)狀態(tài)機(jī)組則迅速開(kāi)啟機(jī)組以消除停機(jī)對(duì)下游電站的影響。

        5 小負(fù)荷調(diào)整策略

        梯級(jí)給定負(fù)荷運(yùn)行方式時(shí),當(dāng)給定負(fù)荷與當(dāng)前梯級(jí)總負(fù)荷差值小于小負(fù)荷調(diào)節(jié)限值時(shí),選取其中的一個(gè)站進(jìn)行調(diào)節(jié),以避免小負(fù)荷變化造成多個(gè)站參與調(diào)節(jié)。增負(fù)荷時(shí)優(yōu)先選擇前池溢流的電站進(jìn)行調(diào)節(jié)。其次選擇首級(jí)電站進(jìn)行調(diào)節(jié),如果無(wú)電站可調(diào)時(shí),發(fā)出告警信號(hào)。減負(fù)荷時(shí)優(yōu)先減梯級(jí)末尾的電站負(fù)荷;如需停機(jī),優(yōu)先停梯級(jí)末尾電站的機(jī)組。

        6 結(jié) 語(yǔ)

        梯級(jí)AGC功能滿足了梯級(jí)串聯(lián)小水電站自動(dòng)發(fā)電控制的需求,充分考慮不同調(diào)度方式的需要,輔助控制策略兼顧了實(shí)時(shí)運(yùn)行的需要,提高了梯級(jí)串聯(lián)小水電站的自動(dòng)化水平,對(duì)以后類似的工程項(xiàng)目有一定的參考意義。

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