周立成，白 二，金笑笑

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

自動發(fā)電控制系統(tǒng)簡稱AGC，通過在保證電站設(shè)備正常、滿足各項限制條件的前提下，合理地組織調(diào)度電站的發(fā)電設(shè)備，迅速經(jīng)濟地控制整個電站機組的啟停和有功功率的調(diào)整，來滿足系統(tǒng)需要，使電站出力與調(diào)度下達(dá)的總負(fù)荷隨時保持一致，同時使用水量最小，從而獲得盡可能大的經(jīng)濟效益。

AGC 著重解決電力系統(tǒng)在運行中的頻率調(diào)節(jié)和負(fù)荷分配，以及與相鄰電力系統(tǒng)間按計劃進(jìn)行功率交換，AGC 和一次調(diào)頻是通過調(diào)整運行機組出力來保證電網(wǎng)供電頻率在允許范圍內(nèi)的重要技術(shù)手段[1]。

AGC 有國調(diào)、梯調(diào)及站控3 種調(diào)度模式。AGC調(diào)節(jié)方式有：有功給定、負(fù)荷曲線、調(diào)頻方式和頻率補償方式。

機組投入一次調(diào)頻功能后,原有的AGC 與一次調(diào)頻功能之間會存在沖突，AGC 要求機組有功實時跟蹤調(diào)度下發(fā)的有功給定值，而一次調(diào)頻功能則要求機組有功能及時響應(yīng)電網(wǎng)頻率的偏差。且在一次調(diào)頻動作后，機組有可能進(jìn)入振動區(qū)運行，這是由于原AGC 有功分配約束條件中沒有考慮一次調(diào)頻對振動區(qū)的上下沿的影響所致。因此科學(xué)合理的設(shè)計兩者之間的配合方式及有功分配策略對保證機組安全可靠運行具有重要意義。

1 機組AGC 與一次調(diào)頻配合改進(jìn)方法

根據(jù)《水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運行技術(shù)導(dǎo)則》（DL/T 1245-2013）5.3.11 條要求，一次調(diào)頻的優(yōu)先級高于AGC 或功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，在機組AGC 投入運行或監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)方式下，機組一次調(diào)頻功能應(yīng)不受監(jiān)控系統(tǒng)影響，一次調(diào)頻應(yīng)與AGC 或功率閉環(huán)調(diào)節(jié)相互協(xié)調(diào)。鑒于巨型水輪發(fā)電機組一次調(diào)頻即將投入使用，故對監(jiān)控系統(tǒng)AGC 程序及LCU程序功能做相應(yīng)優(yōu)化，以配合機組一次調(diào)頻功能投入，避免出現(xiàn)與調(diào)速器一次調(diào)頻動作反向調(diào)節(jié)的問題[2]。

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)AGC 功能改進(jìn)

對于AGC 與調(diào)速器一次調(diào)頻之間沖突的問題，采取調(diào)速器一次調(diào)頻優(yōu)先的方式，避免AGC 與調(diào)速器一次調(diào)頻同時對機組有功進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)參與AGC 聯(lián)控的機組一次調(diào)頻動作時，AGC 不對該機組下發(fā)有功調(diào)節(jié)指令，且不判斷該機組的有功調(diào)節(jié)偏差（正常情況下，單機有功調(diào)節(jié)偏差達(dá)到20 MW 時自動退出AGC）。待該機組一次調(diào)頻動作信號復(fù)位后，AGC 再恢復(fù)該機組有功調(diào)節(jié)。一次調(diào)頻動作信號復(fù)位15 s（完成調(diào)節(jié)量90%）后再開始判斷該機組調(diào)節(jié)偏差。

這種沖突處理方式的影響是，如果調(diào)速器一次調(diào)頻動作期間正好是調(diào)度負(fù)荷曲線的調(diào)整點，可能造成機組負(fù)荷調(diào)整指令延遲下發(fā)。

1.2 LCU 閉環(huán)調(diào)節(jié)功能改進(jìn)

當(dāng)前某水力發(fā)電廠機組有功閉環(huán)模式投入時，LCU 有3 種方式調(diào)節(jié)調(diào)速器有功，如圖1 所示。

圖1 某水力發(fā)電廠LCU 有功調(diào)節(jié)方式

（1）有功模擬量調(diào)節(jié)方式

機組LCU 直接將有功設(shè)定值通過AO 通道發(fā)送至調(diào)速器，在調(diào)速器內(nèi)部進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)。

（2）有功脈沖量調(diào)節(jié)方式

機組LCU 將有功設(shè)定值與實測有功值進(jìn)行比較，經(jīng)有功增減脈沖計算模塊計算后，輸出相應(yīng)脈沖寬度的增減脈沖，經(jīng)DO 通道發(fā)送至調(diào)速器，對調(diào)速器內(nèi)部有功設(shè)定值進(jìn)行增減。

（3）有功開度調(diào)節(jié)方式

機組LCU 將有功設(shè)定值與實測有功值進(jìn)行比較，經(jīng)開度增減脈沖計算模塊計算后，輸出相應(yīng)脈沖寬度的增減脈沖，經(jīng)DO 通道發(fā)送至調(diào)速器，對調(diào)速器內(nèi)部開度設(shè)定值進(jìn)行增減。

由此可見，一次調(diào)頻動作期間，機組有功發(fā)生變化后，在有功模擬量調(diào)節(jié)方式下，因LCU 有功設(shè)定值沒有變化，調(diào)速器的有功設(shè)定值就不會變化，LCU對調(diào)速器調(diào)節(jié)沒有影響（已在機組一次調(diào)頻試驗中得到驗證）。但在有功脈沖或開度方式下，因LCU有功給定值與有功實發(fā)值存在差值，LCU 會進(jìn)行反調(diào)節(jié)，抵消調(diào)速器一次調(diào)頻動作時的有功調(diào)節(jié)量。

對于LCU 與調(diào)速器一次調(diào)頻沖突的問題，需對LCU 程序作如下改進(jìn)：在有功脈沖或開度方式下，一次調(diào)頻動作期間及一次調(diào)頻動作復(fù)位后的時間段T內(nèi)，LCU 的增減脈沖輸出閉鎖。根據(jù)《DL-T 1245-2013 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運行技術(shù)導(dǎo)則》要求，將T 設(shè)為30 s，如圖1 中的通道②所示。

1.3 機組AGC 與一次調(diào)頻配合振動區(qū)改進(jìn)優(yōu)化

避開振動區(qū)遵循以下原則：避免機組有功功率頻繁穿越振動區(qū)；避免機組功率大范圍波動；有功給定值與實際有功功率偏差最小[3]。

在AGC 的控制策略中，一般都有避開振動區(qū)的設(shè)置，但多數(shù)水電廠存在振動區(qū)域劃分不準(zhǔn)、振動區(qū)設(shè)置單一的問題AGC 負(fù)荷指令的頻繁變化 使得機組經(jīng)常穿越或停留在振動區(qū)運行，導(dǎo)致機組的安全性和經(jīng)濟性受到影響[4]。

避開振動區(qū)的約束條件為：

式中,Pijl—第i 臺機組第j 個不可運行區(qū)的功率下限；Pijh—第i 臺機組第j 個不可運行區(qū)的功率上限；j—不可運行區(qū)個數(shù)（j=1，2…m）。

由于一次調(diào)頻的優(yōu)先級高于AGC 或功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，在機組AGC 投入運行或監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)方式下，機組一次調(diào)頻功能應(yīng)不受監(jiān)控系統(tǒng)影響，如果機組當(dāng)前運行工況處在振動區(qū)邊緣，則一次調(diào)頻動作后機組可能會進(jìn)入振動區(qū)運行，這對機組的穩(wěn)定運行不利。優(yōu)化方案是在原有的AGC 避開振動區(qū)算法中，在振動區(qū)上下沿疊加一次調(diào)頻功率補償量限幅值作為一次調(diào)頻振動區(qū)上下沿。

（1）一次調(diào)頻功率補償量

機組一次調(diào)頻的功率補償量(Δp)：是由機組轉(zhuǎn)速不等率δ和電網(wǎng)頻率偏差Δf計算出來的，公式如下：

式中，f0為額定轉(zhuǎn)速，Δfmax為機組一次調(diào)頻動作頻率限幅，PN為機組的額定功率，Δpmax為一次調(diào)頻功率限幅[5]。

（2）一次調(diào)頻振動區(qū)上下沿修正優(yōu)化

原有流程的振動區(qū)上下沿是根據(jù)機組運轉(zhuǎn)特性曲線，由當(dāng)前運行水頭確定振動區(qū)的上下沿?？紤]一次調(diào)頻的振動區(qū)上下沿優(yōu)化改進(jìn)為：

修正后振動區(qū)上沿：當(dāng)前水頭對應(yīng)的振動區(qū)上沿加上一次調(diào)頻功率補償量限幅Δpmax。

修正后振動區(qū)下沿：當(dāng)前水頭對應(yīng)的振動區(qū)下沿減去一次調(diào)頻功率補償量限幅Δpmax。

2 監(jiān)控系統(tǒng)AGC 配合一次調(diào)頻功能試驗

根據(jù)某水力發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)AGC 配合一次調(diào)頻功能試驗方案，針對某水力發(fā)電廠機組進(jìn)行了AGC 配合一次調(diào)頻功能試驗，試驗記錄如下：

試驗前運行方式：

（1）電站AGC 處于半開環(huán)狀態(tài)；

（2）A、B 機組并網(wǎng)運行，均處于有功給定方式。

試驗1：A 機組退出有功聯(lián)控，B 機組加入有功聯(lián)控，模擬一次調(diào)頻動作。試驗數(shù)據(jù)如表1～表6所示。

表1 試驗1 B 機組一次調(diào)頻動作前

模擬B 機組一次調(diào)頻動作后，試驗數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 試驗1 B 機組一次調(diào)頻動作后

B 機組一次調(diào)頻動作復(fù)歸后，試驗數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 試驗1 B 機組一次調(diào)頻動作復(fù)歸

試驗結(jié)論：AGC 功能正確。

試驗2：A、B 機組均加入有功聯(lián)控，模擬一次調(diào)頻動作。

表4 試驗2 B 機組一次調(diào)頻動作前

模擬B 機組一次調(diào)頻動作、A 機組一次調(diào)頻不動作。

表5 試驗2 B 機組一次調(diào)頻動作后

B 機組一次調(diào)頻動作復(fù)歸后，試驗數(shù)據(jù)如表6所示。

表6 試驗2 B 機組一次調(diào)頻動作復(fù)歸

試驗結(jié)論：AGC 功能正確。

3 結(jié)語

某水力發(fā)電廠機組一次調(diào)頻功能現(xiàn)均已投入正常運行，經(jīng)過現(xiàn)場試驗和實際運行，AGC 與一次調(diào)頻功能配合正確，一次調(diào)頻指令與反饋功能正常，機組調(diào)速器一次調(diào)頻性能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化效果良好，為保證電網(wǎng)及機組的安全穩(wěn)定運行發(fā)揮了重要作用，對于同類型水電機組具有一定的借鑒作用。