金沙江流域溪洛渡-向家壩電站梯級AGC功能設(shè)計與實施

譚華

金沙江流域溪洛渡-向家壩電站梯級AGC功能設(shè)計與實施

譚華

（三峽梯調(diào)通信中心成都調(diào)控中心，四川 成都 610041）

主要介紹了金沙江巨型梯級水電站群梯級AGC功能的整體設(shè)計與實現(xiàn)。重點關(guān)注介紹了梯級AGC一體化設(shè)計的技術(shù)路線，結(jié)合梯級電站“調(diào)控一體化”運行管理模式的新要求、新責(zé)任，從分階段優(yōu)化、完善站間及廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運行的目標(biāo)出發(fā)，逐步達(dá)到梯級集中控制系統(tǒng)自動發(fā)電功能的最優(yōu)性。

梯級AGC；發(fā)電優(yōu)化；遠(yuǎn)程控制；調(diào)控一體化

1　引言

金沙江下游河段水量大、落差集中，是金沙江流域乃至長江流域水能資源最豐富的河段，河段全長約783km，落差約729m，由上至下依次規(guī)劃建設(shè)烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩4個梯級大型水利樞紐，4個梯級樞紐總裝機(jī)容量約4000～4600萬kW，年發(fā)電量約1960億kW·h，是重要的電源基地。三峽梯調(diào)成都調(diào)控中心負(fù)責(zé)對金沙江下游的溪洛渡樞紐電站、向家壩樞紐電站和重慶河段電站進(jìn)行遠(yuǎn)方集控和調(diào)度。金沙江流域溪洛渡－向家壩電站梯級AGC目前考慮溪洛渡和向家壩兩個梯級水電站，并考慮未來重慶河段電站接入梯級集中控制的可靠、方便接入。

溪洛渡電站分為左岸和右岸兩個地下電站，各裝設(shè)9臺770MW的水輪發(fā)電機(jī)組，分別以500kV出線接入不同的電力系統(tǒng)，即它們彼此在電氣上將成為兩個獨立電站，分別參與不同電力系統(tǒng)的運行。其中左岸電站接入國家電網(wǎng)，主要向華東、華中地區(qū)及四川省送電，右岸電站接入南方電網(wǎng)，主要向廣東和云南省送電。由于溪洛渡左、右岸電站分屬不同的電網(wǎng)調(diào)度，電站的AGC按照左、右岸兩個電站單獨設(shè)計，其機(jī)組各自參與其所在電站的AGC。

向家壩水電站由左岸壩后電站和右岸地下電站組成，各裝設(shè)4臺單機(jī)容量888.9MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。電站通過左、右岸各2回500kV交流出線至復(fù)龍換流站，向華東、華中等地區(qū)送電。電站AGC考慮左岸電站、右岸電站分開運行方式，以及左岸電站和右岸電站作為一個電廠運行的方式。

金沙江流域梯級AGC在實現(xiàn)梯級電站安全自動運行、負(fù)荷調(diào)節(jié)滿足調(diào)度要求的基礎(chǔ)上，追求實現(xiàn)整個流域梯級效益的最大化，安全、可靠地自動調(diào)節(jié)電站出力，實時保證電網(wǎng)的電能平衡。

2　功能設(shè)計

在總體設(shè)計上，梯級AGC包含了集控AGC、溪洛渡右岸電站AGC、溪洛渡左岸電站AGC、向家壩左岸電站AGC、向家壩右岸電站AGC、向家壩全廠AGC、遠(yuǎn)程操作各廠站AGC等多個功能模塊。

金沙江流域梯級AGC功能主要有兩大調(diào)節(jié)對象，①調(diào)節(jié)對象為電廠，將梯級總有功分配至各電廠或?qū)⒏麟姀S總有功給定值轉(zhuǎn)發(fā)給電廠，由電廠AGC執(zhí)行分配；②調(diào)節(jié)對象為機(jī)組，將各電廠總有功給定值分配至機(jī)組，通過梯調(diào)與電廠監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信，將分配值下發(fā)至機(jī)組LCU執(zhí)行。后一部分只有在電廠AGC退出，梯級AGC直接分配至機(jī)組時才會啟用。梯級AGC整體功能設(shè)計框圖見圖1。

2.1梯級AGC系統(tǒng)冗余設(shè)計

成都電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)配置有兩臺應(yīng)用服務(wù)器運行AGC程序，兩臺服務(wù)器硬件配置與運行軟件完全相同，同時接受數(shù)據(jù)采集服務(wù)器發(fā)送的實時數(shù)據(jù)。AGC運行在兩臺應(yīng)用程序服務(wù)器上，兩臺機(jī)互為熱備，其中一臺主控，一臺備用，主控和備用兩臺機(jī)器數(shù)據(jù)同步，同時參與AGC計算，但只有主控機(jī)才將分配結(jié)果下發(fā)命令到LCU。當(dāng)操作員將備用站切為主控，那么主控站就自動切為備用，則新的主控站（原備用站）才會向LCU下發(fā)命令。當(dāng)兩臺機(jī)其中一臺機(jī)發(fā)生故障（可能出現(xiàn)死機(jī)，網(wǎng)絡(luò)中斷，斷電等）時，當(dāng)備用站故障時，主控站不受影響；當(dāng)主控站故障時，備用站自動切為主控。當(dāng)兩臺機(jī)同時發(fā)生故障時，兩臺機(jī)不再對LCU發(fā)令，各機(jī)組保持原狀態(tài)，AGC退出。當(dāng)兩臺應(yīng)用程序服務(wù)器主備切換時，全廠AGC功能退出。

2.2發(fā)電優(yōu)化控制基本原則

（1）有功分配原則

1）機(jī)組不能運行在振動區(qū)；

2）不能頻繁跨越振動區(qū)；

3）當(dāng)給定總有功大于實發(fā)總有功時，機(jī)組盡可能不減負(fù)荷；當(dāng)給定總有功小于實發(fā)總有功時，機(jī)組盡可能不增負(fù)荷；

4）機(jī)組不能頻繁調(diào)節(jié)（小負(fù)荷變化由1或2臺機(jī)移動）；

5）優(yōu)化效率。

（2）為了避免機(jī)組磨損采用了以下原則

預(yù)定功率范圍內(nèi)僅改變1臺機(jī)的設(shè)定值；

1）增加調(diào)整的時間間隔；

2）在預(yù)先定義的功率增量或減量（死區(qū)）范圍內(nèi)調(diào)整；

3）由這些調(diào)節(jié)引起的電站效率損失通常是忽略不計的。

（3）優(yōu)化算法

1）修正等功率法；

2）動態(tài)規(guī)劃法。

2.3梯級AGC運行模式

2.3.1梯級AGC控制模式

（1）控制單機(jī)模式

在此模式下，電廠AGC功能必須退出，梯級AGC把負(fù)荷直接分配給機(jī)組，機(jī)組加入聯(lián)控及退出聯(lián)控、機(jī)組有功優(yōu)化值在梯級AGC畫面里顯示及操作。

（2）控制全廠模式

在此模式下，電廠AGC必須投入，梯級AGC只下發(fā)電廠的總有功值，電廠AGC把負(fù)荷分配給各個機(jī)組，電廠機(jī)組加入聯(lián)控及退出聯(lián)控、機(jī)組有功優(yōu)化值在電廠AGC畫面里顯示及操作。

上述兩種AGC控制模式，不能隨意從一種模式切換到另一種模式，如需切換時要將梯級AGC退出。梯級AGC控制模式示意圖如圖2所示。

圖1　梯級AGC功能框圖

圖2　梯級AGC控制模式示意圖

2.3.2梯級AGC功能

AGC功能可執(zhí)行“投入”/“退出”動作。當(dāng)功能為“投入”時，AGC運行，當(dāng)功能“退出”時，AGC不運行。當(dāng)AGC退出時，機(jī)組聯(lián)控狀態(tài)自動切為“單控”方式，同時，AGC自動切為“開環(huán)”模式，調(diào)度模式自動切為“梯調(diào)”。

2.3.3梯級AGC開環(huán)/半開環(huán)/閉環(huán)功能

（1）開環(huán)模式

機(jī)組的設(shè)定值由軟件計算但不能自動分配到機(jī)組，有功分配值可顯示在操作員站的屏幕上，此模式下可手動設(shè)置或確認(rèn)全廠有功設(shè)定值并自動分配到機(jī)組。

1）確認(rèn)分配設(shè)定值；

2）確認(rèn)開/停機(jī)。

（2）半開環(huán)模式

機(jī)組的設(shè)定值由AGC程序計算并直接自動分配到機(jī)組，不需要操作員確認(rèn)。如果需要開/停機(jī)則顯示開/停機(jī)請求且命令被送到機(jī)組前需要操作員確認(rèn)。

1）自動分配設(shè)定值；

2）確認(rèn)開/停機(jī)。

（3）閉環(huán)模式

機(jī)組的設(shè)定值由AGC程序計算并直接分配到機(jī)組，并自動執(zhí)行開/停機(jī)而不需要操作員確認(rèn)，每次開/停機(jī)只有1臺。

1）自動分配設(shè)定值；

2）自動開/停機(jī)。

2.3.4機(jī)組加入/退出AGC

機(jī)組可以選擇投入AGC，也可退出AGC。機(jī)組加入AGC，該機(jī)組將納入AGC的聯(lián)合控制。

2.3.5選擇參考母線

AGC程序計算所需的電壓或頻率值以選擇的參考母線值為準(zhǔn)。同時，機(jī)組是否聯(lián)控可調(diào)，也參考主母線的選擇。

2.3.6AGC調(diào)度模式

梯級AGC總功能開關(guān)投入，調(diào)節(jié)模式為有功給定模式時，總有功給定有兩個來源，即：國調(diào)/南網(wǎng)總調(diào)、梯調(diào)。

當(dāng)梯級AGC所控電站控制權(quán)設(shè)置為“國調(diào)/南網(wǎng)總調(diào)”時，梯調(diào)僅接受國調(diào)/南網(wǎng)總調(diào)下發(fā)的全廠總有功給定值。

當(dāng)梯級AGC所控電站控制權(quán)設(shè)置為“梯調(diào)”時，梯調(diào)下發(fā)全廠總有功給定值。

兩種AGC控制權(quán)模式兩兩互斥，投入任一種模式，將自動退出另外一種模式。

2.3.7梯級AGC調(diào)節(jié)方式

梯級AGC調(diào)節(jié)方式包括有功給定、負(fù)荷曲線、頻率補(bǔ)償及全頻率控制4種方式，運行操作員通過軟開關(guān)進(jìn)行方式的切換。

（1）有功功率給定方式

在有功功率給定方式下，當(dāng)調(diào)節(jié)對象為“全廠”時，梯級AGC將全廠設(shè)定值經(jīng)過安全校核后下發(fā)至電站AGC，由電站AGC分配至機(jī)組。當(dāng)調(diào)節(jié)對象為“機(jī)組”時，梯級AGC將全廠設(shè)定值直接優(yōu)化分配至機(jī)組。當(dāng)所控電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“國調(diào)/南網(wǎng)總調(diào)”時，梯級AGC接受國調(diào)/南網(wǎng)總調(diào)下發(fā)的給定值，并進(jìn)行分配；當(dāng)所控電站AGC控制權(quán)設(shè)置為“梯調(diào)”時,梯級AGC按梯調(diào)操作人員設(shè)定的給定值進(jìn)行分配。

（2）負(fù)荷曲線方式

負(fù)荷曲線方式根據(jù)日負(fù)荷曲線調(diào)節(jié)各電站的有功，分今日負(fù)荷曲線和明日負(fù)荷曲線兩種。在這種方式下，梯級AGC根據(jù)今日負(fù)荷曲線的當(dāng)前時段值調(diào)節(jié)每個機(jī)組的有功。向家壩全廠及溪洛渡左岸電站負(fù)荷曲線為每隔15min一點，則1d96點；溪洛渡右岸電站負(fù)荷曲線為每隔5min一個點，則1d288點。每天23:59:55，程序自動將明日負(fù)荷曲線值拷貝給今日負(fù)荷曲線對應(yīng)時段。AGC程序負(fù)荷分配時將每個時間段數(shù)據(jù)進(jìn)行插值計算下發(fā)。

（3）調(diào)頻方式

根據(jù)系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)各電站的有功。

當(dāng)實時頻率與目標(biāo)頻率的偏差超過死區(qū)值時，AGC根據(jù)以下公式計算總有功，并分配給各機(jī)組：

P給定=P實發(fā)+Bf×（fa-fs）

其中：

P實發(fā)—電站的實發(fā)總有功（MW）

fs—目標(biāo)頻率（Hz）

fa—實時頻率（Hz）

Bf—頻率調(diào)差系數(shù)（MW/Hz）

頻率調(diào)節(jié)共分3段，調(diào)頻啟動死區(qū)值由運行人員通過人機(jī)界面輸入，一旦實時頻率落入調(diào)頻死區(qū)范圍內(nèi)，AGC將維持當(dāng)前總有功，否則將根據(jù)上述公式計算總有功給定值，并對各機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)，頻率調(diào)差系數(shù)通過程序自適應(yīng)自學(xué)習(xí)獲得。

（4）頻率補(bǔ)償方式

根據(jù)頻率限值調(diào)節(jié)各電站的有功。

在這種方式下，當(dāng)系統(tǒng)頻率偏差超過頻率補(bǔ)償死區(qū)時，即：“頻率補(bǔ)償”功能“投入”，當(dāng)系統(tǒng)實時頻率落入頻率補(bǔ)償區(qū)域時，AGC參與頻率補(bǔ)償，系統(tǒng)頻率恢復(fù)正常后，AGC自動回到原運行方式。

根據(jù)以下公式計算總有功并分配給各機(jī)組：

P給定=P設(shè)定值+Bemg×（fa-fs）

其中：

P設(shè)定值—電站的原設(shè)定有功值（MW）

fs—目標(biāo)頻率（Hz）

fa—實時頻率（Hz）

Bemg—頻率補(bǔ)償調(diào)差系數(shù)（MW/Hz）

頻率補(bǔ)償調(diào)差系數(shù)通過程序自適應(yīng)自學(xué)習(xí)獲得，Bemg×（fa-fs）絕對值不超過界面上設(shè)置的頻率補(bǔ)償功率變化幅度。

2.3.8電站切機(jī)模式

電站機(jī)組在切機(jī)模式下，機(jī)組有功下限及無功下限要求不同于其他非切機(jī)機(jī)組，需要單獨設(shè)置，并在進(jìn)行有功、無功分配時受該要求的限制。

2.3.9AGC操作權(quán)

設(shè)置了電站AGC操作權(quán)開關(guān)，用于管理廠站AGC的操作權(quán)限。當(dāng)操作權(quán)在“廠站”時，電站AGC的所有操作由電廠管理；當(dāng)操作權(quán)在“梯調(diào)”時，電站AGC的所有操作由成都調(diào)控中心遠(yuǎn)程管理，此時電廠將失去對廠站AGC的操作權(quán)。

2.4AGC主要安全策略

2.4.1機(jī)組有功運行最大、最小值限制

分配機(jī)組負(fù)荷必須小于當(dāng)前水頭下機(jī)組可發(fā)最大有功值，而且必須大于當(dāng)前水頭下機(jī)組可發(fā)最小有功值。

2.4.2有功設(shè)定值變化最大值限制

操作員可以在人機(jī)界面上設(shè)置有功設(shè)定值變化最大值，如果兩次有功設(shè)定值變化過大，程序?qū)⒒謴?fù)原有功設(shè)定值，并給出報警信息“有功設(shè)定值變化過大”，負(fù)荷曲線方式兩個點之間變化不受該限值約束。

2.4.3有功給定值禁運區(qū)限制

操作員可以在人機(jī)界面上設(shè)置全廠有功設(shè)定值，如果設(shè)定值設(shè)置在全廠禁運區(qū)內(nèi)，機(jī)組就無法完全分配負(fù)荷，導(dǎo)致負(fù)荷缺額。如果設(shè)定值設(shè)置在全廠禁運區(qū)內(nèi)，程序?qū)⒒謴?fù)原有功設(shè)定值，并給出報警信息“有功設(shè)定值在禁運區(qū)內(nèi)”。

2.4.4通訊中斷情況處理

當(dāng)AGC的控制權(quán)切在梯調(diào)時，梯級電站同梯調(diào)所有通訊中斷情況下，梯級/廠站AGC會在通訊中斷5s后自動退出，保證全廠有功出力不會發(fā)生波動，同時發(fā)送通訊中斷報警信息和全廠AGC功能退出報警信息。

當(dāng)AGC的控制權(quán)切在國調(diào)/南網(wǎng)時，電站或梯調(diào)與國調(diào)/南網(wǎng)所有通訊中斷情況下，梯級/廠站AGC會在通訊中斷5s后自動退出，保證全廠有功出力不會發(fā)生波動，同時發(fā)送通訊中斷報警信息和全廠AGC功能退出報警信息。

2.4.5負(fù)荷曲線值異常情況處理

負(fù)荷曲線方式下，如果當(dāng)前時段負(fù)荷曲線值出現(xiàn)零值，全廠AGC將自動退出，并報警“曲線有功值過低退AGC！”。

負(fù)荷曲線方式下，如果電腦時鐘1s時間突然變化超過10min以上，則認(rèn)為時間發(fā)生突變，程序自動退出全廠AGC，并報警“主機(jī)時間突變！”。因為負(fù)荷曲線運行方式，AGC跟蹤調(diào)度有功設(shè)定值完全依賴于時間，如果時間出現(xiàn)較大變化，有可能引起負(fù)荷大幅波動。

當(dāng)電站當(dāng)前時段的負(fù)荷曲線值與實發(fā)值偏差小于20MW時，電站調(diào)節(jié)方式可以順利切換為負(fù)荷曲線方式，當(dāng)偏差大于20MW時，AGC調(diào)節(jié)方式拒絕切換，并報警“偏差大于20MW切換失敗！”。

2.5AGC與一次調(diào)頻的關(guān)系

AGC功能不受一次調(diào)頻的影響，當(dāng)一次調(diào)頻動作時，AGC調(diào)節(jié)優(yōu)先,出力變化是二者疊加的效果。

2.6AGC水頭處理方式

溪洛渡、向家壩水電站水頭數(shù)據(jù)采集來源有：梯調(diào)通訊水頭、電廠自采水頭、手動設(shè)置水頭。3個水頭數(shù)據(jù)具有優(yōu)先級高低之分，手動設(shè)置水頭優(yōu)先級最高，其次是梯調(diào)通訊水頭、電廠自采水頭。電站監(jiān)控系統(tǒng)對水頭數(shù)據(jù)均采取了相應(yīng)的安全檢查與閉鎖措施，防止水頭數(shù)據(jù)的不正常突變影響AGC的安全運行。

成都電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)在下發(fā)水頭數(shù)據(jù)前進(jìn)行了安全濾波處理。成都梯級AGC采用的是向家壩及溪洛渡電站經(jīng)過安全處理后返送給梯調(diào)的水頭。

3　調(diào)試與運行

成都電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)梯級AGC與溪洛渡、向家壩電站AGC從2012年至今已聯(lián)合開展調(diào)試工作達(dá)20多次，其中包括單機(jī)聯(lián)合調(diào)試、全廠聯(lián)合調(diào)試以及成都遠(yuǎn)控廠站AGC調(diào)試等。

調(diào)試分開環(huán)與閉環(huán)兩個階段進(jìn)行。在開環(huán)階段，主要內(nèi)容有：AGC軟件安全測試、AGC硬件安全測試、AGC指令安全測試及異常情況處理功能測試、廠站AGC操作權(quán)切換及集控遠(yuǎn)方操作試驗、AGC有功給定模式分配試驗、AGC負(fù)荷曲線模式分配試驗。在閉環(huán)階段，主要內(nèi)容有：單機(jī)AGC電廠閉環(huán)測試、單機(jī)AGC集控閉環(huán)測試、單機(jī)AGC調(diào)度閉環(huán)測試、AGC與一次調(diào)頻聯(lián)合測試、多機(jī)AGC聯(lián)調(diào)電廠閉環(huán)測試、多機(jī)AGC聯(lián)調(diào)調(diào)度閉環(huán)測試、多機(jī)AGC聯(lián)調(diào)集控閉環(huán)測試、集控中心遠(yuǎn)程操作電站AGC閉環(huán)測試等。

經(jīng)過多次調(diào)試結(jié)果驗證，電廠AGC及成都調(diào)控梯級AGC的性能及調(diào)節(jié)指標(biāo)完全滿足上級調(diào)度的運行要求。表1為成都與向家壩AGC聯(lián)合調(diào)試數(shù)據(jù)。

表1　成都梯級AGC對向家壩全廠有功給定調(diào)節(jié)閉環(huán)試驗數(shù)據(jù)

梯級AGC分配100MW負(fù)荷，通過缺額平均分配原則，調(diào)節(jié)到位時間約為10～14s之間，而廠站AGC直接分配到機(jī)組平均調(diào)節(jié)時間為9～12s，均滿足電網(wǎng)調(diào)度對負(fù)荷調(diào)節(jié)實時性的安全要求。

目前，溪洛渡右岸電站AGC已投入正式運行，溪洛渡左岸電站已完成廠內(nèi)AGC以及與成都調(diào)控中心之間的AGC聯(lián)合調(diào)試工作，于2015年7月投入試運行。

向家壩電站在完成左岸、右岸、全廠AGC廠內(nèi)及與成都調(diào)控中心的聯(lián)合調(diào)試后，在2015年3月已投入正式運行。

4　總結(jié)

成都電調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)梯級AGC以梯級樞紐的經(jīng)濟(jì)運行為目標(biāo)，又與廠站AGC互為備用，共同保證廠內(nèi)發(fā)電的安全運行，在運行需求與實際工作中逐漸凸顯它的功能與運行條件，這將是一個長期、漸進(jìn)的發(fā)展過程。所以，我們在實施過程中，在完善設(shè)計梯級AGC的同時，也穩(wěn)妥地增加了在成都調(diào)控中心側(cè)遠(yuǎn)程控制廠站AGC運行的特殊功能，作為“調(diào)控一體化”運行的一個保障手段。

下階段，AGC的工作重點為南網(wǎng)總調(diào)AGC對溪洛渡右岸電站的聯(lián)合調(diào)試，孤島運行方式下右岸電站AGC與直流控制系統(tǒng)FLC功能的聯(lián)合調(diào)試，這些工作將較大影響梯級AGC與廠站AGC的功能設(shè)計與參數(shù)設(shè)定。我們相信通過AGC調(diào)試、運行的不斷檢驗、完善，金沙江梯級電站AGC的安全穩(wěn)定將是“調(diào)控一體化”管理長期、優(yōu)質(zhì)運行的可靠保障。

TV736

B

1672-5387（2016）08-0010-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.08.003

2016-06-29

譚華（1969-），男，高級工程師，從事梯級水電站集控自動化系統(tǒng)的運行與管理工作。