東江水電廠機組節水增效優化探討

【摘要】由于水電廠在電網中的調節速度快的作用我們沒有有考慮開機、停機過程、旋轉備用、帶小負荷或無功開機臺數過多長時在低效率區運行造成的水能利用率低下及調節下游水位等因素所造成的流量耗費甚至棄水，這些運行方式不僅造成水能利用率低下且會增加機組磨損增加故障率，增加了東江水電廠的運行維護成本。這需要更好的和省調及政府部門協商綜合考慮滿足電網及社會角色需求外盡可能減少得到改善。除此我們重點仍應著眼于機組發電調節方式上，文中探討通過AGC調節方式的改善以求達到最優發電解決方案，達到節水增效。

【關鍵詞】節水增效；AGC；微增率

一、東江機組AGC現狀

東江AGC（自動發電控制）系統目前由網調下達負荷后，自動在現并網機組上實現：

1、避開機組重震區和共震區；

2、大負荷調整并網機組平均分配；

3、小負荷調整單機最大。

機組振動區的設置為靜態設置，沒有根據水頭的變化來自動確定相應的振動區

在機組優化運行時，僅僅考慮了避開振動區域來確保機組安全運行，沒有將廠內經濟運行納入系統，也即未對有功負荷在機組間做最佳優化分配來實現發電效益的最大化。

由東江機組運行特性曲線可以得出，最大出力并不是機組的最高效率點，而是偏離?=94%的高效率區，設計水頭125M情況下，東江水輪機高效率區在122～144MW，按發電機綜合效率90%算，機組出力約為110～130MW之間，超過130MW后效率迅速降低，耗水量加大，水輪機低于82MW（發電出力74MW），水輪機效率也迅速降低，不足89%。水輪機在90MW～122MW（對應發電出力81～110MW）在相對高效率區，水輪機效率有91～93%。隨水頭變化，效率區將上升或下降。

顯然，不考慮水頭和水輪機效率區的調節方式，水能利用率并不一定合理，尤其是單機最大方式，耗水量將迅速增加。合理的調節方式應是所有參與調節機組綜合耗水量最小。

二、運行機組的最優組合和負荷分配

目前的AGC負荷平均分配方式是基于廠四臺機型號相同從而效率曲線相同發電耗水流量完全相同情況下得出的，實際每臺機還是會有些不同的，我們因此希望能按照實際計算調節而不是給定負荷平均分配以期能盡可能提高流量利用率。

并列運行機組間負荷的分配，應在滿足電力系統下發負荷要求的條件下，使水電廠各機組耗用 的總流量最小，以達到水能利用率最高為目的。據此，水電廠運行機組間最優負荷分配應滿足的數學式表述為：

N==

式中N----系統給定水電站的總負荷值；

Q----水電站運行機組引用的總流量；

N為投入的機組總數；

、分別為第i臺機承擔的負荷和引用流量。

我們知道各臺機組所消耗的流量是其所發出力的函數，即。因此問題可采用求函數極值的拉格朗日乘數法求解。求解過程較繁瑣此處略去僅給出最終求解結果，在機組段水位固定的情況下，可求得出下面等式：

即

上述表明，當總功率一定，庫水位一定時時，要達到總耗水率最小是使所有投入運行的機組的耗水微增率相等。這是在電力系統運行機組間最優分配負荷的等微增率原則。在一般情況下，機組段的流量微增率值是隨機組出力的增加而增大的，因而流量對出力的二階導數大于零，也就是總流量獲得最小值的充分條件，所以只有滿足微增率原則的負荷分配方式就是使水電站流量消耗最小的最優運行方式 。

三、設計思路

我們的目的是全廠發電耗水效益最大化所以并不會每臺機組都在最優效率區運行按等微增煤耗率調度負荷的基本原則是：1、電廠增加負荷時，應盡量讓微增水耗率小的機組帶滿負荷。2、電廠減少負荷時，應先讓微增水耗率大的機組減少負荷。

由N=9.8?水輪機?發電機QH可推得Q=N/（9.8?水輪機?發電機H），結合上文等微增公式可求得相應負荷下流量微增率值，由于水輪機的耗水率的耗水量微增率與機組的出力關系是=f（）只要繪制出這個關系曲線形成圖譜，AGC調整負荷有據可查就會達到節水增效的目的。而這就需要積累一定的各臺機組發電有功及記錄的流過尾水管流量，繪制出四臺機的=f（）的曲線并擬合出大東江（東江四臺機共計發電運行方式為）15種運行組合流量等微增曲線的計算量較大。但繪制成功后AGC優化調節將有據可查，從圖譜中優選最佳組合下發給LCU，實現最終節水增效。

小負荷調整情況，為實現少調節原則，增加負荷在出力最小機組上調節，減小負荷在最大負荷機組上調整。取消單機最大調節。

同時還要考慮機組避開振動區的問題，按照下發的不同水頭下機組試驗獲取的振擺數據在繪制=f（）曲線時要考慮扣掉不調節，盡量避開振動區。

四、實施方案

在遠程集控項目實施中，在AGC程序增加機組組合優化分配負荷功能，自動根據省調下達總負荷和當前并網機組情況，試算各種組合情況，選擇發電流量最小組合方案，也就是水輪機效率參數最大化。

4.1 在計算監控系統中，接入東江庫水位、尾水位數據和東江尾水位數據，使用水位儀中RS485通信的數字化數據；

4.2 程序實現自動查表和插值計算功能，自動查找水輪機運行特性曲線和尾水位～流量關系曲線，尾水位按預計流量估算；

4.3 取得當前并網機組信息（計算機監控系統中已有）。

4.4 程序根據網調下達總負荷，通過并網機組的各種負荷組合計算出各種發電流量數據，排除重震區和共震區出力組合，選擇發電流量最小一組下達給下位機。

4.5 小負荷調節，按增負荷由當前負荷最小機組調節，減負荷由當前負荷最大機組調節。

4.6 機組運行特性曲線可根據試驗結果，由用戶進行調整修改，系統應有修改界面。

4.7 機組脫離AGC運行情況，自動對機組處于低效率組合和重震區、共震區報警，推薦手動優化組合方案。

5、展望與結論

東江水電廠在實際的發電生產過程中，由于發電機組的組合及負荷分配僅考慮完成電力調度部門下達的發電任務，導致電廠的單位發電耗水率偏高，從而造成了水能資源的浪費。本文圍繞東江水電廠的發電生產實際，以電廠完成電力調度部門的發電任務為前提，以電廠的單位發電耗水率最低為目標，綜合考慮了機組運行中的約束條件，提出了一種新的負荷經濟分配的方法，通過實現對AGC程序完善達到機組經濟運行的方法，并對硬件實現提出了一套方案，做出了有益的嘗試。

作者簡介：崔宇濤（1981--），研究生 工程師，從事水電自動化方面工作。