水電廠自動發電控制的工程設計與分析

【摘要】在電力系統中， 水電廠和火電廠比較， 具有機組啟停迅速、靈活的特點， 而它所獨有的水庫調節作用又為解決發電與用電的矛盾創造了條件， 因此常常擔負系統的調峰或調頻任務，以適應系統負荷變化頻繁的需要， 這使得實現水電廠自動發電控制、提高經濟效益的研究十分必要。本文分析了水電廠自動發電控制的工程設計。

【關鍵詞】水電廠；自動發電控制；工程設計

自動發電控制（AGC）作為水電廠計算機監控系統的一種應用功能，通常都作為必備功能之一配置在我公司生產的監控系統之中。至今已在幾十個水電廠成功投入使用，發揮了很好的作用。

一、基本概念

水電廠自動發電控制工程實際上就是說依據預定的要求和標準，利用最經濟快速的方式來控制水電廠的有功功率，從而可以不斷滿足系統的實際運行需要。為了保證可以合理的分配機組的負荷，依據實際限制運行條件，負荷分值會受到一定影響，對其進行一定的檢驗。在保證電力系統以及水電廠可以穩定、安全運行的情況下，自動發電控制系統運行的主要原則就是經濟最大化，在保證運行機組和運行臺數合理的組合情況下，優化工程是促進機組合理運行的方式，合理安排機組的起停問題。水電廠自動發電控制系統可以全面的反映出系統頻率和有功功率的實際變化，以便于可以滿足系統的實際需要。控制自動發電系統主要有兩方式為：控制頻率和控制功率。在控制功率的情況下，不僅僅可以設置整個水電廠的有功功率值或者定機組功率值，還可以依據實際負荷來確定機組用功功率值和整個水電廠的有功功率值。機組控制過程中實際上是利用基本控制方式來合理調節平均功率，從而保證誤差為0，大多數情況下，可以用一臺機器控制多臺機組，把信號發送到控制器，合理進入到每個機組，此外，自動發電控制系統可以非為發電機組和決定控制層兩部分。在控制頻率的情況下，保持系統的頻率始終處于固定的范圍內是主要調節目的，這樣就可以適當的調節和分配機組的負荷和功率，促進水電廠自動化程度的發展。

二、水電廠自動發電控制的工程設計

1.經濟運行數學模型。水電站廠內經濟運行是在滿足電能生產安全、可靠、優質的前提下， 合理地組織調度電廠的發電生產設備， 以期獲得盡可能大的經濟效益， 即在電廠總出力一定的條件下， 通過最優負荷分配使總耗水量最小。由此可建立如下數學模型：，式中：P 為電廠給定總出力；Q 為相應于電廠給定總出力的總耗水量；P i 為第i 臺機組出力；Qi 為第i臺機組引用流量；N 為機組總臺數；i 為機組編號，i =1 ， 2 ， …， N ；Pimin 和Pimax 分別為各臺機組出力的最小值和最大值。另外需考慮以下問題：躲避機組振動區和氣蝕區。負荷調節幅度約束， 2 次調節有功給定值的變化不能太大。盡可能減少開/停機和調節次數。

2.確定AGC的運行機組。為避免頻繁開停機組， 當最佳運行機組臺數不變時， 不改變AGC的運行機組臺號。當最佳運行機組臺數增加時，不考慮停機， 只考慮按開機優先權高低開機。反之， 不考慮開機， 只考慮按停機優先權高低停機。確定開機優先權的因素大致有： 設置的開機順序； 連續備用小時數； 年累計備用小時數；主結線對某機組的特殊要求； 主變中性點接地需要對某機組的特殊要求； 廠用電對某機組的特殊要求.確定停機優先權的因素大致有： 設置的停機順序； 年累計發電小時數； 主結線對某機組的特殊要求； 主變中性點接地需要對某機組的特殊要求； 廠用電對某機組的特殊要求。具體到一個電廠， 確定開停機優先權的因素會與上述內容有所不同， 而且各因素的權值系數也不一樣。

3.備用容量。設置備用容量對于電力系統的安全穩定運行是非常重要的。對于水電廠而言，備用容量常分為旋轉備用容量和冷、熱備用容量等。冷、熱備用容量用于滿足變化較緩慢的負荷要求，或按計劃進行的負荷調整等； 而旋轉備用容量則主要用于頻率調整、突變負荷或緊急事故備用，以及大型軋鋼廠的沖擊負荷等。旋轉備用的方式可將必須的備用容量分配到各臺運行機組，必要時也可在采取上述方式的同時有1臺機空載備用。在實現水電廠AGC時，除必須滿足電力系統負荷平衡條件外，還要考慮的限制條件很多，如經常提到的下游工、農業用水的限制，航運對水流變化速率的限制，汛前騰出部分庫容、汛后蓄至正常蓄水位等調度方式對可用水量的限制，分組（地區）輸電且組間無電氣聯系的水電廠運行方式的限制，帶廠用電或帶電抗器接地機組優先啟動的要求，即先開后停帶廠用電的機組等； 同時要考慮若干時段后電力系統負荷變化的趨勢，避免電力系統負荷在短時間內回升或下降而進行的不必要的開、停機操作，造成空載流量浪費等，這些限制條件應該予以重視。

4.運行機組間的優化分配。當各機組的容量和動力特性相近時， 采用等微增率或等負荷的分配原則。反之， 應采用動態規劃法等方式實現運行機組間負荷的最優分配。一是分配到機組的有功負荷不能超過該機組實際所能（ 或允許） 承擔的最高有功限值， 它取自人工設置的最高有功限值和實時水頭所能提供的有功功率（ 當機組定子過流時還要考慮實時有功功率） 之中最小的那個值；二是分配到機組的有功負荷不能落在該機組有功負荷的振動區或補氣區內；三是分配到機組的有功負荷不能低于該機組有動負荷的最低限值.如低于此限值， 應使其空載或停機。

總而言之，自動發電控制工程可以很好的解決水電廠運行過程中出現的負荷分配以及調峰問題，具有智能調節的作用，不斷優化水電廠自動發電控制工程的施工方案，來建立一定的系統頻率，是提高系統自動化能力的主要方式和技術，控制電力系統的成本是自動發電控制工程實施的主要目的，可以促進企業的發展和進步。在自動發電控制理論發展到比較成熟的今天，切實可行地解決其工程實踐中出現的問題，是關系到水電廠自動發電控制功能能否真正付諸實現的關鍵。

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