水電機組AGC運行及控制策略研究

陳新凌，沈梓正，周智成

（廣西電網電力調度控制中心，廣西 南寧 530023）

0 引 言

自動發電控制（又稱AGC），在水電工程中，是調節不同發電廠中多個發電機有功輸出以響應負荷變化的系統，是能量管理系統中的重要功能。AGC以控制調頻機組出力的方式來滿足用戶不斷變化的用電需求，同時讓系統處于經濟狀態的運行中。AGC已成為水電運行的一種重要手段，通過使用AGC技術，普遍提高了水電工程的工作效率，也大大增加了水電工廠的經濟收益。但實際運用中，AGC也不可避免地造成了一些不良的影響。例如，負荷頻繁變動，導致嚴重的機組磨損，加快機械損壞速度。

1 水電機組AGC運行存在的問題

1.1 水電機組AGC的運行方式

水電機組中，AGC是在以區域系統為單位的前提下，對不同發電廠中不同的發電機組的出力進行控制的一種運作手段。AGC的工作任務，主要分為三點。第一，在滿足系統安全性的約束條件下，對水電工程中的發電量實行經濟調度控制，簡稱EDC；第二，將其他地區和本地區聯絡線上的交換頻率控制在協議規定的數值上；第三，根據額定值維持系統的頻率，工作狀態穩定的情況下，系統頻率可以出現-0.05～+0.2 Hz的誤差，這個誤差區間根據系統容量的大小來規定。

1.2 水電機組AGC運行的情況

AGC是電力系統對并網發電機組的基本要求，具備一定容量的并網機組都應該具備AGC功能。水電機組具有啟停迅速，負荷調整速度快及調節范圍大的特點，是最適合投入AGC運行的機組類型，承擔著電網主調頻的任務。此外，隨著調頻電力市場的發展，進入調頻市場的機組都應具備AGC功能，且調節性能需滿足特定要求。水電機組投入AGC運行后，在電力系統調頻、聯絡線控制等方面起到了重要作用，但同時也給機組帶來了一些問題[1]。

1.2.1 執行指令的周期過長

AGC在投入運行時，從接受到省調的有效指令后，平均需要經過6 s的時間，才能進行功能分配。這個接受指令的時間相對較長，會直接導致系統無法有效地進行調節工作。

為了更有效率地進行調節工作，水電廠對其進行修改優化，將6 s的執行指令接受周期改為2 s，大大加快了水電機組接受執行指令的時間[2]。

1.2.2 負荷調節幅度過大

因為AGC的運作原理，水電機組AGC在運作過程中，常常發生大幅度的負荷調節。同時，水電機組因為長時間的超負荷運作，會對很多運作的機械設備造成嚴重的損傷，減少機械設備的使用壽命。如果水庫處于高水位，在水電機組AGC的運作下，水輪機的水龍頭超過了設計要求的位置，會造成導葉無法達到全開的狀態，從而造成葉片出現裂紋，易發生導葉被拉斷的狀況。

因此，運用計算機的監控系統，將AGC的調節信號直接發到控制中心的計算機上，讓水電工廠的控制中心進行分析與配制，最后合理有效地將變動負荷分散到水電工廠的其他機組[3]。該方式能大大減少水電機組AGC運作后因大幅度的負荷調節而帶來的機械損傷，加大機械使用壽命。此外，需對導葉進行加厚處理，同時采用橡膠材料作為導葉的主要原材料。

1.2.3 水電機組開關頻繁投切

水電機組AGC運作過程中，因負荷的不斷變化會頻繁地關機和啟動。這不僅會嚴重磨損水電機組，還會導致水電機組的墊片、螺帽松動和脫落。同時，頻繁地開關水電機組，開關的轉換節點容易發生移位，會導致開關無法正常閉合。

為了使水電機組AGC在運作中不會因振動和擺度導致跳閘，引發頻繁的關機和啟動事件，工作人員需加大對震動和擺度變化的關注，在水電機組發生異常情況時，及時采取相應的措施。同時，及時檢查水電機組機械部件的損傷情況，若發現無法使用的機械部件，應及時更換[4]。

2 水電機組AGC的控制策略

2.1 AGC控制策略簡析

AGC的基本功能是對負荷頻率進行控制、備用容量進行監視以及經濟調度進行控制等，以保證發電的出力與負荷達到平衡，同時保證系統的頻率在額定值上，使凈區域聯絡線潮流與制定的計劃相等，把運行成本最小區域化[5]。

2.2 AGC控制策略現狀

水電機組AGC經過不斷的改良和優化在負荷調節方面已經實現了完全市場化的運行，已經使水電機組的負荷減小。負荷的變化和較強的調節能力使水電機組可以充分發揮自身優勢，能夠更全面地滿足人們和生產工藝對水電的需求。使用AGC控制能夠有效地降低水電工廠的運營成本，并能夠確保水電機組的經濟性能。

2.3 老舊設備的更替策略

水電機組AGC的控制過程中，水電機組的各項機械設備會長期處于頻繁地開啟和關閉的高速變化過程，讓各項設備處于高強度的工作壓力中。這會降低設備穩定的運行程度。因此，一些無法適應AGC控制的老舊設備將根據水電機組的切實情況被更換。如果不及時更換老舊設備，那么就無法有效地保證閥門的精確程度，會降低各項設備的使用壽命[6]。

2.4 改善和加強受力部件策略

隨著時代的發展，人們用電和社會工業生產用電的需求日益加大，水電機組的負荷調整頻率也不斷增大，所以設備調整過程中，調整過快和調整過于頻繁的現象經常發生。為減少AGC調整對水電機組的不利影響，需合理控制利用水電機組AGC系統，確保AGC系統在負荷調節的速度能夠把控在原有的設計條件以內。同時，水電機組AGC在調整過程中，常常會使水電機組的很多工作機械因外力作用和水流作用而承受很大的工作壓力，會使水電機組的機械設備在負荷變化的過程中出現大量的磨損。因此，一旦發現設備的關鍵部位有磨損，且磨損程度達到無法繼續承受AGC控制的運作程度，就需要及時進行材料更換[7]。

2.5 根據負荷程度對設備進行分配和調節策略

傳統AGC控制是通過電網里的AGC控制室對各個機組里的裝置起到控制作用。隨著時代的進步，科技進一步發展，目前已經采用了現代化智能的AGC控制。現代化智能AGC控制能讓水電機組的設備可以直接將各種訊息以自動化的方式反饋給智能控制中心，使整個控制過程得到進一步的細化。智能AGC控制可以根據系統的消息反饋來對某一個控制點展開更有針對性、更有效果的控制操作，進而根據負荷程度的不同來改變控制點的運作狀態。需注意，必須對峰值的變化保持高度重視。此外，為了能夠更加適應因AGC控制變化帶來的運作狀況的變化，水電工廠需要根據自身情況單獨安排一臺備用的水電機組。

3 結 論

經濟快速發展的當今時代，水電工程的運用也在不斷發展和優化，做出進一步符合社會需求的狀態調整。AGC被廣泛運用于水電工廠，雖然大大提高了水電工程的工作效率和經濟利益，最大化地實現了資源的有效利用，但是也帶來了不少的安全隱患。為了使水電機組在投入AGC后運作狀況更加良好，水電工廠采取了一系列有效措施，更好地推進了水電機組AGC的工作效率，大大推動了我國水力發電的可持續發展性。