不同容量水電機組AGC策略研究

王明軍，劉德龍，吳昊潼，王丹陽

（1.北京中水科水電科技開發有限公司，北京100038；2.中水北方勘測設計研究有限責任公司，天津300222；3.中國水利水電出版社，北京100038）

水電廠在電網調峰、調頻中擔任非常重要的角色，自動發電控制作為水電廠并網發電必備功能之一發展越來越成熟，但水電機組容量不同，振動區差異很大，在電網中扮演的角色、承擔的任務也有所不同。尤其是三峽、溪洛渡、向家壩、瀑布溝等一些特大型水電站建成，AGC設計思路與普通電站發生了較大變化，AGC分配策略也有較大改變。

1 特大型水電機組

三峽、溪洛渡、向家壩、瀑布溝電站是典型的特大型水電站，這些電站的平穩運行，極大關系到電網安全和穩定。目前，特大型水電站的AGC研究多注重于對機組的安全保護，以及如何避免負荷上下波動，而對如何通過優化負荷分配策略提高水電站發電效率的研究較少。考慮到特大型機組運行安全穩定對電網安全的重要性，特大型水電站一般不會非常頻繁地執行調節指令，對負荷爬坡率和機組的調節精度的考核也相對寬松（瀑布溝電廠除外）。

1.1 三峽、溪洛渡、向家壩水電站分配策略

三峽水電站等大型水電機組往往只有一個振動區（以三峽、向家壩為例）。為了滿足經濟效益，大型水電機組往往功率可調范圍較大，所以AGC在負荷調節過程中，不必過多關注跨越振動區，只要保證分配到機組的負荷不要落到振動區即可。具體分配策略如下：

（1）負荷調節在盡量少的機組上進行，按設定步長循環分配。增有功時，由實發有功最小的機組優先增加負荷，最大增加一個步長，超過步長部分負荷在其他機組（依照從小到大順序）進行分配。采用相同邏輯直到負荷分配完畢，分配過程中保證機組不跨越振動區。減負荷時，分配策略類似。這就保證了小負荷變動調節時，減少了參與負荷調節的機組數量，也減少了多臺機組參與調節造成的累計調節偏差，提高調節精度，較好地跟蹤有功設定值。

（2）正常運行時各機組輪流調節，盡量保證各臺機組之間負荷相差不大。考慮到各機組負荷的平均性，可設置機組調節次序。

（3）合理跨越振動區。當機組運行在振動區域上限以上時，如果AGC計算負荷分配結果處于振動區，則將負荷分配至振動區上沿；反之，機組運行在振動區域下限以下時，如果AGC計算負荷分配結果處于振動區，則將負荷分配至振動區下沿。剩余負荷由其他機組負責調節，保證機組不運行在振動區內[1]。

1.2 瀑布溝水電站分配策略

瀑布溝水電站雖然屬于特大型水電站，但在四川電網中擔負調頻、調峰、安全防控等任務。四川省電力調度中心對頻率要求較高，瀑布溝電站接受的AGC調節指令非常頻繁，而頻繁的負荷調節對機組損傷很大。為了保護機組，瀑布溝電站AGC要進一步優化負荷分配策略，讓盡量少的機組參與全廠負荷分配，進一步減少全廠機組調節次數。除此之外，省調對電站AGC調節精度和負荷調節速度的考核也很嚴格。具體分配策略如下：

（1）設置機組調節優先級及調節步長。瀑布溝6臺機組來自不同的生產廠家，其負荷調節響應速率、機組運行工況、振動區大小均存在個體差異。為此，針對不同機組設置機組調節優先級和調節步長，各機組調節步長應大于振動區寬度，避免負荷分配至振動區內。當負荷調節量大于單機步長時，由多臺機組參與分配。首先，由優先級最高的機組調節一個步長的負荷，剩余負荷由其他機組按優先級由高至低進行調節。當必須跨越振動區時，采用單機跨越，其他機組作為輔助。

（2）設置全廠有功調節死區。當給定的調節量或全廠ACE（全廠有功實發值與給定值得偏差）超過了該值時，AGC重新分配負荷。結合調度考核精度，合理設置死區值，全廠有功調節死區越小，控制精度越高，但機組調節越頻繁。

（3）增加單機負荷補償功能。當需要單機負荷補償時，投入該功能，機組切為單機狀態（可手動調節）。AGC將監視該單機機組PLC命令區中的負荷設定值變化，若有變化，則說明手動負荷指令已下達到該機組。此時，AGC將該機組負荷變化量反向調節給其他AGC成組機組。這種方式使AGC成組機組的反向調節可以與單機的負荷變化同時進行，進一步改善了AGC調節精度[2]，以滿足省調要求。

1.3 小結

特大型機組AGC調節策略注重負荷調節的平穩性，所以采用了單步調節、機組輪流調整的控制方式，并盡可能的減少調節機組臺數，以減少產生的負荷波動和機組跨越振動區的次數。瀑布溝電廠進一步優化了AGC分配策略，保證調節過程中，ACE在省調要求的范圍中。

2 普通水電機組

中小型水電站往往在電網中承擔著調峰調頻職能，對負荷調節的響應速度和精度要求非常高。中小型水電機組往往有1～2個中間振動區，負荷調節時要充考慮到機組不能頻繁跨越振動區，以減少機組磨損。

2.1 常規分配方式

對于一般的水電站，采用最多的負荷分配方式是等容量分配。公式如下：

式中，Pt表示全廠負荷給定值，Mt是：

等容量分配的初次分配結果極有可能在機組振動區內。因此，為了確保機組安全運行，防止機組頻繁調節，要采用多種優化策略對初始分配結果進行修正[3]。修正策略如下：

（1）同一臺機組不能連續跨越振動區。跨越振動區對機組的損害較大，如必須跨越，應讓盡量少的機組跨越振動區，同一臺機組一次調節不能連跨兩個振動區，且同一臺機組不連續跨越振動區。

（2）當實發總有功大于全廠給定值時，機組應盡量向下跨越振動區，避免機組反方向調節，造成其他機組調節幅度過大；反之，機組盡量向上跨越振動區。

2.2 經濟運行方式

隨著AGC負荷分配策略越來越成熟，不少水電廠開始探索AGC經濟運行方式。水電廠經濟運行方式是指在給定電廠有功總出力時，通過優化負荷分配使電廠消耗的水量最少。同時，還要滿足機組不能在振動區運行等安全運行條件。可建立如下數學模型：

約束條件；

在式（3）～ 式（6）中，N為機組總臺數，Q（iH，P）i為在水頭H下，第i臺機組出力為Pi時的用水流量。Pma（xH）和Pmi（nH）是指水頭為H時，機組的最大出力和最小出力。有功出力區間[Pvmin,j（H），Pvmax,j（H）]為當水頭為H時，機組的第j個振動區。3個約束條件中，式（4）為全廠有功給定值與實發有功值平衡約束，式（5）為機組的最小、最大負荷限制約束，式（6）為機組躲避振動區約束。

2.3 小結

中小型水電站AGC對響應速度和調節精度要求較高，電廠各機組的容量又往往有所不同，等容量分配是比較行之有效的分配方式。為了同時保證水電廠負荷分配的經濟性和機組運行的安全性，可采用多種策略進行修正。

3 結束語

負荷分配是AGC最重要的一部分，制定AGC策略時要根據電廠機組具體情況編寫相應算法，同時要兼顧電廠設備安全和運行效率，避免機組頻繁跨越振動區對機組產生損害。文中對不同容量機組水電廠AGC控制策略進行了分析和闡述，對其他水電廠機組的功能設計具有一定的借鑒意義。