自动发电控制系统（AGC)在桐柏电厂的应用

徐国能，周 宇

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200）

自动发电控制系统（AGC）是水电站监控系统的高级控制功能，也是实现水电站无人值班的基本条件之一。本厂自动发电（AGC）的实现基于VA公司提供成组控制软件包（NEPTUN）。

NEPTUN是VA外购的一个通用、适合水电领域成组控制软件包。主要分高级和基本应用两部分，高级应用包括了电站有功、频率、水位、流量、无功以及功率因素的调节回路；基本应用仅涵盖了有功或流量以及无功调节回路。针对华东调度目前对成组控制的要求，NEPTUN并没有直接的模式相对应。

本厂的成组控制建立在尽可能利用NEPTUN本身具备的功能及现有的软件的基础上，通过对发电成组控制概念的梳理以满足调度对成组控制的要求。

1 硬件组成

（1）电站成组功能由电站成组计算机完成。成组计算机位于中控室后微机房=76S+GA03盘柜内，分为成组控制A、B机，相互备用。成组软件通过与LCU9通讯，来获得各机组相应信号，同时也将各种指令送至各机组LCU。成组控制计算机采用2台HP XW4100工作站。

（2）ECPDC的控制指令（AGC）通过控制链路（采用104规约）传输到我厂LCU9,LCU9再将指令传输给成组控制计算机。ECPDC的电站计划，日负荷曲线通过操作链路（TASE2规约)传输到我厂96点计划计算机，96点计划计算机分为A、B机，A机位于控制室，B机位于控制室后的微机房内。A、B机主用A机，B机为离线备用。96点计划计算机采用2台HP Ml350工作站。

2 系统功能和运行方式

2.1 功能介绍

成组控制包括电站负荷管理和电压管理，控制地点可在TOBA与ECPDC之间切换，负荷管理是成组软件根据电站有效水头、电站总有功设定值、机组出力效率以及机组出力限制值等条件，来控制机组的启停和有功出力分配。当控制地点在ECPDC时即为AGC模式，当控制地点在TOBA时，成组控制可以运行在负荷设定值模式（ALSP）和日负荷计划曲线（DLC）模式。

目前电站成组控制系统对发电（GO）、水泵（PO）、停机（ST）三种稳定工况进行控制。

2.2 电站运行方式分为电站成组运行，电站单机运行。

（1）电站成组运行：电站成组控制在“总投入”，机组运行模式在成组模式，此时电站机组的启停及负荷调整通过电站成组控制实现。

（2）电站单机运行：电站成组控制在“总退出”，中控室值班员通过在操作员工作站上单机画面中点击某台机组目标工况而实现的机组运行方式。

2.3 电站成组运行时电站控制层分为调度设定及中控室设定。

（1）调度设定模式也即AGC模式，指的是电站控制层在ECPDC，ECPDC的AGC系统计算值或调度值班员手动设定值通过控制链路传输到电站后由电站成组计算机控制而实现的自动发电运行方式。本电站AGC模式仅在发电工况有效。

（2）中控室设定模式：指的是电站控制层在TOBA，运行人员在操作员工作站上的成组画面中，通过ALSP或DLC设定的全厂总出力而实现的机组自动运行方式。

（3）电站控制层只能在电站侧进行选择。

（4）只有电站控制切换到“成组投入”方式，电站控制层才允许选择远方调度设定模式。

2.4 电站成组控制方式分为自动方式、指导方式。

（1）自动模式-机组设定值的分配和机组启停都由成组控制自动控制。

（2）指导模式-机组设定值的分配由成组控制自动处理，机组启停命令由成组控制计算发出，机组的开停机需要运行人员确认，但负荷升降是自动执行的。

2.5 机组运行模式分为成组控制模式、单机模式。

（1）在机组选择在成组模式，机组控制单元（LCU）按电站成组计算机的指令控制机组的运行。机组的成组控制模式是建立全厂成组控制在总投入的基础上。此时机组的负荷分配和启停均由电站成组软件模块控制。

（2）当机组选择在单机方式，此时机组不受成组控制系统的控制，机组的负荷分配和启停由运行人员在操作员工作站上的单机画面中操作，但机组有功、无功设定值将在成组控制总的设定值中予以考虑。

2.6 负荷管理

（1）电站成组负荷管理模式分为负荷设定值（ALSP）和日负荷计划曲线（DLC）。

1）负荷设定值（ALSP）：调度员或中控室人员通过人工设定形成负荷设定值，成组机组实时响应该值进行启停机或有功调节。该模式下，如电站控制层在调度设定即为AGC控制。

2）日负荷计划曲线（DLC）：ECPDC每日向电站传送当日及次日的DLC，每天的23:50到23:55分之间监控系统将刷新96点负荷曲线，同时送出监控系统负荷曲线已刷新的警示。在DLC负荷管理模式下，电站成组机组将响应DLC负荷指令（华东电网采用96点/日），对成组机组进行启停机或有功调节。

（2）负荷曲线控制

抽水蓄能电站的负荷曲线控制分发电负荷控制和抽水负荷控制，一般定义发电负荷为“正”（＋）；抽水负荷为“负”（－）。

负荷曲线只有在电站控制选择在“中控室”时有效，因而负荷曲线控制即可在电站侧“成组总投入”执行，也可“总退出”执行。当电站控制方式为“成组总投入”时，电站成组软件应按照计划时间的负荷需求自动启停机组或调整负荷；反则操作员应严格按照曲线计划手动控制。负荷曲线每日的23：55～23：59：59时自动刷新，在这个时间段内全厂负荷指令将保持在23：50的值，以防止机组异常启停。

负荷曲线的负荷指令-1248≤P≤1200，当负荷曲线的指令超出范围，成组控制将保持原来的输出。

在负荷曲线控制方式下，设有频率限制开停机的功能以确保机组开停机不会造成电网频率超出正常范围，若电网频率高于50.033Hz则闭锁发电开机或抽水停机；当电网频率低于49.98Hz，将闭锁抽水开机或闭锁发电机组的停机；

在负荷曲线控制方式下，调度要求成组机组的负荷变化是按一定速率的斜率式变化而不是阶跃式变化，且该速率可根据调度要求进行调整。在成组控制时机组调速器中设定的负荷的化速率为33MW/min。

2.7 成组负荷控制和无功控制

在成组方式下，有功（负荷）控制与无功（电压）控制的投入和退出必须是相互独立的，可分别选择负荷或电压投入成组控制；本厂暂不使用成组无功控制，机组成组运行时，其无功出力的设置可在单机侧进行。也可在成组画面每台机的无功设定窗口设定。

2.8 成组负荷分配及调整

（1）当电站处于成组控制，发电时电站总负荷指令将按下列原则处理和分配：

1）电站总的负荷指令的分配将计入运行在“单机”的机组负荷设定；

P总负荷--电站总的负荷指令

P总成组--电站成组控制总负荷

2）电站成组控制仅影响和调节“成组”机组的输出，并按平均分配的原则计算和分配各机组的负荷指令；

即：P单台成组=P总成组/N成组90MW≤P单台成组≤150MW

P总成组--“成组”发电机组的负荷指令；

N成组--运行在“成组”发电状态的机组；

3）调度对电站发电工况的负荷控制考核点为电站500kV出线侧，因此电站成组控制应根据电站的厂用电和变压器损耗自行进行补偿，调整电站实际的负荷指令；现在的补偿策略是：

P’总负荷=P总负荷+P补偿

P补偿=3MW 成组发电机组台数=1

P补偿=4MW 成组发电机组台数>1

P补偿=0MW 成组发电机组台数<1

4）发电时成组负荷指令变化与要求机组的启停台数见下表1。

表1 负荷指令变化与机组启停关系表

（2）抽水负荷的处理

鉴于抽水负荷的不可调整性，抽水负荷按-312MW 整数台阶式控制机组启停的台数。若设定的抽水负荷为非整数，则按该数除以-312MW，“商”取整计算。如：负荷设定值为-656MW，“商值”为2.1，取整则开机台数为2台；如负荷设定值P 为-312

（3）负荷可调上下限和可调容量

鉴于抽水蓄能的成组控制是将电站所有机组作为一个整体控制，负荷可调上下限和可调容量将以电站为基础，动态的计算全厂负荷调节的上下限以及可调容量，实时刷新并发送给调度。

成组运行机组设定发电最大出力为305.22MW，发电最小出力为200MW；抽水出力根据调速器优化软件运行。

而负荷可调范围是指电站允许调度控制的负荷范围，也是调度AGC进行电站负荷动态调节的边界条件。即：

电站可调负荷上下限主要用于在AGC时作为调度控制的负荷调整的边界条件。

（4）负荷允许变化以及实际变化速率

实际的负荷变化率会因水头的不同略有差别，鉴于成组软件是将电站作为一个整体控制，故对成组控制而言，实际的负荷变化率与参与负荷分配的“成组”机组台数有关，即：

K总＝K1×N成组

K总--电站负荷总变化率

K1--单台机组负荷最小变化率

由此得出，运行的“成组”机组越多，实际的升/降负荷的速率越快，因此要求整个电站允许的负荷变化率应取最小值：

K＝Min（K总，K1）≤K1；

K--电站允许的负荷变化率。

在负荷曲线控制方式下，满负荷指令发电开机采用阶跃加负荷方式，0～200MW 按照以前的单机速率上升。200 MW～305.22MW按照每0.6MW/s的速率上升。调整负荷及停机时减负荷也是如此速率。负荷设定值模式下，增减负荷速率同以前的单机运行速率。

成组控制的负荷设定死区为10MW,即设定值反馈值与有功实际值累计超过10MW时，负荷调整才开始响应。

2.9 机组启停控制

（1）启停优先级

当电站控制为“成组总投入”方式，在“成组”模式机组的启停将直接由成组软件根据机组启停的优先级自动控制。

成组机组发电抽水开停机顺序根据预先设定的机组启停优先级执行，优先级高的机组先开后停，优先级低的机组后开先停。

机组的运行小时数以及优先级将实时地显示在操作员站上，优先级为1～4，优先级1为最高。默认优先级按照机组运行时间数从小到大排列，操作员可以按照机组的实际情况，手动修改机组启停的优先级，有选择的开机。

当机组自动启动过程中，出现跳机、程序超时转停机的情况，成组软件将立刻启动投入成组的下一优先级机组以满足负荷的需求。

抽水开机时，原则上不采用直接抽水开机，实际操作中运行人员应根据日负荷计划曲线，提前手动启动机组抽水调相；并务必将已经处于抽水调相的机组优先级设至最高，确保优先将已处于抽水调相的机组转抽水。

（2）机组启停提前时间

在负荷曲线控制方式下机组的自动启停是以下一点的负荷点为目标来执行的，考虑到机组启停所需的时间和电网的要求，发电运行时，在每个整点时延时3min读取下个点的计划（NEXTDLC），抽水运行下，在每个整点时延时10min读取下个点的计划；开停机时间如下设定：发电提前12min开机，抽水提前5min转换，发电和抽水停机都是提前12min，如只需调整负荷，调整负荷也是提前12min。抽水时一般不考虑同一个点启动2台及以上机组。

在负荷曲线控制方式下，当同一点有2台或2台以上机组启停的时候，第二台机组的启停时间与第一台机组的启停时间应有间隔，现设定时间间隔为2min，抽水时基本不考虑同时启动两台及以上。

2.10 AGC及成组控制的切换

（1）当发生以下情况时，电站退出成组运行：

1）当控制链路（Control link）发生故障时，若此时AGC运行，电站控制层自动切到TOBA，电站退出AGC运行。

2）当操作链路（Operation link）发生故障时，若成组运行在DLC负荷管理模式，则电站退出成组运行。

3）当电站成组控制器（GDK)发生故障时，电站退出成组运行。

（2）当发生以下情况时，参加成组机组自动切至单机：

1）当电站成组控制方式切至总退出时，各机组模式会自动切至单机。

2）当机组发生跳机时，该机组会自动切至单机。

3）当机组控制方式切至现地或检修时，该机组模式会自动切至单机。

4）当机组发电调相开机时，该机组会自动切至单机。

5）当机组由发电转至发电调相、抽水转至抽水调相时，该机组会自动切至单机。

（3）当电站控制层切到调度设定时，则负荷管理模式自动切到ALSP模式。

3 AGC及成组运行操作步骤

3.1 指导模式下（ALSP）调整负荷的操作步骤

（1）在操作员工作站上进入成组控制画面

（2）查负荷管理模式为设定模式

（3）查机组在负荷设定模式下运行正常

（4）合理设置机组优先级

（5）输入调度要求的有功出力设定值并判断是否需要启停机

（6）如没有启停机要求，检查机组负荷调整分配正常

（7）如有启停机检查有相应机组的发电或者停机提示灯亮

（8）查看此时频率在允许开机或停机范围内

（9）选择合适时机点击提示开机或停机机组的工况按钮

（10）检查机组启动或者停机正常

（11）检查最后机组出力与设定值一致

注：如果在自动模式，机组会自动调整负荷或者启停机，如同时涉及到两台机的启停，彼此间隔2min，运行人员需监视机组启停正常，负荷调整分配正常。并注意是否存在频率闭锁。

3.2 指导模式下成组发电开机（DLC）步骤

（1）在操作员工作站上进入成组控制画面

（2）查电站成组控制总投入

（3）查相应机组在成组控制

（4）查负荷控制模式为DLC模式

（5）查看当日全厂负荷曲线数据正常

（6）查当前反馈值与NEXT DLC值保持一致（注意反馈值提前12min读取NEXT DLC值）

（7）合理设置机组优先级

（8）查发电负荷点前12min优先级最高的机组发电提示灯亮

（9）查看此时频率在允许开机范围内

（10）选择合适的时机点击提示发电机组的发电工况按钮

（11）查看机组发电启动正常

注：如果成组在自动模式下，在发电负荷点前12min优先级最高的机组发电提示灯亮，若此时频率在允许开机范围内，机组会马上启动，如存在频率闭锁，机暂时不会启动，直到频率恢复正常。运行人员需提前设置优先级，监视机组启动正常。

3.3 指导模式下成组抽水开机DLC操作步骤（以1号机为例）

（1）在操作员工作站上进入成组控制画面

（2）查电站成组控制总投入

（3）查相应机组在成组控制

（4）查负荷控制模式为DLC模式

（5）查成组控制方式在指导

（6）查看当日全厂负荷曲线数据正常

（7）在抽水负荷点提前30min安排*号机SCP启动

（8）选择要启动的机组单机控制画面

（9）选择1号机SCP启动

（10）查1号机SCP稳态运行正常

（11）调整1号机优先级使其大于未启动的备用机组

（12）查抽水负荷点前5min1号机抽水提示灯常亮

（13）查看此时频率在允许转抽水的范围内

（14）选择合适的时机点击提示抽水机组的抽水工况按钮

（15）查1号机正确响应SCP转抽水正常

3.4 自动模式下成组抽水开机DLC操作步骤（以1号机为例）

（1）在操作员工作站上进入成组控制画面

（2）查电站成组控制总投入

（3）查1号机在成组控制

（4）查负荷控制模式为DLC模式

（5）查成组控制方式在自动

（6）查看当日全厂负荷曲线数据正常

（7）在抽水负荷点提前30min安排1号机SCP启动

（8）选择1号机SCP启动

（9）查1号机SCP稳态运行正常

（10）调整1号机优先级使其大于未启动的备用机组

（11）查抽水负荷点前5min1号机抽水提示灯常亮

（12）查看此时频率是否在允许转抽水的范围内

（13）如存在频率闭锁，1号机暂不会执行转抽水流程直至频率恢复正常范围

（14）如不存在频率闭锁，查1号机立即响应转抽水流程

（15）查1号机正确响应SCP转抽水正常

3.5 电站有功管理模式由ALSP切至DLC操作步骤

（1）在操作员工作站上进入成组控制画面

（2）查有功管理模式为ALSP模式稳定运行

（3）查当日全厂日DLC负荷曲线正常

（4）查电站当前DLC和NEXT DLC值保持一致

（5）查ALSP设定值与NEXT DLC值一致

（6）点击曲线模式按钮并确认

（7）查电站有功管理模式切换至DLC

（8）查成组运行机组在DLC下运行正常

注：正常情况下投入DLC应在全厂机组在停机状态时。

3.6 电站有功管理模式由DLC切至ALSP操作步骤

（1）在操作员工作站上进入成组控制画面

（2）查有功管理模式为DLC模式稳定运行

（3）查当前DLC值与NEXT DLC值保持一致

（4）点击设定模式按钮并确认

（5）查电站有功管理模式切换至ALSP

（6）查成组机组保持先前的DLC下的出力不变

（7）重新设置有功设定值并触发

（8）查机组在ALSP下相应正常

注：DLC切至ALSP后会继续保持先前的DLC值，如需要响应新的设定值，需重新设定设定值并触发。

4 自动发电控制系统的未来展望

目前在华东电网系统中的大型水电站基本上都实现了自动发电控制（AGC），如天荒坪抽水蓄能电厂，宜兴抽水蓄能电厂，琅琊山抽水蓄能电厂等。AGC是保证电网的安全，优质、经济运行的重要技术保证，是实现水电站无人值班的基本条件之一，也是未来的大势所趋。

[1]电力系统调度规程[S].

[2]自动发电机控制系统厂家说明及调试报告[R].