成组控制系统在桐柏抽水蓄能电站的应用

邵政修，朱 佳

(1.浙江华电乌溪江水力发电厂，浙江 衢州 324005;2.华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200)

0 引言

成组控制是指在全厂监控系统自动控制的基础上，按照调度给定的负荷曲线或实时给定的电站总有功，机组自动开停机、增减负荷，完成计划性或随机性的负荷要求任务［1］.

华东桐柏抽水蓄能电站共装有4台单机容量为300 MW的可逆式水泵水轮机－发电电动机机组，电站担负华东电网的调频、削峰填谷及事故备用等任务.电站监控系统采用DCS分布式控制系统，在此基础之上，成组控制功能由安德里茨公司提供的JointControl成组控制软件、GDK接口软件和监控系统的LCU9共同完成.其中JointControl软件主要负责根据接收的负荷设定值来发出机组的开停机命令和有功设定值;GDK软件作为监控系统与JointControl软件的通讯接口，负责两者之间的通讯;LCU9主要负责与调度通信，并作为GDK软件和机组控制联系的中转站.

1 成组控制系统结构与运行方式

1.1 成组控制系统结构

调度的电站日负荷曲线通过TASE II协议传输到电站侧负荷曲线接收服务器，采用2台HP ML350工作站互相冗余备用.电站成组控制功能由电站成组计算机完成，采用2台HP XW4100工作站互相冗余备用.成组控制系统结构和基本控制流程(见图1).

1.2 上位机控制界面

操作员站上的成组控制界面(见图2).通过这个控制界面，运行人员可以进行成组总投入、成组总退出，各机组单机、成组方式的切换以及成组控制自动模式、指导模式的选择.

图1 成组控制系统结构和基本控制流程

1.3 成组控制负荷值下发模式

成组控制投入后，给机组下发负荷值有曲线模式和设定值模式两种方式.

曲线模式是通过LCU9接收调度发到负荷曲线接收服务器的96点负荷曲线设定值，由成组控制软件决定开哪几台机、负荷分别是多少，最后发出开停机命令及相应的机组负荷设定值，经LCU9转发到相应机组LCU控制开停机，相应机组的负荷设定值则由机组LCU直接从GDK接收.曲线模式只有在电站控制为“中控室”时有效.当厂站侧的控制方式为成组“总投入”时，成组控制软件根据负荷曲线中的负荷设定值自动开机、停机或调整负荷;控制方式为成组“总退出”时，由操作员按照曲线计划手动控制机组启停以及设定机组出力.

设定值模式有两种情况，一种是中控室发设定值，一种是调度发设定值.这两种情况实质上没什么区别，只是总有功设定值的来源不同，由LCU9中的程序确定从何处取总负荷设定值给成组控制软件，余下的流程和曲线模式下一样.

1.4 开停机优先级

当电站的控制方式在成组“总投入”，处于“成组”模式下的机组的启机和停机将直接由成组软件自动控制，并且优先级高的机组先开后停，优先级低的机组后开先停.默认优先级按照机组运行时间数从小到大排列，操作员可以根据机组的实际情况，手动修改机组启停的优先级，有选择的开机.

当需要机组抽水时时，原则上不直接走停机到抽水流程，而是由运行人员应根据日负荷计划曲线，提前手动开机到抽水调相工况，然后将已经处于抽水调相工况机组的优先级设至最高，确保优先将已处于抽水调相的机组转为抽水.

图2 成组控制界面

1.5 机组启停提前时间

负荷曲线中，将1天划分为96个时间点，每个点间隔15 min.在曲线模式下，机组的自动启停是以下一时间点的负荷设定值为目标来执行的［2］.考虑到机组启停所需的时间和电网的要求，发电开停机提前12 min，抽水开停机提前5 min，如只需调整负荷，也是提前12 min(都是相对下一个时间点).当同一点有2台或以上机组启停的时候，第二台机组的启停时间与第一台有2分钟间隔.抽水时一般不考虑同一个点启动2台及以上机组.

2 成组控制原则

2.1 成组控制管理模式

电站成组控制系统采用分级管理模式，可以分为现地控制、电站控制、调度控制三级.当机组控制方式选为“Local”时，可以通过现地触摸屏上控制机组启停，这就是现地控制级;机组控制方式选为“Remote”时，机组控制权就交给了电站控制级.电站控制级在成组总投入、相应机组成组投入后，有“曲线”和“设定”两种方式，“设定”方式又有“调度设定”和“中控室设定”两种，其中“曲线”方式和“调度设定”方式就是调度控制级.“曲线”方式下，成组控制软件根据96点日负荷曲线设定值管理电站总负荷;“调度设定”方式下成组控制软件根据调度实时的负荷设定值管理电站总负荷［3］.

一般情况下，桐柏电站现地控制级选为“Remote”，电站控制级和调度控制级选为“曲线”、“中控室设定”.自动模式下，机组启停和机组功率设定值的分配都由成组控制系统计算并发令执行.指导模式下，机组启停命令由成组控制系统发出，但需要运行人员确认才能执行，机组功率设定值的分配和自动模式一样.

2.2 负荷的计算和分配

当电站处于成组控制，电站总的负荷指令的分配将计入运行在“单机”的机组负荷，即:

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:

其中P单台成组要确保在200 MW和300 MW之间.

为了避免在机组启停过程中，成组控制负荷分配下达不当引起的波动，当涉及到机组启停时，机组负荷指令的下发将等到启停机组发电机开关合上或断开.

2.3 负荷可调范围和旋转备用

负荷可调范围:

2.4 频率闭锁

当电网频率高于50.03 Hz，闭锁发电开机或抽水停机;当电网频率低于49.98 Hz，闭锁抽水开机或闭锁发电机组停机.

当存在频率闭锁时有开停机命令，机组监控系统逻辑中会保存开停机命令2 min，在这2 min内如果闭锁解除，命令仍然能发出;超过2 min这一次的开停机命令将不再执行.

2.5 负荷变化速率

为了减少机组启停时增减负荷对电网的冲击，调度对机组负荷变化速率有一定的要求.成组控制软件将电站作为一个整体控制，所以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:

目前桐柏抽水蓄能电站单台成组机组的负荷在200～300 MW之间增减时的变化速率为0.6 MW/s.

3 成组控制优化

目前桐柏抽水蓄能电站的成组控制功能已经基本完备.但是成组控制功能是通过在外方已有的软件包上加以应用的方式实现的，而外方的某些控制理念与我们的要求存在不一致需要修改完善.由于外方软件是个黑匣子无法了解内部运行逻辑，更无法根据实际需求修改软件，只能通过修改外部条件来实现某些需求，不利于维护人员深入了解成组控制运行的逻辑和对缺陷的分析处理.因此一方面，维护人员需要掌握好成组控制外部回路的来龙去脉;另一方面，在合适的时机将成组控制系统改造为在通用PLC上运行，提高系统运行的灵活性和可靠性.

4 结语

成组控制系统是抽水蓄能电站全面提高自动化水平，实现无人值班、少人值守的重要环节，同时也是电网优质、高效运行的重要保障.虽然目前投入运行的成组控制系统已经过试验，满足控制要求，正常投入运行，但内部逻辑无法查看或修改，始终是成组控制系统的一个隐患.因此，今后还需要将成组控制系统改为在更通用的PLC上运行，便于逻辑的修改调试，为华东电网远方紧急事故支援的投入做好准备.

［1］王 竹.水电站自动发电控制(AGC)技术功能及调试分析［J］.四川水力发电，2002，21(2):55 －59.

［2］李瑞超，江山立，陈家庚，等.AGC机组调节效能定量评估与补偿方式研究［J］.电网技术，2001，25(8):15 －19.

［3］喻建波.AGC技术在重庆江口水电厂的应用［J］.水电能源科学，2006，24(3):94－96.