小型水电厂自动发电控制技术研究

王 宁

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)

小型水电厂自动发电控制技术研究

王 宁

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳 110006)

小型水电自动发电控制技术对于促进小型水电厂自动化的全面提升有着不可替代的重要作用。文章以小型水电厂自动发电控制技术的研究作为出发点展开讨论，对开展自动发电技术研发的必要性进行了简述，并对自动发电控制技术的相关内容进行了概述，随后对小型水电厂自动发电控制系统设计，和其中的关键点进行了简要说明。

小型水电站；自动发电；控制技术；实现条件；系统设计

0 前 言

改革开放以来，随着我国经济水平的不断提升，人们对电能的质量与电力运行的自动化水平有了越来越高的要求。电厂自动发电控制技术也成为了评价电网自动化建设程度的重要参考因素。而水电厂鉴于其有功功率输出值改变的较为方便，成为电力系统自动化发电控制的主要实施者，其自动发电建设的成功与否直至关系着我国整个电力网络自动发电控制建设的成败。但现阶段我国数量众多的小型水电厂的自动化水平急待提升，加速有关小型水电厂自动发电控制技术开发研究及应用有着非凡的现实意义。

1 自动发电控制技术概述

1.1 自动发电控制的任务

伴随着我国电网规模的日益扩大以及我国经济水平的不断提高和科学技术的飞速发展，研发与普及具备强大实用功能的电网自动化系统已成为电力行业未来发展的必由之路[1]。

但无论自动化发电控制技术如何发展，其应用与普及仍主要是为了应对电力系统日常运行管理的日益复杂化，其最主要的任务大致可以归为以下3点：

1)确保整个电力网络的运行的正常有效，这是自动发电控制的根本目的与核心任务。

2)为广大电力用户提供高质、快捷的电能。电压、波形、频率三者是电能质量优劣的主要影响因素。优质的电能必须以三者适当范围内的有效控制为前提，而这种一定范围的实时控制只有通过自动化控制系统方能真正实现，这亦是自动化控制实时与普及的一大原因[2]。

3)降低发电成本，确保电力网络运行的经济性。频率是电力运行的重要指标之一，直接关系着发电设备的经济、安全运行。而频率则主要受到发电机转速的影响，发电机的转速又受到发电机有功功率及电网中各个损耗功率的影响。自动发电控制系统就是通过对发电机输出有功功率的调节，实现对系统频率的控制，从而实现电力系统运行的经济最优化。

若想实现自动发电控制系统的有效运行，有5个条件是其必备要素，缺其一都会使系统难以达到应有的设计效果。这5个条件分别是：

1.2.1 合理的发电计划

负荷的变动是存在一定规律的，这种规律借由对负荷的预计计算，可以获得，从而制定相应的发电计划，达成功率的平衡要求。若发电计划的编制存在问题，与实际有着较大的偏差，就很难实现自动发电控制的二次调整，因此合理的计划是系统运行的基础[3]。

1.2.2 充足的备用容量

备用容量是指发电机最大容量与最大负荷之间的差值，这是确保电能高质和用户供电可靠性的重要保障。因为一旦出现电力供应紧张的情况，依靠拉闸限电等方法难以维持周波进而实现自动发电控制的有效进行，充足的备用可调控容量是其有效进行的必备条件。

1.2.3 合适的调频厂

调频厂的选择不仅要达到相应的经济指标，同时其必须由充足的备用可调容量，通常多选用抽水蓄能电站与水电站作为调频厂。

我明白了，李老黑向杨校长施压了。我知道李老黑不会善罢甘休，但他动作如此之快，手段如此之下作，还是大大出乎了我的意料。我可以肯定，李老黑跟杨校长交代这事时，绝对不会如此客气，如此遮遮掩掩，说不定他已经要求杨校长把我给清退了。

1.2.4 自动化的调度系统

全自动的数据实时采集与监测系统是实现自动发电控制的必要基础。

1.2.5 高度自动化的发电厂管理运行系统

自动发电控制系统的实现要求发电厂必须具备相应的高度自动化管理系统。对于水电厂来说计算机监测系统级发电机组计算机调节系统是其自动发电控制得以达成的必备条件。

2 小型水电厂自动发电控制系统设计

2.1 小型水电厂自动发电控制实施过程

小型水电厂自动发电的控制必须与其自身的水电计算机监测体系相互配合。现阶段，新型的自动发电控制多使用分层控制模式，在小型水电厂其多划分为两级即电厂控制级与机组控制级。其实施过程如图1所示。

首先由电厂自动控制系统终端对当前时刻水头下为达到上级要求发电功率应运行的机组台数与台号及各个机组应发功率进行计算，随后借由现地控制元将之前的运算数据发送给相应机组进行执行。而发电机组在执行相关命令前则会对其进行二次校对，以确保其准确性与安全性，校核通过后通过调速器与设备开停装置对机组的运功效率及启停加以控制。与此同时，机组控制级会对各个机组工作的实时状况，诸如实际发功率、机组运行情况等进行监测并时刻反馈给电厂控制级计算终端。

图1 水电厂自动发电控制实施示意图

此外，为实现水电厂有效、高质的自动发电控制，在满足电力系统负荷平衡的要求之外，还需对实际运行中的诸多限制性因素进行充分考虑，诸如上下游的农业用水需求；内陆航运对江河水流、水量需求；汛期防洪对水库库容变化要求等。所以水电厂还有这按照既定水位进行发电的职能，在进行小型水电厂发电自动控制系统的实际应用中均应思虑这些相关问题来对自动发电的控制方式等进行具体设计。

2.2 小型水电厂自动发电控制功能

水电厂自动发电的控制功能大致可分为4种，即功率控制功能、调频功能、按给定水头发电功能和机组功率经济分配功能。这4种功能中功率控制是其核心所在，自动发电控制系统就其本质而言就是对发电厂机组发电有功功率的调整与分配。因此。自动发电控制系统最核心、最关键的功能就是对功率的控制。

通常而言，鉴于整体电网需求及电厂控制需求的不一，功率控制的方法可划分为3种，即电网瞬间负荷给定值法、水电厂负荷给定值法与日负荷给定曲线法。上述3种功率控制方法其原理是相通的，根据式1，自动发电控制程序可算得水电厂需要分配的自动发电量控制有功功率PAGC。

PAGC=PS+PNAGC

(1)

式中：PS为指水电厂总有功设定值。

3种功率控制方法的区别在于水电厂总的有功设定值的给定方法有所不同，这是其能够满足于不同的实际需求，本文针对小型水电厂自发电控制系统所采用的为日负荷给定曲线法。

2.3 小型水电厂自动发电控制程序结构

小型水电厂自动发电控制程序的总流程示意图如图2所示。

按照小型水电厂其自动发电控制的功能进行分类，自动发电控制程序中的发电方式共有3种，分别是调频发电子程序、按给定水头发电子程序以及按给定功率发电子程序，在电厂实际运行中，3个子程序均会对相应模式下发电机组运行所应该分配的发电厂AGCP即自动发电控制有功功率值进行运算，相应的运算结果会被送入机组功率经济分配程序中加以核算，选择最优的分配方式，并将各个机组应负责的有功功率数值发送各机组的控制程序加以执行。除此之外，在主要运行程序之外还应有诸多关键辅助程序，诸如水头报警辅助程序、水头测量辅助程序等。

当发电厂的自动发电控制程序进行第一次运行时，电厂工程师应先将各个机组的特性输入到控制系统数据库中，这些数据包括发电厂水轮机组台数、各个机组的发电功率范围、各机组的振动区、气蚀区及水头范围、自动发电控制系统运行时间等等。此外小型水电厂自动发电控制系统在运行的每个周期都必须从数据采集与监测控制系统中对自动发电控制系统所需要的各种电厂运行状态信息进行实时读取，诸如各个机组运行状态及当前发电功率、当前发电模式、水头实时值等，从而确保自动发电控制程序进行实时调整。

图2 自动发电控制程序流程图

3 结 语

小型水电自动发电控制技术对于促进小型水电厂自动化水平的全面提升有着不可替代的重要作用，同时亦是实现电网安全、高效、经济运行的必要条件。文中笔者结合自己的经验对适用于小型发电厂自动发电控制系统构建方案进行了设计，希望能够为自动发电控制技术在小型水电厂的应用与普及提供些许借鉴之处，让电厂自身功能实现最大发挥的同时，实现电厂经济效益的最优化。

[1]陈晓东.中小型水电厂自动发电控制技术的研究[D].重庆：重庆大学,2006.

[2]李健.梯级水电厂自动发电控制研究与设计[D].武汉：华中科技大学.2005.

[3]佘晓军.蜀河水力发电厂自动发电控制的应用[J].西北水电,2012(06)：81-82.

StudyonControlTechnologyofAutomaticGenerationforSmallHydropowerPlant

WANG Ning

(Liaoning Province Water Conservancy and Hydropower Investigation，Design & Research Institute，Shenyang 110006,China)

Control technology of automatic generation of small hydropower has an irreplaceable important role to comprehensively promote small hydropower plant automation.This paper takes the small hydropower plant automatic generation control technology research as a starting point for discussion，the necessity to carry out the automatic generation technology research is outlined，then the small hydropower plant automatic generation control system design，and the key points are explained.

small hydropower station；automatic generation；control technology；realizing conditions；system design

1007-7596(2014)12-0015-03

2014-05-19

王宁(1979-)，女，辽宁沈阳人，工程师，研究方向为水利自动化电气。

TM76

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