溪洛渡左岸电站AGC功能设计及实现

2016-04-07刘晓彤龚传利丁伦军李晓娟张露成中国水利水电科学研究院北京00038溪洛渡水力发电厂云南永善657300

水电站机电技术 2016年3期

刘晓彤，龚传利，丁伦军，李晓娟，张露成（.中国水利水电科学研究院，北京00038；.溪洛渡水力发电厂，云南永善657300）

溪洛渡左岸电站AGC功能设计及实现

刘晓彤1，龚传利1，丁伦军2，李晓娟1，张露成2
（1.中国水利水电科学研究院，北京100038；2.溪洛渡水力发电厂，云南永善657300）

摘要：文章介绍溪洛渡左岸电站AGC运行模式、调度模式、调节模式的实现方法；负荷曲线方式引入分步调节的算法，减少对电网冲击，同时采取40 s提前分配负荷的方式，以提高负荷调节的及时性；对于电厂效率优化问题，采用修正等容量比例负荷分配措施。这些措施提高了电厂运行效率，保证了电网安全，为溪洛渡左岸水电站自动运行提供有力保障。

关键词：溪洛渡水电站；计算机监控系统；自动发电控制

1引言

溪洛渡电站位于四川省雷波县与云南省永善县接壤的金沙江干流上，距下游宜宾市约184 km（河道里程），左岸距四川省雷波县城约15 km，右岸距云南省永善县城约8 km。电站由拦河大坝、泄洪建筑物及引水发电建筑物组成。溪洛渡电站作为中国第二、世界第三水电站，总装机容量13 860 MW，左右岸各安装9台770 MW水轮发电机组，左岸以500 kV等级电压3回出线方式接入国家骨干电网，右岸以500 kV等级电压4回出线接入南方电网[1]。

溪洛渡水电站机组属于超大型机组，由于调节速度快，电站在参加电网AGC后，如果机组负荷波动大，将引起全站出力的大幅度快速波动，对电网冲击很大，严重破坏电网的安全稳定，后果十分严重，所以，安全平稳是电网对于溪洛渡电站运行首要要求，同时，为了电站经济运行，需采用适当分配策略保证效率最优。文章针对上述情况，采用适当措施，获得很好效果。

2AGC运行模式

AGC运行模式分为开环、半开环和闭环模式。

开环方式下，机组的设定值由软件计算，显示在操作员站的屏幕上，不能自动分配到机组，需要操作员确认有功分配结果，才可以将机组有功设定值下发到机组。

半开环方式下，机组的设定值由软件计算并直接分配到机组，不需要操作员确认。

闭环方式下，机组的设定值由联合控制软件计算并直接分配到机组。AGC自动执行开/停机，不需要操作员确认，每次开/停机只有1台。

目前国调针对溪洛渡左岸电站没有自动开/停机方式的要求，半开环模式是当前最主要运行方式。

3AGC调度模式

AGC调度模式分别有国调/梯调/站控3种模式。在这3种模式下，AGC程序采用对应调度模式下的有功给定值，保存在“国调总有功给定值”、“梯调总有功给定值”和“全厂总有功给定值”3个测点中。3种模式互斥，投入任一种模式，将自动退出另外两种模式。

当电站AGC控制权设置为“国调”且电站AGC运行在有功给定方式时，AGC程序采用“国调总有功给定值”；“全厂总有功给定值”和“梯调总有功给定值”跟踪全厂实发总有功。

当电站AGC控制权设置为“梯调”且电站AGC运行在有功给定方式时，AGC程序采用梯调下发的给定值；即“梯调总有功给定值”；“全厂总有功给定值”和“国调总有功给定值”跟踪全厂实发总有功；

当电站AGC控制权设置为“站控”时，如电站AGC运行在有功给定方式，AGC程序采用操作员设定的全厂有功给定值；“梯调总有功给定值”和“国调总有功给定值”跟踪全厂实发总有功；如电站AGC运行在负荷曲线方式，有功给定值为当前时间对应时段负荷曲线给定值。

这种非当前调度模式的有功给定值跟踪全厂实发总有功的策略可以保证模式切换时负荷平稳变化。

4电站AGC调节方式

电站AGC调节有有功功率给定和负荷曲线两种方式，运行操作员可以通过软开关来切换。

4.1有功功率给定方式

在这种方式下，电站AGC将根据给定的电站总有功，调节各机组的有功，AGC读取对应调度模式下全厂有功设定值，程序减去未加入AGC联控机组实发有功值，将剩余负荷在AGC联控机组间进行分配。

4.2负荷曲线方式

只有在控制权为“厂控”时，才可以投入负荷曲线方式。负荷曲线有今日负荷曲线和明日负荷曲线两种，分为每隔15min一点，1d共96点，由操作员手动设置。电站AGC程序采用今日负荷曲线的当前时段值调节每个机组的有功。每天23∶59∶57～23∶59∶59程序自动将明日负荷曲线值拷贝赋值到今日负荷曲线对应时段。

投入负荷曲线方式后，AGC程序读取的负荷曲线为矩形图，有功调度曲线调节模块将此矩形图平滑处理成梯形图，将拐点前后的负荷做差值并将该差值等分到15 min内，因此负荷是渐变而非突变，可以避免总有功变化过大，同时设置负荷曲线方式有功调节死区，若某时刻的负荷曲线值与前一次有效设定值差值大于死区，则将这一分钟的设定值提前40 s分配给机组，同时这一设定值变成有效设定值。拐点处的设定值总会在拐点时刻下发。分步调节算法和提前调节的功能既保证了负荷平滑调节，又保证了到达设定值时间时负荷基本能调节到位[2][3]。

5AGC负荷分配策略

AGC实时运行时，负荷调整策略应遵循优先保证全厂负荷平衡原则，即：在负荷调节过程中，尽快调节电厂出力满足系统对电厂的发电要求，不允许电站出力与系统负荷要求长时间内不平衡；同时应该尽量避免由于机组负荷设定值的波动而引起机组的频繁调节[1]。

溪洛渡左岸电站机组容量相同，各类型机组流量特性曲线接近，采用等容量分配接近最优解[2]。AGC负荷分配遵从下述原则：

（1）机组不能运行在振动区；

（2）不能频繁跨越振动区；

（3）当给定总有功大于实发总有功时，机组尽可能不减负荷；当给定总有功小于实发总有功时，机组尽可能不增负荷；

（4）机组不能频繁调节（小负荷变化由1或2台机移动）。

为了防止机组频繁调节，程序设定步长循环分配，增有功时，由实发有功最小的机组优先增加负荷，步长最大为40 MW，小于40 MW则由1台机组承担，超过的部分，下次循环采用相同方法，直至分配完毕，同时需考虑机组流量特性曲线允许最大最小有功值。减负荷时，有功分配策略类似。该算法循环计算，设定值同时下发。其最终调节结果，能保证每台机组出力相差不大（最大40 MW），从而有效减少机组调节次数，由于溪洛渡水电站机组容量较大（770 MW），由机组出力不同所产生的效率损失可忽略不计，可基本保证电厂效率最优。修正等功率分配法简单实用，这样负荷变幅不大时，只有1或2台机组采用调节，可以防止机组过于频繁调节，同时也可减少多台机组参与小负荷波动造成的累计负荷偏差，较好地跟踪有功给定值，保证机组负荷的平稳[3]。溪洛渡左岸电站9台机组的容量一致，振动区数量较少（1个），修正等功率分配法比较适用，这样降低了算法的复杂性，提高了计算的实时性，同时也满足了电站高效率运行的要求[2]。

6AGC安全性策略

对于大型电站，AGC不仅要保证正确负荷分配，还需保证平滑调节负荷，防止大的负荷波动，这关系到电网的安全稳定和电站的经济运行。因此必须采取完备的安全策略，保障发电任务的准确完成和设备的安全运行。

6.1安全约束条件

溪洛渡左岸电站AGC根据电厂实际情况考虑了很完善的约束条件，机组只有在条件满足情况下才能加入AGC联控运行，如果出现某些故障，程序自动将机组退出到单控运行，对于出现可能影响电厂AGC安全运行的条件，程序将会自动退出全厂AGC运行。

AGC程序在采集的水位、机组工况状态、电网频率、开关站母联开关状态、开关站及机组安稳装置切机信号等各种实时信息的基础上进行计算，对机组重要的量测信息是否有效直接影响AGC计算结果，因此，AGC程序需要对采集信息进行有效性检验，不仅需要校验数据的实时值是否在合理范围内、数据品质是否正常、数据的变幅是否在合理范围内，还要校验数据通信状态是否正常等[4]。

AGC根据电站调度模式来选择对应的全厂有功设定值，非投入的调度模式有功给定值跟踪全厂有功实发值。

对电站接收的调度遥调设定值指令采取了上/下限、差值保护、零指令保护、频率保护等必要的保护措施。当有功设定值变幅越过预先设定的变幅，程序拒绝接受保持原值不变。当有功设定值越过预先设定的上/下限或程序根据水头计算当前全厂可发最大/最小有功值，程序拒绝接受保持原值不变。

负荷曲线方式下，如果当前时段负荷曲线值出现零值，程序自动退出全厂AGC。如果电脑时钟突变，程序自动退出全厂AGC。因为在负荷曲线运行方式下，AGC跟踪调度有功设定值依赖于时间，如果时间出现较大变化，有可能引起负荷大幅波动。

6.2 AGC水头滤波处理策略

水头信号的可靠性直接关系到电站安全生产，确保水头信号的安全可靠，是水头处理的核心任务。为了实时可靠地获取上下游水位和水头信息，溪洛渡水电站采用同时获取梯调下发水头和电厂自采水头信息的策略。其中，梯调通信送的水头有3路（左右岸各1路，1路全厂水头），溪洛渡水电站设计的与上游水位相关的传感器共计44支，与下游水位相关的传感器共计10支。电厂自采水头（水位）信号数量较多，为提高水头精度，同时简化水头处理，溪洛渡水头分为左右岸2个独立水头，没有全厂水头。

在调控一体化模式下，电站水头应与梯调水头保持一致。因此，溪洛渡水电站监控系统优先采用梯调的左岸电调水头和全厂电调水头，然后依次是电站自采水头和人工设定水头。当正在使用的水头信号故障时，此水头信号将被闭锁，同时采用下一优先级的水头信号。如果梯调送至电站水头、电站自采水头、手动设置水头都产生闭锁，则最终水头取上次水头有效值。

为了减小水头信号波动的影响，程序中采用了“滑动平均值”的计算方法，即将最近10次水头信号的平均值作为计算水头，同时，为了减少有功调节的频度，计算水头每5 min下发一次。

为了保证水头的安全，解锁操作只能够由人工完成，每次设置水头值均与当前5 min水头值相差在1 m之内，逐步拉近5 min水头值与当前水头值的差距，最终达到水头解锁的目的。

通过水头界面，操作员可以选择某路水头，也可以根据需要对水头值进行闭锁和解锁的操作。

在水头处理上采用了信号品质位、信号值区间、信号变幅、滑动平均值、程序闭锁水头等策略来保证水头信号的安全可靠。同时，又引入了人工设值及人工置优先级等策略，大大提高了水头选择的灵活性[5]。

6.3机组有功调节监视

AGC程序监视机组是否按照AGC程序计算的机组设定值方向调节。如果机组在40 s内没有调节，同时机组实发值与最终设定值之间的偏差大于最大有功调节偏差，则发出“有功调节失败报警”信号，并将该机组退出有功联控。该功能对于某台机组出现有功调节失败的情况，AGC能很快调节机组跟踪有功给定，不至于出现长时间的功率缺额。