水电厂AGC控制系统性能分析及其优化应用

倪宏伟，盛锴，李正家

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.重庆大唐国际彭水水电开发有限公司，重庆409600)

水电厂AGC控制系统性能分析及其优化应用

倪宏伟1，盛锴1，李正家2

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.重庆大唐国际彭水水电开发有限公司，重庆409600)

文章分析了某水电厂AGC存在的问题，提出了AGC优化改造的方案，通过增加调速器功率调节模式，优化PID控制参数，优化AGC与一次调频相互配合关系，合理划分振动区域以达到优化目的。实际AGC变负荷试验的结果表明，经优化后机组AGC性能得到明显改善，能够满足调度的要求。

两个细则；水电机组；AGC；控制系统；一次调频

自动发电控制(Auto Generation Control，简称“AGC”)是并网发电厂提供的有偿辅助服务之一，发电机组在规定的出力范围内，跟踪电网调度下发的指令，按照一定速率实时调整机组出力，以满足电网频率和联络线功率控制的要求。AGC着重解决电力系统在运行中的频率调节和负荷分配，以及与相邻电力系统间按计划进行功率交换，AGC和一次调频是通过调整运行机组出力来保证电网供电频率在允许范围内的重要技术手段。

某水电厂安装5台单机容量350 MW的大型混流式水轮发电机组，机组监控系统采用南瑞公司的SSJ－3000型水电厂计算机监控系统，AGC组态在监控系统上位机中实现，包括负荷分配、振动区和水头信号的设置等。随着华中电网《华中区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》和《华中区域发电厂并网运行管理实施细则》(以下简称“两个细则”)的颁布与实施〔1〕，电网调度严格按照“两个细则”的要求对水电机组AGC性能进行考核，“两个细则”对水电机组AGC性能考核标准见表1。通过对电网调度AGC系统中有关该水电厂AGC考核数据的分析，该厂AGC的平均调节速率在110 MW/min左右，平均调节精度为0.016 Pe，可见该厂AGC主要是调节速率不能达到细则的要求(V≥280 MW/min)。

表1 AGC各项指标的考核标准

1 水电厂AGC问题分析

通过广泛调研、分析现有水电厂AGC投运情况，存在的主要问题有:

1)调节方式简单:影响调节性能水电厂的负荷调节方式多采用监控大闭环调节，调速器为开度模式运行。即由监控系统上位机将AGC负荷分配指令下达到机组LCU，由机组LCU向调速器发出“增”、“减”脉冲〔2〕，调速器按调节脉冲来控制导叶开度从而实现负荷的调整。该方式下指令经过多道转换、脉冲调节的精度控制非常有限，其调节速度和调节精度均不理想。

2)振动区域设置不合理:在AGC的控制策略中，一般都有避开振动区的设置，但多数水电厂存在振动区域划分不准、振动区设置单一的问题。AGC负荷指令的频繁变化，使得机组经常穿越或停留在振动区运行，导致机组的安全性和经济性受到影响〔3〕。

3)一次调频对AGC调节性能的影响:AGC要求机组出力实时跟踪调度下发的功率给定值，而一次调频则要求机组出力能及时响应电网频率的变化。由于调度自动化的原因，二者的要求有时会存在矛盾〔4〕。水电厂无论是采用一次调频优先(即一次调频动作时闭锁AGC指令的方式)，还是采用AGC优先(即AGC调节期间闭锁机组一次调频动作的方式)，都存在问题。

4)调节频繁和反调效应:导致难以满足小负荷调节的速度要求水电厂在AGC方式下负荷调节十分频繁〔5〕，经常遇到增负荷还没有调整到位，就接受到减负荷指令，使机组长期在加、减负荷之间来回调节。由于加上水电机组本身的反调效应、AGC指令的通讯延时等因素，大型水电机组在面对20～40 MW这样的小负荷指令调整时，很难达到细则要求的调节速率。

2 AGC性能优化改进及实施效果

针对上述存在的问题，选择该厂1号机组作为优化对象，以改善其AGC投运效果。

2.1 主要优化措施

2.1.1 增加调速器功率调节模式，并对PID控制参数进行优化

在调速器侧增加功率调节模式，调速器接收监控系统下发的4～20 mA有功功率设定值，通过PID环节将机组负荷快速准确地调节到设定值死区范围内(死区设置为10 MW)。保留原开度模式，原开度模式调节的调节方式保持不变，在监控系统增加调节方式选择功能，运行人员可根据需要选择调节模式为开度调节或功率调节，监控系统根据选择的调节方式发相应控制信号至调速器，调速器根据监控命令在功率调节模式和开度调节模式间进行切换。为此增加以下信号:

1)在监控LCU增加1个保持型开关输出信号，定义为:投调速器功率调节(测值为“1”)、投调速器开度调节(测值为“0”)。用于控制选择调速器的调节方式，接入调速器相应开入点。

2)在监控LCU增加2个开关输入信号:调速器在功率调节模式、调速器在开度调节模式。2个信号接收由调速器送至监控的状态信号，用于显示和判断当前调速器的实际调节模式。

3)在监控LCU增加1个4～20 mA模拟输出信号:机组有功设定值，该信号用于调速器系统功率闭环调节，输出至调速器系统相应模拟量输入点。

4)在监控LCU增加1个4～20 mA模拟输入信号，定义为:调速器有功设定值反馈，该信号接收调速器反馈的有功设定值信号，用于判断调速器实际有功设定值与监控AGC有功设定值是否一致。

为减少水电机组固有的反调效应影响，调速器功率回路采用三段式调节。初始阶段的调节作用较弱，以减少反调的影响；中间阶段的调节作用较强，以提高负荷响应的速度；结尾阶段的调节速度减弱，以提高调节的精度。

2.1.2 优化AGC与一次调频相互配合

调速器功率模式下，一次调频动作时，机组功率目标值为AGC给定值与一次调频量相叠加。频率回到死区时，响应AGC的指令变化，功率目标值为上位机下发的功率给定。

2.1.3 振动区域划分

根据不同水头下机组振动区域的划分，对监控上位机中的AGC避振程序进行优化。在AGC组态中填写好水头参数和水头对有功的限制及振动区等参数。

2.2 AGC性能优化效果验证

对优化后的机组进行AGC变负荷试验以验证优化效果，图1是机组AGC变负荷试验曲线。

由图1对AGC变负荷过程的调节速率和调节精度进行计算。AGC调节速率V的计算公式为

V＝｜ΔP/ΔT｜(1)

式中 ΔP为调节过程中负荷的变化幅度，ΔT为调节时间。

图1 AGC变负荷试验曲线

AGC调节精度e的计算公式为

式中 z为AGC目标指令；p为实际负荷；Pn为机组额定负荷；t2为调节结束时间；T0为精度统计计算时间，简单的算法就是取调节过程最后几个采样点的平均值(取T0＝5 s)。计算结果表明，机组AGC调节速度V为5.0 MW/s，调节精度为7.8 MW(“两个细则”要求速率V≥4.6 MW/s，e≤10.5 MW)。由此可见，经优化后的机组AGC性能可以满足“两个细则”的考核要求，从而验证了优化措施的可行性和有效性。

3 结语

本文根据华中电网“两个细则”中对于水电厂AGC的要求，结合某电厂AGC运行的实际情况，提出了一套机组AGC优化改进方法。经过现场试验和实际运行，表明优化改造的效果良好，对于同类型水电机组具有一定的借鉴作用。对于提高水电机组AGC性能，实现网源之间的智能自动化控制，对网源协调发展意义深远。目前，电网公司的AGC运行管理还处在探索和发展之中。电厂应在保证机组安全的前提下，尽量提高AGC服务水平。

1)电厂要进一步加强调速器功率回路的参数优化，以适应不同水头下机组AGC的调节速度和调节精度要求。

2)电厂AGC的分配策略应与电网调度充分交流，在保证机组安全运行同时，满足调度的要求，达到AGC分配策略的最优方式。

3)电厂要加强日常机组监视，发现因一次调频动作引起AGC调节过慢时要及时记录，争取调度对该情况免于考核。

4)针对小负荷变化、AGC指令短时间来回变化的情况，建议电厂与市调进行沟通，对于短时间(几十秒内)内朝同方向的变负荷指令尽量一次下达到位，否则会影响电厂的AGC考核速率。

〔1〕国家电力监管委员会华中监管局.华中区域电网两个《细则》2011版〔S〕.2011.

〔2〕滕毅.关于水电厂AGC合格率的探讨〔J〕.中国科技博览，2012(34):354-355.

〔3〕陈宏.水电厂机组AGC运行相关问题分析〔J〕.湖南电力，2013，33(3):37-39.

〔4〕何里，孟佐宏.水电机组一次调频功能关键问题的分析与探讨〔J〕.湖南电力，2011，31(2):1-5.

〔5〕田建华，钱建兵.中小水电厂AGC应用中的问题〔J〕.云南电力技术，2010(1):50-52.

Performance analysis and optimized application of AGC for hydroelectric plant

NI Hongwei1，SHENG Kai1，LI Zhengjia2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China；2.Chongqing Datang International Pengshui Hydropower Development Company，Chongqing 409600，China)

In this paper，the existing problems of AGC in a hydropower company are analyzed，and the method of AGC optimization is proposed.The optimization objective is achieved by increasing the power regulation mode of the governor，optimizing the PID parameters and the relationship between the AGC and primary frequency modulation，the reasonable division of the vibration region.The results of the actual AGC(auto generation control)load test show that the optimized AGC performance has been improved obviously，which can meet the requirements of the“two rules”.

two rules；hydropower generating unit；AGC；control system；primary frequency regulation

TM761.2

B

1008-0198(2016)01-0043-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2016.01.012

2015-08-10

倪宏伟(1978)，湖南湘潭人，高级工程师，硕士学位，从事水电厂热工技术监督和调试工作。