基于厂网协联的大型水电站自动发电控制策略分析与制定

2017-09-07陆建宏

水电站机电技术 2017年8期

关键词：全厂设定值差值

陆建宏

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都 610051）

基于厂网协联的大型水电站自动发电控制策略分析与制定

陆建宏

（雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都 610051）

大型水电机组具有调节速度快，调节性能好等优点，保障了电网电能质量。本文首先介绍了本大型水电站监控系统改造后AGC运行实际情况，并根据电网发生的一起水电站AGC运行策略、安全闭锁策略不合理、不完善引起的事件为经验，以电网调度下达的《AGC电厂安全控制策略核查要点》为技术要求，重点排查AGC安全策略是否完善，是否会对电网和电厂安全稳定运行造成影响，并结合电网要求和各大型水电站AGC运行实际情况提出了防范和管理措施。

水电站；AGC；运行；安全闭锁；策略

1 引言

电网频率是衡量电能质量的重要参数之一[1]。频率调节的任务就是当系统有功功率不平衡而使频率偏离额定值时，调节发电机出力以达到新的平衡。自动发电控制（AGC）就是频率的二次调整方式[2-3]。大型水电站以及大型水电机组不断投运，大型水电机组所具有的调节速度快，调节性能好等优点，配合自动发电控制（以下简称“AGC”）技术的应用，对提高电网电能质量发挥了重要作用。

2 本站AGC运行情况

2.1 AGC概述

本水电站AGC系统的硬件设备由两台冗余的控制器(AGVC1、AGVC2)及AGVC切换装置组成，经安德里茨的人员编程实现。AGVC1、AGVC2分别位于监控后台机房监控系统1号服务器柜、2号服务器柜内，AGVC切换装置在1号服务器柜，电源位于盘柜后面。切换装置方式把手正常在“AUTO”位置，当主用发生异常时，会自动切换至备用。

2.2 AGC工作原理

本水电站AGC正常时投入调度侧控制，各机组有功控制在“可投”状态，调度侧AGC下发本水电站总有功设定值，本水电站侧调度网关机（PPDC1PPDC2）接收后，通过监控主网络下发给AGC主机（AGC1AGC2），AGC经过计算后将负荷分配至各机组LCU，机组LCU下发给调速器执行，同时AGC将本站总负荷上送给调度AGC系统。

2.3 运行分析

通过调取AGC全厂总有功实测值、AGC全厂总有功目标值、省调（主调）AGC有功设定值、有功缺额等数据，分析数据变化规律，寻找缺陷相关原因，提前采取防范措施，有效避免故障的发生，减少因AGC故障对电力生产带来的各方面影响[4-5]。鉴于AGC数据过于庞大，本次分析数据随机抽取一周的数据，每5 min取一根数据。结果分析如下：

（1）有功功率缺额报警，指如果总有功设定值不能完全分配到机组则给出该报警。由图1可以看出，AGC系统有功功率在-40 MW～40 MW之间，为正常值范围内。但由于机组在振动区边缘运行，有功功率无法分配，不影响机组正常运行。

图1 有功功率缺额统计

（2）AGC有功设定值越限报警，有功设定值超过有功最大变幅（电厂侧200 MW，省调侧240 MW）或超过机组总有功最大限制（操作员设定），或低于电厂最小功率限制，设定值与实测值差值小于15 MW，给出该报警。

（3）有功分配值错误，指机组有功设定值总加与AGC目标值差值大于220 MW时，给出该报警。由图2可以看出，区间内最大差值127.67 MW，因此无有功分配值错误报警，有功分配正常。

图2 AGC总有功目标值与全厂总有功实际值偏差

（4）AGC有功设定值与输出值校验故障，指AGC投入情况下，当AGC有功设定值与投入可控机组有功输出值差值大于220 MW时，给出该报警并退出电站AGC。

（5）AGC设定值跟踪故障，指当总有功设定值和总有功实发值偏差大于80 MW且持续2 min时操作员报总有功不跟随设定值报警信号，同时退出电站AGC。

（6）AGC有功设定值不可分配报警，指AGC有功设定值在等值振区时，给出该报警。

3 AGC安全策略不完善引起的事故

然而由于AGC安全策略不合理，安全闭锁逻辑不完善以及人员误操作等问题[6]，造成的电网负荷大幅波动仍时有发生。如某水电厂AGC发出错误控制指令，导致全厂有功出力从2 072 MW大幅降至259 MW，高压线路侧有功从2 537 MW迅速升至3 889MW，系统频率降至49.941 Hz。经分析，认定此次异常主要由AGC软件控制策略缺陷造成。如：实时库过渡状态数据异常、数据访问接口未处理错误返回值、控制功能启用时直接使用历史设定值、控制值未与当前出力校验等。

4 AGC策略制定

4.1 AGC运行策略分析

AGC正常运行有投入“调度侧”、“备调侧”和“电站侧”3种调节权限，因此，应考虑以下运行策略：

（1）各控制模式下设置独立的运行方式

AGC调节权限分为电厂设值权、调度设值权、调度备调设置权。当某一调节权限投入时，AGC系统将执行对应的设定值。在设置好权限后，根据AGC控制方式设置AGC开环模式(即：AGC程序仅给出参加AGC机组有功分配指导，但不作为机组设定值，此时机组有功设定值由运行人员给定)和AGC半闭环模式（即：AGC程序给出参加AGC机组有功设定值，通过机组LCU作用至机组执行。此时机组有功设定值跟踪AGC设定值），两种模式只能投入一种，投入后自动闭锁另一模式。AGC控制方式又设置了全厂总有功定值方式（即全厂总有功固定值不变，然后根据程序计算后下发至并网机组执行）和AGC调度曲线控制方式（由西南分中心下发96个负荷计划值构成负荷日调节曲线，每15 min调节一次，AGC系统根据日调节负荷曲线对机组进行负荷调整）。在并网机组投入AGC至厂站侧控制时，可根据实际运行情况选择投入全厂总有功定值方式或者AGC调度曲线控制方式；在AGC投入调度侧或者备调侧时，只能投入全厂总有功定值方式，执行上级调度下达的总有功指令。AGC运行方式见表1。

表1 AGC运行方式表

（2）设置全厂AGC成组控制投入条件

AGC投入和机组自动开停机一样，必须设置相应的投入条件，才能保证并网机组投入AGC控制后安全稳定运行，同时保证不影响电网的安全。因此，本水电站AGC成组控制投入设置了以下8个条件：①AGC控制单元与机组LCU通讯正常；②机组有功测量正常；③机组无事故；④AGC1或AGC2正常；⑤与两套调度网关机（PPDC1/2）通信正常（投省调设值权时）；⑥与调度通讯正常（投调度设值权时）；⑦与9号LCU通讯正常；⑧至少有1台机组投入AGC闭环。

（3）机组AGC优先级与安控装置切机顺序一致

一般情况下，在水轮发电机组效率不同时，通过设置并网机组在AGC中的优先级，让效率高的机组优先发电，从而提高水能利用效率。另外，在一些特定情况下，由于电网原因导致机组频繁跨越振动区时，设置机组优先级，还可以选择不同的机组进行跨越振动区，避免同一台机组的频繁跨越。由于本站安控系统按照电网要求进行升级改造后，安控装置切机顺序由原来的优先级一致变成了根据机组优先级进行切机（表2），为保证机组切机正常，同时避免因机组负荷造成过切，并网机组AGC优先级设置与安控装置机组切机顺序保持一致。

表2 安控装置改造前后优先级与AGC优先级设置表

（4）设置单机循环负荷步长

水电厂一般作为电网的调频厂，负荷调节频繁。当负荷调整变化量不大时，如果AGC对全厂机组进行重新分配，可能导致机组所分配的负荷变化量在机组调速器的调节死区，而无法执行。通过设置单机循环负荷步长，可避免此类情况，即在AGC程序设定循环负荷步长，如30 MW，通过机组优先级设置，按阶梯进行负荷调整。当调整负荷时，每次循环由优先级最高或最低的机组优先调整负荷，步长最大为30 MW，小于30 MW则由该台机组承担，超过部分由次优先级的机组进行承担。依次类推，如所有机组投入AGC控制的机组均进行了一次分配，则开始下次循环。

4.2 AGC安全闭锁逻辑

为保证电站AGC可靠运行和电厂设备安全运转[7]，正常情况下，AGC能够根据调度下发的有功目标值或者电厂设定值进行发电。但由于电站AGC控制策略、机组运转特性、运行操作等问题，可能会致全厂出力在很短时间内出现大幅波动，对电厂和电网的安全运行造成很大影响和冲击。因此，必须对AGC安全闭锁策略进行完善。根据电网调度要求和《四川电网AGC电厂安全控制策略核查要点》，本站AGC安全闭锁逻辑设置如下：

（1）调度要求厂站AGC策略

1）为避免发电厂／机组AGC在控制权切换时发电厂／机组有功出力波动，当控制权切换后，应采用当前全厂／机组有功实际出力覆盖命令给定值。

2）不同通讯规约（IEC104、IEC101）之间的切换不应对发电厂／机组AGC系统造成干扰。

3）发电厂／机组AGC应对全厂／机组负荷给定值进行合理性（包括不在可调范围内、超差等）判断，对不合理的给定值不得采用和保留。

4）连续多次收到不合理的全厂／机组负荷给定值时，应执行相应的安全闭锁逻辑。

5）发电厂／机组AGC在进行超差判断和负荷分配时应采用全厂／机组负荷给定值与全厂／机组有功实际出力比较的方式进行计算。

6）监控系统数据库状态异常时，AGC程序应执行相应的安全闭锁逻辑。

7）发电厂／机组AGC应读取当前的全厂／机组负荷给定值来执行分配计算，不应采用历史数据参与计算。

（2）有功下发/设定值变幅与上下限限制

设置有功下发/设定值最大变幅（如200 MW）限制，在有功设定值变幅超过设定值时，AGC拒绝执行，仍按原设定值发电，并给出报警，提醒电厂运行人员，由运行人员根据情况进行处理。可避免由于接收到的调度AGC主站下发的错误设定值或者由于人员错误输入的设定值等造成的出力大幅波动情况。有功的最大变幅应根据当地系统情况，由调度部门确认。设置上下限限制，可避免设定值超出当前AGC控制的所有机组最大、最小出力，导致的负荷无法调整到位情况。

（3）机组有功调节监视

当有AGC与机组LPU通讯中断、或者机组LPU故障等情况将导致机组无法按AGC设定值进行发电。因此需对机组有功调节进行监视[8]。

1）应确保机组LPU正确接收AGC下发值，当AGC向机组LPU下发设定值后，机组LPU把接收到的值返回到监控系统或者AGC，并判断两者是否一致。如不一致，或者长时间未返回，则退出全厂机组AGC控制，并报警。

2）当机组LPU接到设定值时，如果机组在40 s内没有调节或者一定的时间范围内(如3 min)，机组实发值与最终设定值之间的偏差大于最大有功调节设定偏差，则发出有功调节失败报警。

3）当投入AGC控制的机组有功测量值故障，无法检测到机组有功出力时，则退出全厂机组AGC控制，负荷保持不变。

4）因避免机组频繁跨越振动区，而造成的新设定值与原设定值之间的有功差额，应能及时报警，提醒运行人员。

（4）GIS保护动作退出全厂AGC控制

安全稳定控制装置或线路保护动作跳闸时，自动退出全厂机组AGC控制，转为独立手动控制，保持负荷不变。为了防止安全稳定控制装置及线路保护等在检修和试验时误将AGC退出，监控系统上可设置相对应的“闭锁安稳装置/线路保护动作退AGC功能”按钮，当装置检修或试验时应投入其闭锁按钮。

（5）AGC系统增加全厂总有功和线路总有功差值保护

当机组总有功与线路总有功差值绝对值大于电厂设定的门槛值时，电厂AGC功能退出运行。对监控中AGC程序修改（图3）。

图3 AGC程序修改

其中信号“ETN.JC.AGC.P.P_LU_DIFF”（机组线路总有功差值越限报警）用于退全厂AGC，且送上位机报警。“ETN.JC.AGC.CTL.P_BRAKE.MODE”（机组线路总有功差值保护退AGC闭锁投入）表示闭锁总有功和线路总有功差值保护退全厂AGC功能，用于线路上变送器维护等情况时，运行人员通过投入该按钮，确保AGC系统能正常投运，线路总有功和机组总有功差值绝对值取80 MW。在监控AGC画面上增加一个按钮，具备“机组线路总有功差值保护退AGC闭锁投入命令”“机组线路总有功差值保护退AGC闭锁退出命令”功能。在退全厂AGC条件中增加“机组线路总有功差值保护退AGC”。

4.3 管理措施

AGC除需要全面考虑各种可能出现的运行情况，并设计相应的安全闭锁[3～4]条件外，在实际运行中运行人员必须把好运行操作关，工作中应配合采取相应的管理措施：

（1）运行人员需了解AGC逻辑体系和策略，对相应报警和故障，应能做出正确的处理。

（2）在AGC投入前，运行人员必须根据定值表核对AGC参数。

（3）在投入/退出AGC控制时，运行人员必须检查设定值与实发值是否一致，确保不发生负荷的大幅变化。

（4）对可能影响AGC正常运行的工作，应提前做好安全防范措施，必要时退出AGC，手动控制。

5 结语

AGC在为运行工作提供便利的同时，必须确保其安全可靠运行，尤其对运行人员而言。随着电网《两个细则》的实施，加大了对电能质量的考核，其中AGC更是考核内容的重点。厂站AGC系统不但是电网系统二次调频功能及系统电压控制的基础，也是流域梯级电站实现EDC运行的基础[9，10]，确保AGC的安全可靠运行，不仅关系着电网、电厂的安全稳定运行，更关系着电厂的经济效益。

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