水电机组AGC运行及控制策略研究

陈新凌，沈梓正，周智成

（广西电网电力调度控制中心，广西 南宁 530023）

0 引 言

自动发电控制（又称AGC），在水电工程中，是调节不同发电厂中多个发电机有功输出以响应负荷变化的系统，是能量管理系统中的重要功能。AGC以控制调频机组出力的方式来满足用户不断变化的用电需求，同时让系统处于经济状态的运行中。AGC已成为水电运行的一种重要手段，通过使用AGC技术，普遍提高了水电工程的工作效率，也大大增加了水电工厂的经济收益。但实际运用中，AGC也不可避免地造成了一些不良的影响。例如，负荷频繁变动，导致严重的机组磨损，加快机械损坏速度。

1 水电机组AGC运行存在的问题

1.1 水电机组AGC的运行方式

水电机组中，AGC是在以区域系统为单位的前提下，对不同发电厂中不同的发电机组的出力进行控制的一种运作手段。AGC的工作任务，主要分为三点。第一，在满足系统安全性的约束条件下，对水电工程中的发电量实行经济调度控制，简称EDC；第二，将其他地区和本地区联络线上的交换频率控制在协议规定的数值上；第三，根据额定值维持系统的频率，工作状态稳定的情况下，系统频率可以出现-0.05～+0.2 Hz的误差，这个误差区间根据系统容量的大小来规定。

1.2 水电机组AGC运行的情况

AGC是电力系统对并网发电机组的基本要求，具备一定容量的并网机组都应该具备AGC功能。水电机组具有启停迅速，负荷调整速度快及调节范围大的特点，是最适合投入AGC运行的机组类型，承担着电网主调频的任务。此外，随着调频电力市场的发展，进入调频市场的机组都应具备AGC功能，且调节性能需满足特定要求。水电机组投入AGC运行后，在电力系统调频、联络线控制等方面起到了重要作用，但同时也给机组带来了一些问题[1]。

1.2.1 执行指令的周期过长

AGC在投入运行时，从接受到省调的有效指令后，平均需要经过6 s的时间，才能进行功能分配。这个接受指令的时间相对较长，会直接导致系统无法有效地进行调节工作。

为了更有效率地进行调节工作，水电厂对其进行修改优化，将6 s的执行指令接受周期改为2 s，大大加快了水电机组接受执行指令的时间[2]。

1.2.2 负荷调节幅度过大

因为AGC的运作原理，水电机组AGC在运作过程中，常常发生大幅度的负荷调节。同时，水电机组因为长时间的超负荷运作，会对很多运作的机械设备造成严重的损伤，减少机械设备的使用寿命。如果水库处于高水位，在水电机组AGC的运作下，水轮机的水龙头超过了设计要求的位置，会造成导叶无法达到全开的状态，从而造成叶片出现裂纹，易发生导叶被拉断的状况。

因此，运用计算机的监控系统，将AGC的调节信号直接发到控制中心的计算机上，让水电工厂的控制中心进行分析与配制，最后合理有效地将变动负荷分散到水电工厂的其他机组[3]。该方式能大大减少水电机组AGC运作后因大幅度的负荷调节而带来的机械损伤，加大机械使用寿命。此外，需对导叶进行加厚处理，同时采用橡胶材料作为导叶的主要原材料。

1.2.3 水电机组开关频繁投切

水电机组AGC运作过程中，因负荷的不断变化会频繁地关机和启动。这不仅会严重磨损水电机组，还会导致水电机组的垫片、螺帽松动和脱落。同时，频繁地开关水电机组，开关的转换节点容易发生移位，会导致开关无法正常闭合。

为了使水电机组AGC在运作中不会因振动和摆度导致跳闸，引发频繁的关机和启动事件，工作人员需加大对震动和摆度变化的关注，在水电机组发生异常情况时，及时采取相应的措施。同时，及时检查水电机组机械部件的损伤情况，若发现无法使用的机械部件，应及时更换[4]。

2 水电机组AGC的控制策略

2.1 AGC控制策略简析

AGC的基本功能是对负荷频率进行控制、备用容量进行监视以及经济调度进行控制等，以保证发电的出力与负荷达到平衡，同时保证系统的频率在额定值上，使净区域联络线潮流与制定的计划相等，把运行成本最小区域化[5]。

2.2 AGC控制策略现状

水电机组AGC经过不断的改良和优化在负荷调节方面已经实现了完全市场化的运行，已经使水电机组的负荷减小。负荷的变化和较强的调节能力使水电机组可以充分发挥自身优势，能够更全面地满足人们和生产工艺对水电的需求。使用AGC控制能够有效地降低水电工厂的运营成本，并能够确保水电机组的经济性能。

2.3 老旧设备的更替策略

水电机组AGC的控制过程中，水电机组的各项机械设备会长期处于频繁地开启和关闭的高速变化过程，让各项设备处于高强度的工作压力中。这会降低设备稳定的运行程度。因此，一些无法适应AGC控制的老旧设备将根据水电机组的切实情况被更换。如果不及时更换老旧设备，那么就无法有效地保证阀门的精确程度，会降低各项设备的使用寿命[6]。

2.4 改善和加强受力部件策略

随着时代的发展，人们用电和社会工业生产用电的需求日益加大，水电机组的负荷调整频率也不断增大，所以设备调整过程中，调整过快和调整过于频繁的现象经常发生。为减少AGC调整对水电机组的不利影响，需合理控制利用水电机组AGC系统，确保AGC系统在负荷调节的速度能够把控在原有的设计条件以内。同时，水电机组AGC在调整过程中，常常会使水电机组的很多工作机械因外力作用和水流作用而承受很大的工作压力，会使水电机组的机械设备在负荷变化的过程中出现大量的磨损。因此，一旦发现设备的关键部位有磨损，且磨损程度达到无法继续承受AGC控制的运作程度，就需要及时进行材料更换[7]。

2.5 根据负荷程度对设备进行分配和调节策略

传统AGC控制是通过电网里的AGC控制室对各个机组里的装置起到控制作用。随着时代的进步，科技进一步发展，目前已经采用了现代化智能的AGC控制。现代化智能AGC控制能让水电机组的设备可以直接将各种讯息以自动化的方式反馈给智能控制中心，使整个控制过程得到进一步的细化。智能AGC控制可以根据系统的消息反馈来对某一个控制点展开更有针对性、更有效果的控制操作，进而根据负荷程度的不同来改变控制点的运作状态。需注意，必须对峰值的变化保持高度重视。此外，为了能够更加适应因AGC控制变化带来的运作状况的变化，水电工厂需要根据自身情况单独安排一台备用的水电机组。

3 结 论

经济快速发展的当今时代，水电工程的运用也在不断发展和优化，做出进一步符合社会需求的状态调整。AGC被广泛运用于水电工厂，虽然大大提高了水电工程的工作效率和经济利益，最大化地实现了资源的有效利用，但是也带来了不少的安全隐患。为了使水电机组在投入AGC后运作状况更加良好，水电工厂采取了一系列有效措施，更好地推进了水电机组AGC的工作效率，大大推动了我国水力发电的可持续发展性。