梯级水电站联合调度AGC的研究

刘江涛， 周 政

(四川华能宝兴河水电有限责任公司，四川 雅安 625000)

0 引 言

自动发电控制(automatic generation control，AGC)是梯级水电站联合运行和优化调度的重要工具[1]。随着电力系统自动化程度不断提高，水电站自动化水平不断完善，以梯级水电站为基础的联合调度AGC功能已经广泛应用于流域梯级电站运行调度中。但是由于梯级水电站之间机组存在着不同的运行情况，各水库间存在着不同的区间流量及生态放水要求，且大多数梯级水电站水调及电调系统分别独立，难免会发生水电站间负荷分配不合理，水能利用效率降低导致水资源浪费等情况。

为改变这一现状，将电调与水调有机地结合起来，合理有效地利用水资源，经济、合理、准确地对同一流域梯级水电站进行联合调度AGC。下面以A水电站及B水电站为例子，分析如何根据机组水头、区间流量、生态流量变化，实现梯级水电站AGC联合控制，并提出了相应的计算机监控系统的程序设计方案。

1 项目背景

A水电站为宝兴河梯级开发的龙头水电站，装机容量3×80 MW，混流式水轮发电机组。下游B水电站距离A水电站35 km，装机容量3×35 MW，混流式水轮发电机组。A水电站出线在B水电站π接后统一送出。目前A水电站和B水电站分开，分别由集控中心实行独立的水库调度和电站负荷调度。由于A水电站与B水电站均有生态放水要求，区间流量对水库影响较大，且省调负荷下达可能存在不匹配现象，不可避免地会发生水电站负荷分配不合理，导致水资源浪费的现象。为实现水调与电调的有机结合，更为经济、合理并提高效益，拟对两个水电站实行联合调度AGC，提高水能利用率和经济效益。

2 梯级水电站AGC联合控制功能

2.1 AGC功能方案

A水电站与B水电站的负荷统一由集控中心的联合调度AGC进行控制，由A、B水电站联合调度AGC上送至省调。A、B水电站将电站可带有功功率上下限、振动区等上送至联合调度AGC装置，由联合调度AGC来计算分配两站总有功功率。此方案需要在集控中心增设一套设备，用于负荷分配计算。总有功功率经过联合调度AGC计算后，得到A水电站总有功功率P1总、B水电站总有功功率P2总，分别送至A水电站AGC和B水电站AGC，然后由各自水电站AGC进行有功功率分配、调节。

数据流向示意如图1所示。

图1 数据流向

2.2 梯级水电站间负荷分配

A水电站与B水电站进行负荷分配时遵循上、下两个水电站皆不发生弃水的原则。由于A水电站水库为龙头水库，具有年调节能力，其库容较大，而B水电站库容较小，水库调度根本原则采用以A水电站总下泄流量QA下泄等于B水电站总下泄流量QB下泄的方案，可表示为：

QA下泄=QB下泄

(1)

QA下泄=QA+QA生

(2)

QB下泄=QB+QB生+Q区

(3)

式中：AA生为A水电站生态流量；QB生为B水电站生态流量；QA为A水电站单机每兆瓦引用流量；QB为B水电站单机每兆瓦引用流量；Q生为A水电站与B水电站生态流量差值；Q区为A水电站与B水电站区间流量。

PA为分配给A水电站出力总负荷；PB为分配给B电站出力总负荷；P总为省调下令的A、B水电站联合调度AGC总设定值。则：

(4)

当水轮机组净工作水头H发生变化时，则采用实时水头下的单机引用流量值进行计算，各水头下单机引用流量值可参考投产时水轮机特性曲线。根据水能动力学原理可得出，水轮发电机组出力P与机组发电耗水量Q有如式(5)关系：

P=9.81QHη

(5)

在式(4)、式(5)中，在P总由省调给定的情况下，机组效率系数η根据各自水轮机特性曲线算出，各水电站生态流量值按照当地政府相关政策制定，A水电站与B水电站区间流量Q区可由水调水情测报系统实时传输给定，因此可由式(4)、式(5)计算得出分配至A水电站、B水电站总有功负荷PA、PB。

3 AGC功能完善

3.1 联合调度AGC控制权限

梯级水电站联合调度AGC功能是通过省调电网向梯级调度集控中心下发总负荷指令，梯级调度集控中心经过优化计算，通过约束及闭锁条件后，向厂站下发相应负荷并调节。该联合调度AGC控制权分为3种，实现分级管控，逐级投入：

1)厂站的控制权：投入/退出参加联调功能。

2)省调的控制权：联调总值设定。

3)集控的控制权：投入/退出联调功能；开环/闭环功能切换。

当联合调度AGC控制模式为“开环模式”时，联合控制计算机系统将只计算分配值不下发分配值；当联合调度AGC控制模式为“闭环模式”时，联合控制计算机系统将计算值分别下发至A和B两水电站。各厂站站级AGC控制模式为“开环模式”时，站级AGC控制计算机将只接收分配值；各厂站站级AGC控制模式为“闭环模式”时，站级AGC控制计算机将接收分配值，并将分配值减去未参与AGC联调机组的负荷后，平均分配给加入联合调度AGC的机组LCU，下发指令控制调速器系统调整负荷。

控制权切换后，联合调度AGC动作逻辑如表1所示。

3.2 联合调度AGC通讯功能

由于梯级水电站联合调度AGC由厂站、集控及省调三方协调控制，需要三方之间通过通讯接收和发送联合调度AGC相关的遥测、遥信、遥调信号，则联合调度AGC通讯功能分为3部分：1)电站与集控联调通讯机通讯；2)省调主调与集控网关机通讯；3)省调备调与集控网关机通讯。

当通讯功能发生故障时，联调AGC动作逻辑如表2所示。

3.3 联合调度AGC约束及闭锁

当然，在计算联合调度AGC有功负荷值时，还应考虑到各机组的不可运行区间，包括机组的有功负荷出力上下限、机组振动区间等，此外还需要考虑到系统对水电站要求的备用容量及对水电站上、下游水位限制等因素[2]。

当区间流量、生态流量及机组运行水头发生变化时，联合调度AGC总设定值的上下限将会发生改变。若设定值越限或设定值位于振动区间时，联合调度AGC系统将会发出报警，设定值失效，保持上次分配值。当省调设定值连续错误3次报警，AGC联控设置权在“主调”“备调”情况下，自动切换至“梯调”设置权。省调设定连续错误未达到3次，若下次设定值正确，重置计数。

机组LCU接受到分配值后，根据单机步长调节灵敏度判断做出判断，若实际值与分配目标值差距小于灵敏度或超过步长设定值，将不进行负荷调整。

4 联合试验结果及分析

梯级联合调度AGC功能的实施，需要通过三级联合测试，分别为厂站级、集控级、省调级。通过在集控增加梯级调度联合控制AGC计算机监控系统，建立厂站级AGC控制系统，测试厂控、集控、省调控制3种模式下的AGC指令分配功能以及验证各种模式下的闭锁功能[3]。

现以A和B水电站某天机组运行情况为基础，加入梯级水电站联合调度AGC，采取厂控、集控、省调三方联调的方式，由省调下发联合调度AGC总负荷值，通过梯级水电站联合调度AGC控制自动分配有功负荷。梯级水电站联合调度AGC控制自动分配有功负荷逻辑如图2所示。

当区间流量固定为10 m3/s，试验测试结果如表3—表5。

当设定值不变，区间流量发生改变时，联调允许设定值上下限会发生相应改变，并且处于上游的A水电站计算分配值将会随着区间流量增加而减少。相关试验测试结果如表6—表8所示。

表1 控制权切换联合调度AGC动作逻辑

表2 通讯功能故障联调AGC动作逻辑

图2 梯级水电站联合调度AGC控制自动分配有功负荷逻辑

表3 区间流量固定联调机组情况

表4 区间流量固定正常设定测试结果 单位：MW

表5 区间流量固定越限设定测试结果 单位：MW

表6 区间流量改变联调机组情况 单位：MW

表7 区间流量改变正常设定测试结果 单位：MW

表8 区间流量改变越限设定测试结果 单位：MW

通过厂控、集控、省调三方联调试验，检验联调三方之间的AGC功能相关的遥测数据、遥信信号与遥调指令正确无误，机组均能准确规避运行振动区且均在机组运行上下限范围内。联合调度AGC响应速度、调节幅度均在规定范围内。经过模拟异常信号及错误设定值，查验了联合调度AGC各项闭锁功能正确无误，符合安全运行的实际需求，能够保障机组正常稳定运行，且在不同区间流量的情况下，联合调度AGC均能正确响应。

5 结 语

为了优化A水电站与B水电站联合调度AGC运行，评估两水电站生态流量、区间流量对联合调度AGC的影响，阐述了如何根据机组水头、区间流量、生态流量变化实现梯级水电站联合调度AGC，并给出了相应的计算机监控系统的程序设计方案及详细计算公式。将水调水情测报系统实时数据加入至电调联合调度AGC负荷分配计算中，并通过三方联合调试试验，实现了水调与电调有机结合，为梯级流域水电站增产增效，发挥梯级水电站整体运营优势提供帮助。