巨型水电站AGC 功能在监控系统改造中联合控制的研究及应用

陈超群，黄家志，艾远高

（中国长江电力股份有限公司三峡水力发电厂，湖北 宜昌 443133）

0 引言

某巨型水电站内装有14 台700 MW 混流式水轮发电机组，总装机容量9 800 MW。原计算机监控系统（以下简称监控系统）由长江水利委员会设计院设计，由瑞士ALSTOM 公司承建，以ABB 公司Advant OCS 系统平台（以下简称老系统）为基础设计开发，于2003 年投入运行，至今该套监控系统已稳定运行超过16 年。

近几年来，由于监控系统硬件设备投运时间较长，机组LCU、工作站及网络硬件等设备故障率逐年上升，严重威胁到该巨型水电站的安全稳定运行，因此于2019 年开始对其监控系统厂站层和现地层设备分别进行换型改造。2019 年年底，该巨型水电站监控系统厂站层设备改造完成，改造后的监控系统为中水科技H9000 V6.0 系统（以下简称新系统），自动发电控制（以下简称AGC）功能在新老2 套监控系统上成功实现联合控制并投入使用。

1 老系统AGC 应用系统结构

老系统AGC 高级应用系统由2 套互为冗余的系统组成。每套系统包括1 台应用程序工作站和1台应用程序控制器（使用AC450 控制器），如图1 所示：2 套系统互为主备，当主系统出现故障时，备用系统自动接管所有主系统应用。

图1 AGC 应用系统结构

应用程序工作站与应用程序控制器之间采用VIP 通信协议进行通信。应用程序工作站主要负责AGC 分配计算；应用程序控制器主要作为应用程序工作站与现地LCU 之间的通信转换接口，同时，应用程序控制器内还运行了一部分AGC 约束条件判断程序。

2 AGC 应用系统在监控系统改造过程中联合控制的总体设计

该巨型水电站由于其具有装机容量大、机组运行稳定可靠等特点，在华中电网担负重要的发电任务。因此，在本次监控系统改造过程中，要求其AGC功能保持连续平稳运行。然而对于已经投入AGC 的电站监控系统，在改造过程中的一个重要技术问题就是如何实现新老监控系统AGC 控制的平稳过渡。

2.1 问题分析

在该巨型水电站监控系统改造过程中，由于老系统采用瑞士ABB 公司Advant OCS 系统平台，其现地控制器AC450 所使用的MB300 网络通信规约与接口具有较强的专用性和封闭性，使得新系统厂站层投运后不能与现地控制器实现直接通信，进而无法对未改造机组进行监控，因此在新系统的厂站层投入运行后，将形成新、老系统并列运行的过渡期，即新系统监控改造后的新现地LCU，老系统监控未改造的旧现地LCU。

面临这种特殊的改造环境，AGC 应用系统的平稳过渡面临以下技术难点：

（1）新、老系统通信规约完全不同，如何保证2 套监控系统的上行和下行数据传输实时、有效、一致。

（2）如何实现AGC 应用系统在新、老系统中平稳过渡，安全稳定地对已改造和未改造机组同时进行负荷计算分配。

2.2 通信方式设计

在老系统中，应用程序控制器与厂站层之间采用的是VIP（Vendor Internet Protocol）通信协议，但由于ABB AC450 控制器所使用的MB300 网络通信规约与接口专用性和封闭性的问题，老系统中与厂站层实现通信接口的应用程序控制器必须在整个改造期间予以保留，因此在新系统数采/应用服务器中新增VIP 通信解析程序，将未改造的现地LCU 数据通过应用程序控制器中转接入新系统中，以实现新、老系统之间的数据传输，如图2 所示。

图2 新、老监控系统AGC 应用系统通信接口

2.3 AGC 功能设计

纵观其他巨型水电站AGC 应用系统在新、老系统中平稳过渡的方法主要有以下2 类：

第1 种：当改造机组台数少于2 台时，电厂的AGC 功能运行在老监控系统上；当改造机组台数多于2 台时，电厂的AGC 功能运行在新监控系统上，调度下发的全厂总有功是控制已改造机组的总有功，未改造的机组不参与AGC 控制，由运行人员进行手动负荷设定。

第2 种：随着现地LCU 改造的进行，调度侧将电厂临时分成两个电厂（未改造电厂和已改造电厂）。监控系统改造时，新老系统分别运行AGC 功能，调度侧对全部机组进行直接控制，但需要对不同的监控系统下发不同的两个全厂总有功设定值。

考虑到第1 种方法，由于现地LCU 改造周期较长，导致运行人员在很长一段时间需手动计算未改造机组实发有功并人为手动控制调节；第2 种方法，需与调度沟通，且调度侧AGC 程序需做较大改动。由于以上两种方法均存在运行操作繁琐、程序修改复杂，且不具备应急和快速恢复的功能，所以在该巨型水电站监控系统改造过程中，为避免新老系统AGC 功能同时运行导致负荷分配计算错误、分配时间出现偏差等问题，基于程序修改量最小化和运行操作便利的原则，本次改造采用了由新系统对该巨型水电站AGC 进行统一控制、老系统配合的方式。

电厂的AGC 功能运行在新系统上，取消老系统应用程序控制器内部的AGC 闭锁判断逻辑，由新系统统一进行负荷计算和分配，新系统经老系统应用程序控制器下发单机有功设定值至未改造机组，已改造机组的负荷则由新系统AGC 功能直接控制调节，如图3 所示。

图3 AGC 应用系统负荷分配

3 AGC 应用系统在监控系统改造过程中联合控制的实现及应用

在实际改造过程中，因为老系统AGC 高级应用系统由2 套互为冗余的系统组成，所以根据设计思路，在备用应用程序控制器进行了模拟试验，证明了该思路的可行性。随着新老系统通信连接、未改造现地LCU 的数据接入新系统、AGC 程序的厂内离线和在线试验、新系统AGC 程序投运，顺利完成了AGC应用系统在监控系统改造换型过程的平稳过渡。

3.1 新老系统通信实现

应用程序控制器与厂站层之间采用的是VIP通信协议，该协议用于ABB AC450 控制器和外部计算机或其他控制器之间的数据交换。VIP 是在建立以太网上的互联网协议，传输层支持传输控制协议TCP 和用户数据包协议UDP。

该巨型水电站VIP 通信传输层采用UDP 通信协议，通过上行数据包将机组LCU 数据上送至厂站层应用程序工作站，通过下行数据包将应用程序工作站中AGC 相关数据和命令发送至各机组LCU。其数据包格式为：30 个长整型，每个长整型包含30个开关量；模拟量10组，每组30个实型，如表1所示。

表1 VIP 通信数据包格式

在新系统的数采/应用服务器中新增VIP 通信程序时，其网络IP、端口、通道配置等均需与应用程序控制器相对应。断开备用应用程序控制器与老系统应用程序工作站的连接后，将其接入新系统数采/应用服务器进行通信调试，新老系统VIP 通信正常。

3.2 新老系统AGC/AVC 功能联合控制的实现

在老系统中，现地LCU 程序包含单机AGC 投入/退出、加入条件满足、有功联控运行模式等逻辑。现地LCU 通过MB300 网络将单机AGC 相关信号上送至应用程序控制器，经应用程序控制器内部的AGC 闭锁判断程序计算后，上送至应用程序工作站，由其AGC 应用系统进行负荷分配计算，有功设定值和AGC 投入/退出命令经应用程序控制器下发至机组LCU。

为实现新系统AGC 功能对未改造机组的控制，需修改备用应用程序控制器内的程序，取消AGC 闭锁判断等逻辑程序，程序只负责完成数据上送和下传的中转功能。新系统的单机AGC 投入/退出命令经应用程序控制器下发至未改造机组，未改造机组收到命令后根据其机组LCU 程序进行计算，将单机实发有功、AGC 投入/退出信号、加入条件满足信号、有功联控运行模式等信号上送至新系统，新系统根据接收到的信号来判断未改造机组AGC 状态，再进行AGC 负荷分配计算，如图4 所示。

图4 AGC 应用系统数据流向

新系统AGC 程序设计过程中，需注意区分已改造机组和未改造机组，已改造机组的负荷分配由新系统直接控制完成；未改造机组则由新系统以中转方式下发单机有功设定值至机组，与此同时，未改造机组的AGC 状态均由现地LCU 的AGC 程序计算得到并真实反馈至新系统。对于AGC 约束条件，在机组加入AGC 的条件中需增加对新老系统VIP 通信状态的判断，当新老系统VIP 通信异常时AGC 联控应自动退出。

断开备用应用程序控制器与老系统应用程序工作站的连接，按照上述方法修改备用应用程序控制器的程序后，将其接入新系统数采/应用服务器进行AGC 离线试验，应用程序控制器可准确接收单机有功设定值，新系统可正常接收单机AGC 状态信号，AGC 功能运行正常。

3.3 AGC 功能的应用

在备用应用程序控制器进行的新老系统VIP 通信和AGC 离线试验，证明了该思路的可行性，因此在AGC 功能由老系统切至新系统控制时，短时退出全厂AGC 功能，在主用应用程序控制器上实施该方法。

经过修改程序、新老系统通信连接、AGC 程序的厂内离线和在线试验、新系统AGC 程序投运，逐步完成了AGC 应用系统在监控系统改造换型过程的平稳过渡。在监控系统改造过程中通过采用新系统AGC 统一计算、老系统配合的联合控制方式，具有实际程序修改量小、负荷分配计算统一性高、无需运行人员手动调节等优点，有效提高了该巨型水电站运行的安全性和稳定性。

4 结束语

电站AGC 属于机组监控系统的高级应用功能，关系到电网的安全稳定与电站的经济运行。该巨型水电站在监控系统改造过程中，首次设计研究AGC功能在新老系统联合控制的方法，考虑内容全面，且经过实践验证并顺利实施和应用，既保证AGC 功能对全厂机组的统一控制，又最大程度减少程序修改量、操作便利、客户化程度较高，新系统AGC 功能主要性能指标优良，有利于保证设备的安全稳定运行。同时该巨型水电站AGC 功能在监控系统改造过渡期联合控制的实施方法为以后其他电站监控系统改造提供了有益的借鉴。