巨型水轮发电机组AGC 与一次调频功能配合优化及应用

周立成，白 二，金笑笑

（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

自动发电控制系统简称AGC，通过在保证电站设备正常、满足各项限制条件的前提下，合理地组织调度电站的发电设备，迅速经济地控制整个电站机组的启停和有功功率的调整，来满足系统需要，使电站出力与调度下达的总负荷随时保持一致，同时使用水量最小，从而获得尽可能大的经济效益。

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[1]。

AGC 有国调、梯调及站控3 种调度模式。AGC调节方式有：有功给定、负荷曲线、调频方式和频率补偿方式。

机组投入一次调频功能后,原有的AGC 与一次调频功能之间会存在冲突，AGC 要求机组有功实时跟踪调度下发的有功给定值，而一次调频功能则要求机组有功能及时响应电网频率的偏差。且在一次调频动作后，机组有可能进入振动区运行，这是由于原AGC 有功分配约束条件中没有考虑一次调频对振动区的上下沿的影响所致。因此科学合理的设计两者之间的配合方式及有功分配策略对保证机组安全可靠运行具有重要意义。

1 机组AGC 与一次调频配合改进方法

根据《水轮机调节系统并网运行技术导则》（DL/T 1245-2013）5.3.11 条要求，一次调频的优先级高于AGC 或功率闭环调节，在机组AGC 投入运行或监控系统功率闭环调节方式下，机组一次调频功能应不受监控系统影响，一次调频应与AGC 或功率闭环调节相互协调。鉴于巨型水轮发电机组一次调频即将投入使用，故对监控系统AGC 程序及LCU程序功能做相应优化，以配合机组一次调频功能投入，避免出现与调速器一次调频动作反向调节的问题[2]。

1.1 监控系统AGC 功能改进

对于AGC 与调速器一次调频之间冲突的问题，采取调速器一次调频优先的方式，避免AGC 与调速器一次调频同时对机组有功进行调节。当参与AGC 联控的机组一次调频动作时，AGC 不对该机组下发有功调节指令，且不判断该机组的有功调节偏差（正常情况下，单机有功调节偏差达到20 MW 时自动退出AGC）。待该机组一次调频动作信号复位后，AGC 再恢复该机组有功调节。一次调频动作信号复位15 s（完成调节量90%）后再开始判断该机组调节偏差。

这种冲突处理方式的影响是，如果调速器一次调频动作期间正好是调度负荷曲线的调整点，可能造成机组负荷调整指令延迟下发。

1.2 LCU 闭环调节功能改进

当前某水力发电厂机组有功闭环模式投入时，LCU 有3 种方式调节调速器有功，如图1 所示。

图1 某水力发电厂LCU 有功调节方式

（1）有功模拟量调节方式

机组LCU 直接将有功设定值通过AO 通道发送至调速器，在调速器内部进行闭环调节。

（2）有功脉冲量调节方式

机组LCU 将有功设定值与实测有功值进行比较，经有功增减脉冲计算模块计算后，输出相应脉冲宽度的增减脉冲，经DO 通道发送至调速器，对调速器内部有功设定值进行增减。

（3）有功开度调节方式

机组LCU 将有功设定值与实测有功值进行比较，经开度增减脉冲计算模块计算后，输出相应脉冲宽度的增减脉冲，经DO 通道发送至调速器，对调速器内部开度设定值进行增减。

由此可见，一次调频动作期间，机组有功发生变化后，在有功模拟量调节方式下，因LCU 有功设定值没有变化，调速器的有功设定值就不会变化，LCU对调速器调节没有影响（已在机组一次调频试验中得到验证）。但在有功脉冲或开度方式下，因LCU有功给定值与有功实发值存在差值，LCU 会进行反调节，抵消调速器一次调频动作时的有功调节量。

对于LCU 与调速器一次调频冲突的问题，需对LCU 程序作如下改进：在有功脉冲或开度方式下，一次调频动作期间及一次调频动作复位后的时间段T内，LCU 的增减脉冲输出闭锁。根据《DL-T 1245-2013 水轮机调节系统并网运行技术导则》要求，将T 设为30 s，如图1 中的通道②所示。

1.3 机组AGC 与一次调频配合振动区改进优化

避开振动区遵循以下原则：避免机组有功功率频繁穿越振动区；避免机组功率大范围波动；有功给定值与实际有功功率偏差最小[3]。

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[4]。

避开振动区的约束条件为：

式中,Pijl—第i 台机组第j 个不可运行区的功率下限；Pijh—第i 台机组第j 个不可运行区的功率上限；j—不可运行区个数（j=1，2…m）。

由于一次调频的优先级高于AGC 或功率闭环调节，在机组AGC 投入运行或监控系统功率闭环调节方式下，机组一次调频功能应不受监控系统影响，如果机组当前运行工况处在振动区边缘，则一次调频动作后机组可能会进入振动区运行，这对机组的稳定运行不利。优化方案是在原有的AGC 避开振动区算法中，在振动区上下沿叠加一次调频功率补偿量限幅值作为一次调频振动区上下沿。

（1）一次调频功率补偿量

机组一次调频的功率补偿量(Δp)：是由机组转速不等率δ和电网频率偏差Δf计算出来的，公式如下：

式中，f0为额定转速，Δfmax为机组一次调频动作频率限幅，PN为机组的额定功率，Δpmax为一次调频功率限幅[5]。

（2）一次调频振动区上下沿修正优化

原有流程的振动区上下沿是根据机组运转特性曲线，由当前运行水头确定振动区的上下沿。考虑一次调频的振动区上下沿优化改进为：

修正后振动区上沿：当前水头对应的振动区上沿加上一次调频功率补偿量限幅Δpmax。

修正后振动区下沿：当前水头对应的振动区下沿减去一次调频功率补偿量限幅Δpmax。

2 监控系统AGC 配合一次调频功能试验

根据某水力发电厂监控系统AGC 配合一次调频功能试验方案，针对某水力发电厂机组进行了AGC 配合一次调频功能试验，试验记录如下：

试验前运行方式：

（1）电站AGC 处于半开环状态；

（2）A、B 机组并网运行，均处于有功给定方式。

试验1：A 机组退出有功联控，B 机组加入有功联控，模拟一次调频动作。试验数据如表1～表6所示。

表1 试验1 B 机组一次调频动作前

模拟B 机组一次调频动作后，试验数据如表2所示。

表2 试验1 B 机组一次调频动作后

B 机组一次调频动作复归后，试验数据如表3所示。

表3 试验1 B 机组一次调频动作复归

试验结论：AGC 功能正确。

试验2：A、B 机组均加入有功联控，模拟一次调频动作。

表4 试验2 B 机组一次调频动作前

模拟B 机组一次调频动作、A 机组一次调频不动作。

表5 试验2 B 机组一次调频动作后

B 机组一次调频动作复归后，试验数据如表6所示。

表6 试验2 B 机组一次调频动作复归

试验结论：AGC 功能正确。

3 结语

某水力发电厂机组一次调频功能现均已投入正常运行，经过现场试验和实际运行，AGC 与一次调频功能配合正确，一次调频指令与反馈功能正常，机组调速器一次调频性能满足国家标准，优化效果良好，为保证电网及机组的安全稳定运行发挥了重要作用，对于同类型水电机组具有一定的借鉴作用。