論水電廠自動發(fā)電控制技術(shù)

摘 要：現(xiàn)階段，電力生產(chǎn)已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟快速、平穩(wěn)發(fā)展的瓶頸之一。前幾年，為緩解電力供應(yīng)緊張的局面，許多電力項目倉卒上馬，是以高消耗、高能耗、高污染為代價的，電力系統(tǒng)的自動化水平和管理水平亟待提高。

關(guān)鍵詞：水電廠 自動發(fā)電控制技術(shù) 小水電

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，電能的需要在不斷增長，人們對電能質(zhì)量的要求越來越高，對電力系統(tǒng)自動化水平的要求也在不斷提高。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，自動發(fā)電控制技術(shù)已成為電力系統(tǒng)自動控制技術(shù)中不可或缺的一個重要組成部分。因此，隨著電力系統(tǒng)自動化要求的不斷提高，對自動發(fā)電控制的要求也越來越嚴格，這就為自動發(fā)電控制技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提供了一個難得的機會。

在電力系統(tǒng)中，水電廠與火電廠相比較，水電廠具有機組起停迅速、靈活的特點，而它所獨有的調(diào)節(jié)作用又為解決發(fā)電與用電的矛盾創(chuàng)造了條件，因此常常擔(dān)負系統(tǒng)的調(diào)峰或調(diào)頻的任務(wù)，以適應(yīng)系統(tǒng)負荷變化頻繁的需要，這使實現(xiàn)水電廠自動發(fā)電控制、提高經(jīng)濟效益的研究變得十分重要。

1自動發(fā)電控制的實現(xiàn)條件

自動發(fā)電控制的實現(xiàn)必須具備以下5個必要條件，否則控制效果難以達到實用要求。

1.1發(fā)電計劃的合理性

負荷的變化是有規(guī)律的。負荷可以分為隨機分量、脈動分量和持續(xù)分量三類。隨機分量引起的頻率變化由發(fā)電機組的調(diào)頻功能來調(diào)整，即一次調(diào)頻。

脈動分量由參與調(diào)頻的機組進行調(diào)整，即二次調(diào)頻。

負荷持續(xù)分量的變化可以通過負荷預(yù)計，按負荷曲線安排機組起停，確定出力計劃，滿足功率平衡的要求。如果編制的發(fā)電計劃不合理，與實際運行的偏差范圍過大，自動發(fā)電控制二次調(diào)整就很難實現(xiàn)，所以發(fā)電計劃的合理性是自動發(fā)電控制的基礎(chǔ)。

1.2具有足夠的備用容量

為了保證向用戶可靠地供電和保證電能質(zhì)量，系統(tǒng)發(fā)電機組的最大總?cè)萘繎?yīng)大于總負荷，兩者之差即為備用容量。

按存在的形式，可以分為熱備用和冷備用兩種。當(dāng)負荷變動、日負荷曲線出現(xiàn)預(yù)計誤差、發(fā)電機因故減少出力或退出運行時，熱備用容量應(yīng)能滿足并承擔(dān)頻率調(diào)整的要求。

如果系統(tǒng)供電緊張，靠拉閘限電等被動手段來維持周波，是不可能實現(xiàn)自動發(fā)電控制的，所以充足的可調(diào)容量是實現(xiàn)自動發(fā)電控制的必要條件。

1.3調(diào)頻廠條件

對于承擔(dān)二次調(diào)整的調(diào)頻廠應(yīng)具備足夠的可調(diào)容量，并且出力的調(diào)整速度應(yīng)滿足系統(tǒng)負荷變化的要求。

1.4調(diào)度自動化系統(tǒng)的條件

實現(xiàn)自動發(fā)電控制必須以實時數(shù)據(jù)采集及其監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)。調(diào)度中心的軟件能進行自動發(fā)電控制計算并發(fā)送調(diào)頻發(fā)電機組的給定值。在調(diào)頻廠與調(diào)度中心之間不僅有上行通道和下行通道，還應(yīng)有備用通道，保證信息交換的可靠性。

1.5發(fā)電廠的自動化條件

自動發(fā)電控制對發(fā)電廠的自動化控制程度有很高的要求。對于水電廠來說，采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)和水輪發(fā)電機組微機調(diào)節(jié)器是實現(xiàn)自動發(fā)電控制的必要條件。

2自動發(fā)電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

對于整個電力系統(tǒng)而言，自動發(fā)電控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)主要有計劃跟蹤、區(qū)域調(diào)節(jié)和機組三個控制環(huán)節(jié)：

2.1計劃跟蹤控制

計劃跟蹤控制的目的是按照計劃，提供發(fā)電的基點功率。它與負荷預(yù)測、機組經(jīng)濟組合、發(fā)電計劃和交換功率計劃有關(guān)，主要擔(dān)負調(diào)峰任務(wù)。如果沒有上述計劃軟件，應(yīng)全部由人工填寫。

2.2區(qū)域調(diào)節(jié)控制

區(qū)域調(diào)節(jié)控制的目的是使區(qū)域控制偏差（簡稱ACE）調(diào)節(jié)到零，這是AGC系統(tǒng)的核心功能。AGC系統(tǒng)計算出各發(fā)電機組為消除ACE偏差所需增、減的調(diào)節(jié)功率，將這一調(diào)節(jié)分量加到機組計劃跟蹤的基點功率之上，得到的控制目標值送到電廠控制器（簡稱PLC，不是常規(guī)意義的可編程序控制器），由電廠控制器調(diào)節(jié)機組的有功功率。

2.3機組控制

機組控制用基本控制回路調(diào)節(jié)機組，使頻率偏差為零。在許多情況下（特別是水電廠），一臺電廠控制器能控制多臺機組，AGC的信號送到電廠控制器后，再分到各臺機組。

3水電廠自動發(fā)電控制實施方案

在實現(xiàn)水電廠的自動發(fā)電控制時，除必須滿足電力系統(tǒng)負荷平衡的條件外，還要考慮許多限制條件，例如上、下游工農(nóng)業(yè)用水的限制，航運對水流變化速率的限制，汛前騰出部分庫容、汛后蓄至正常蓄水位等對水位的要求，因此水電廠還需要具有按給定水位發(fā)電的功能，在給定水頭下，盡可能的多發(fā)電，提高電廠的經(jīng)濟效益。

因此，應(yīng)根據(jù)水電廠的實際控制要求來設(shè)計自動發(fā)電控制的功能及工作方式。一般來說，各類水電廠自動發(fā)電控制功能均應(yīng)包括調(diào)頻、功率控制、按給定水位發(fā)電以及機組間功率經(jīng)濟分配四個部分。

4.1調(diào)頻功能

如果水電廠是所在電網(wǎng)中的主力電廠，則需要執(zhí)行電網(wǎng)調(diào)頻任務(wù)。在非調(diào)頻模式下，當(dāng)電網(wǎng)的頻率瞬時偏差或頻率偏差的積分超過允許的設(shè)定值時，自動發(fā)電控制程序自動切換到調(diào)頻模式，直接參與電力系統(tǒng)的調(diào)頻。一般而言，大系統(tǒng)允許的頻率偏差一般為0.1Hz；小系統(tǒng)允許的誤差要稍大些。

4.2功率控制功能

自動發(fā)電控制歸根結(jié)底就是對有功功率的調(diào)節(jié)和分配的問題。因此，功率控制功能是自動發(fā)電控制最根本、最重要的功能。根據(jù)電網(wǎng)和電廠不同的控制要求，功率控制功能可分為電網(wǎng)瞬間負荷給定值方式、日負荷給定曲線方式以及水電廠負荷給定值方式這三種運行方式。這三種運行方式的基本原理是相同的，不同之處在于全廠有功設(shè)定值的給定方式是不同的，分別適用于不同的實際狀況。

4.3按給定水頭發(fā)電功能

按給定水頭(或水位)發(fā)電，即綜合電力系統(tǒng)、灌溉和航運等各方面的要求，水電廠操作人員設(shè)定電廠運行的水頭值，調(diào)節(jié)整個水電廠的出力，使得水電廠在設(shè)定的水頭下運行。同時，考慮在給定水頭下，盡可能地多發(fā)電，提高電廠的經(jīng)濟效益。

4.4機組間功率經(jīng)濟分配功能

該功能根據(jù)操作員或調(diào)度中心給定的全廠總功率、備用容量的要求以及設(shè)備的實際狀況，自動計算出當(dāng)前水頭下電站的最優(yōu)機組組合和機組間的最經(jīng)濟負荷分配方案。計算時應(yīng)考慮各臺機組及其附屬設(shè)備的安全條件，最優(yōu)化目標是在滿足給定總功率和各項限制條件的情況下，使得機組發(fā)電耗水量最低，同時避開氣蝕振動區(qū)，并避免頻繁起停機組和頻繁的功率調(diào)整操作。

參考文獻：

[1]程抱貴.AGC及其在天生橋一級水力發(fā)電廠的應(yīng)用[J].紅水河.2004年02期.

[2]王竹.水電站自動發(fā)電控制(AGC)技術(shù)功能及調(diào)試分析[J].四川水力發(fā)電.2002年02期.

[3]伍永剛，王定一，魏守平.水電站AGC中負荷調(diào)節(jié)策略的研究[J].華中理工大學(xué)學(xué)報.2000年02期.