自動發電控制系統（AGC)在桐柏電廠的應用

徐國能，周 宇

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺 317200）

自動發電控制系統（AGC）是水電站監控系統的高級控制功能，也是實現水電站無人值班的基本條件之一。本廠自動發電（AGC）的實現基于VA公司提供成組控制軟件包（NEPTUN）。

NEPTUN是VA外購的一個通用、適合水電領域成組控制軟件包。主要分高級和基本應用兩部分，高級應用包括了電站有功、頻率、水位、流量、無功以及功率因素的調節回路；基本應用僅涵蓋了有功或流量以及無功調節回路。針對華東調度目前對成組控制的要求，NEPTUN并沒有直接的模式相對應。

本廠的成組控制建立在盡可能利用NEPTUN本身具備的功能及現有的軟件的基礎上，通過對發電成組控制概念的梳理以滿足調度對成組控制的要求。

1 硬件組成

（1）電站成組功能由電站成組計算機完成。成組計算機位于中控室后微機房=76S+GA03盤柜內，分為成組控制A、B機，相互備用。成組軟件通過與LCU9通訊，來獲得各機組相應信號，同時也將各種指令送至各機組LCU。成組控制計算機采用2臺HP XW4100工作站。

（2）ECPDC的控制指令（AGC）通過控制鏈路（采用104規約）傳輸到我廠LCU9,LCU9再將指令傳輸給成組控制計算機。ECPDC的電站計劃，日負荷曲線通過操作鏈路（TASE2規約)傳輸到我廠96點計劃計算機，96點計劃計算機分為A、B機，A機位于控制室，B機位于控制室后的微機房內。A、B機主用A機，B機為離線備用。96點計劃計算機采用2臺HP Ml350工作站。

2 系統功能和運行方式

2.1 功能介紹

成組控制包括電站負荷管理和電壓管理，控制地點可在TOBA與ECPDC之間切換，負荷管理是成組軟件根據電站有效水頭、電站總有功設定值、機組出力效率以及機組出力限制值等條件，來控制機組的啟停和有功出力分配。當控制地點在ECPDC時即為AGC模式，當控制地點在TOBA時，成組控制可以運行在負荷設定值模式（ALSP）和日負荷計劃曲線（DLC）模式。

目前電站成組控制系統對發電（GO）、水泵（PO）、停機（ST）三種穩定工況進行控制。

2.2 電站運行方式分為電站成組運行，電站單機運行。

（1）電站成組運行：電站成組控制在“總投入”，機組運行模式在成組模式，此時電站機組的啟停及負荷調整通過電站成組控制實現。

（2）電站單機運行：電站成組控制在“總退出”，中控室值班員通過在操作員工作站上單機畫面中點擊某臺機組目標工況而實現的機組運行方式。

2.3 電站成組運行時電站控制層分為調度設定及中控室設定。

（1）調度設定模式也即AGC模式，指的是電站控制層在ECPDC，ECPDC的AGC系統計算值或調度值班員手動設定值通過控制鏈路傳輸到電站后由電站成組計算機控制而實現的自動發電運行方式。本電站AGC模式僅在發電工況有效。

（2）中控室設定模式：指的是電站控制層在TOBA，運行人員在操作員工作站上的成組畫面中，通過ALSP或DLC設定的全廠總出力而實現的機組自動運行方式。

（3）電站控制層只能在電站側進行選擇。

（4）只有電站控制切換到“成組投入”方式，電站控制層才允許選擇遠方調度設定模式。

2.4 電站成組控制方式分為自動方式、指導方式。

（1）自動模式-機組設定值的分配和機組啟停都由成組控制自動控制。

（2）指導模式-機組設定值的分配由成組控制自動處理，機組啟停命令由成組控制計算發出，機組的開停機需要運行人員確認，但負荷升降是自動執行的。

2.5 機組運行模式分為成組控制模式、單機模式。

（1）在機組選擇在成組模式，機組控制單元（LCU）按電站成組計算機的指令控制機組的運行。機組的成組控制模式是建立全廠成組控制在總投入的基礎上。此時機組的負荷分配和啟停均由電站成組軟件模塊控制。

（2）當機組選擇在單機方式，此時機組不受成組控制系統的控制，機組的負荷分配和啟停由運行人員在操作員工作站上的單機畫面中操作，但機組有功、無功設定值將在成組控制總的設定值中予以考慮。

2.6 負荷管理

（1）電站成組負荷管理模式分為負荷設定值（ALSP）和日負荷計劃曲線（DLC）。

1）負荷設定值（ALSP）：調度員或中控室人員通過人工設定形成負荷設定值，成組機組實時響應該值進行啟停機或有功調節。該模式下，如電站控制層在調度設定即為AGC控制。

2）日負荷計劃曲線（DLC）：ECPDC每日向電站傳送當日及次日的DLC，每天的23:50到23:55分之間監控系統將刷新96點負荷曲線，同時送出監控系統負荷曲線已刷新的警示。在DLC負荷管理模式下，電站成組機組將響應DLC負荷指令（華東電網采用96點/日），對成組機組進行啟停機或有功調節。

（2）負荷曲線控制

抽水蓄能電站的負荷曲線控制分發電負荷控制和抽水負荷控制，一般定義發電負荷為“正”（＋）；抽水負荷為“負”（－）。

負荷曲線只有在電站控制選擇在“中控室”時有效，因而負荷曲線控制即可在電站側“成組總投入”執行，也可“總退出”執行。當電站控制方式為“成組總投入”時，電站成組軟件應按照計劃時間的負荷需求自動啟停機組或調整負荷；反則操作員應嚴格按照曲線計劃手動控制。負荷曲線每日的23：55～23：59：59時自動刷新，在這個時間段內全廠負荷指令將保持在23：50的值，以防止機組異常啟停。

負荷曲線的負荷指令-1248≤P≤1200，當負荷曲線的指令超出范圍，成組控制將保持原來的輸出。

在負荷曲線控制方式下，設有頻率限制開停機的功能以確保機組開停機不會造成電網頻率超出正常范圍，若電網頻率高于50.033Hz則閉鎖發電開機或抽水停機；當電網頻率低于49.98Hz，將閉鎖抽水開機或閉鎖發電機組的停機；

在負荷曲線控制方式下，調度要求成組機組的負荷變化是按一定速率的斜率式變化而不是階躍式變化，且該速率可根據調度要求進行調整。在成組控制時機組調速器中設定的負荷的化速率為33MW/min。

2.7 成組負荷控制和無功控制

在成組方式下，有功（負荷）控制與無功（電壓）控制的投入和退出必須是相互獨立的，可分別選擇負荷或電壓投入成組控制；本廠暫不使用成組無功控制，機組成組運行時，其無功出力的設置可在單機側進行。也可在成組畫面每臺機的無功設定窗口設定。

2.8 成組負荷分配及調整

（1）當電站處于成組控制，發電時電站總負荷指令將按下列原則處理和分配：

1）電站總的負荷指令的分配將計入運行在“單機”的機組負荷設定；

P總負荷--電站總的負荷指令

P總成組--電站成組控制總負荷

2）電站成組控制僅影響和調節“成組”機組的輸出，并按平均分配的原則計算和分配各機組的負荷指令；

即：P單臺成組=P總成組/N成組90MW≤P單臺成組≤150MW

P總成組--“成組”發電機組的負荷指令；

N成組--運行在“成組”發電狀態的機組；

3）調度對電站發電工況的負荷控制考核點為電站500kV出線側，因此電站成組控制應根據電站的廠用電和變壓器損耗自行進行補償，調整電站實際的負荷指令；現在的補償策略是：

P’總負荷=P總負荷+P補償

P補償=3MW 成組發電機組臺數=1

P補償=4MW 成組發電機組臺數>1

P補償=0MW 成組發電機組臺數<1

4）發電時成組負荷指令變化與要求機組的啟停臺數見下表1。

表1 負荷指令變化與機組啟停關系表

（2）抽水負荷的處理

鑒于抽水負荷的不可調整性，抽水負荷按-312MW 整數臺階式控制機組啟停的臺數。若設定的抽水負荷為非整數，則按該數除以-312MW，“商”取整計算。如：負荷設定值為-656MW，“商值”為2.1，取整則開機臺數為2臺；如負荷設定值P 為-312

（3）負荷可調上下限和可調容量

鑒于抽水蓄能的成組控制是將電站所有機組作為一個整體控制，負荷可調上下限和可調容量將以電站為基礎，動態的計算全廠負荷調節的上下限以及可調容量，實時刷新并發送給調度。

成組運行機組設定發電最大出力為305.22MW，發電最小出力為200MW；抽水出力根據調速器優化軟件運行。

而負荷可調范圍是指電站允許調度控制的負荷范圍，也是調度AGC進行電站負荷動態調節的邊界條件。即：

電站可調負荷上下限主要用于在AGC時作為調度控制的負荷調整的邊界條件。

（4）負荷允許變化以及實際變化速率

實際的負荷變化率會因水頭的不同略有差別，鑒于成組軟件是將電站作為一個整體控制，故對成組控制而言，實際的負荷變化率與參與負荷分配的“成組”機組臺數有關，即：

K總＝K1×N成組

K總--電站負荷總變化率

K1--單臺機組負荷最小變化率

由此得出，運行的“成組”機組越多，實際的升/降負荷的速率越快，因此要求整個電站允許的負荷變化率應取最小值：

K＝Min（K總，K1）≤K1；

K--電站允許的負荷變化率。

在負荷曲線控制方式下，滿負荷指令發電開機采用階躍加負荷方式，0～200MW 按照以前的單機速率上升。200 MW～305.22MW按照每0.6MW/s的速率上升。調整負荷及停機時減負荷也是如此速率。負荷設定值模式下，增減負荷速率同以前的單機運行速率。

成組控制的負荷設定死區為10MW,即設定值反饋值與有功實際值累計超過10MW時，負荷調整才開始響應。

2.9 機組啟停控制

（1）啟停優先級

當電站控制為“成組總投入”方式，在“成組”模式機組的啟停將直接由成組軟件根據機組啟停的優先級自動控制。

成組機組發電抽水開停機順序根據預先設定的機組啟停優先級執行，優先級高的機組先開后停，優先級低的機組后開先停。

機組的運行小時數以及優先級將實時地顯示在操作員站上，優先級為1～4，優先級1為最高。默認優先級按照機組運行時間數從小到大排列，操作員可以按照機組的實際情況，手動修改機組啟停的優先級，有選擇的開機。

當機組自動啟動過程中，出現跳機、程序超時轉停機的情況，成組軟件將立刻啟動投入成組的下一優先級機組以滿足負荷的需求。

抽水開機時，原則上不采用直接抽水開機，實際操作中運行人員應根據日負荷計劃曲線，提前手動啟動機組抽水調相；并務必將已經處于抽水調相的機組優先級設至最高，確保優先將已處于抽水調相的機組轉抽水。

（2）機組啟停提前時間

在負荷曲線控制方式下機組的自動啟停是以下一點的負荷點為目標來執行的，考慮到機組啟停所需的時間和電網的要求，發電運行時，在每個整點時延時3min讀取下個點的計劃（NEXTDLC），抽水運行下，在每個整點時延時10min讀取下個點的計劃；開停機時間如下設定：發電提前12min開機，抽水提前5min轉換，發電和抽水停機都是提前12min，如只需調整負荷，調整負荷也是提前12min。抽水時一般不考慮同一個點啟動2臺及以上機組。

在負荷曲線控制方式下，當同一點有2臺或2臺以上機組啟停的時候，第二臺機組的啟停時間與第一臺機組的啟停時間應有間隔，現設定時間間隔為2min，抽水時基本不考慮同時啟動兩臺及以上。

2.10 AGC及成組控制的切換

（1）當發生以下情況時，電站退出成組運行：

1）當控制鏈路（Control link）發生故障時，若此時AGC運行，電站控制層自動切到TOBA，電站退出AGC運行。

2）當操作鏈路（Operation link）發生故障時，若成組運行在DLC負荷管理模式，則電站退出成組運行。

3）當電站成組控制器（GDK)發生故障時，電站退出成組運行。

（2）當發生以下情況時，參加成組機組自動切至單機：

1）當電站成組控制方式切至總退出時，各機組模式會自動切至單機。

2）當機組發生跳機時，該機組會自動切至單機。

3）當機組控制方式切至現地或檢修時，該機組模式會自動切至單機。

4）當機組發電調相開機時，該機組會自動切至單機。

5）當機組由發電轉至發電調相、抽水轉至抽水調相時，該機組會自動切至單機。

（3）當電站控制層切到調度設定時，則負荷管理模式自動切到ALSP模式。

3 AGC及成組運行操作步驟

3.1 指導模式下（ALSP）調整負荷的操作步驟

（1）在操作員工作站上進入成組控制畫面

（2）查負荷管理模式為設定模式

（3）查機組在負荷設定模式下運行正常

（4）合理設置機組優先級

（5）輸入調度要求的有功出力設定值并判斷是否需要啟停機

（6）如沒有啟停機要求，檢查機組負荷調整分配正常

（7）如有啟停機檢查有相應機組的發電或者停機提示燈亮

（8）查看此時頻率在允許開機或停機范圍內

（9）選擇合適時機點擊提示開機或停機機組的工況按鈕

（10）檢查機組啟動或者停機正常

（11）檢查最后機組出力與設定值一致

注：如果在自動模式，機組會自動調整負荷或者啟停機，如同時涉及到兩臺機的啟停，彼此間隔2min，運行人員需監視機組啟停正常，負荷調整分配正常。并注意是否存在頻率閉鎖。

3.2 指導模式下成組發電開機（DLC）步驟

（1）在操作員工作站上進入成組控制畫面

（2）查電站成組控制總投入

（3）查相應機組在成組控制

（4）查負荷控制模式為DLC模式

（5）查看當日全廠負荷曲線數據正常

（6）查當前反饋值與NEXT DLC值保持一致（注意反饋值提前12min讀取NEXT DLC值）

（7）合理設置機組優先級

（8）查發電負荷點前12min優先級最高的機組發電提示燈亮

（9）查看此時頻率在允許開機范圍內

（10）選擇合適的時機點擊提示發電機組的發電工況按鈕

（11）查看機組發電啟動正常

注：如果成組在自動模式下，在發電負荷點前12min優先級最高的機組發電提示燈亮，若此時頻率在允許開機范圍內，機組會馬上啟動，如存在頻率閉鎖，機暫時不會啟動，直到頻率恢復正常。運行人員需提前設置優先級，監視機組啟動正常。

3.3 指導模式下成組抽水開機DLC操作步驟（以1號機為例）

（1）在操作員工作站上進入成組控制畫面

（2）查電站成組控制總投入

（3）查相應機組在成組控制

（4）查負荷控制模式為DLC模式

（5）查成組控制方式在指導

（6）查看當日全廠負荷曲線數據正常

（7）在抽水負荷點提前30min安排*號機SCP啟動

（8）選擇要啟動的機組單機控制畫面

（9）選擇1號機SCP啟動

（10）查1號機SCP穩態運行正常

（11）調整1號機優先級使其大于未啟動的備用機組

（12）查抽水負荷點前5min1號機抽水提示燈常亮

（13）查看此時頻率在允許轉抽水的范圍內

（14）選擇合適的時機點擊提示抽水機組的抽水工況按鈕

（15）查1號機正確響應SCP轉抽水正常

3.4 自動模式下成組抽水開機DLC操作步驟（以1號機為例）

（1）在操作員工作站上進入成組控制畫面

（2）查電站成組控制總投入

（3）查1號機在成組控制

（4）查負荷控制模式為DLC模式

（5）查成組控制方式在自動

（6）查看當日全廠負荷曲線數據正常

（7）在抽水負荷點提前30min安排1號機SCP啟動

（8）選擇1號機SCP啟動

（9）查1號機SCP穩態運行正常

（10）調整1號機優先級使其大于未啟動的備用機組

（11）查抽水負荷點前5min1號機抽水提示燈常亮

（12）查看此時頻率是否在允許轉抽水的范圍內

（13）如存在頻率閉鎖，1號機暫不會執行轉抽水流程直至頻率恢復正常范圍

（14）如不存在頻率閉鎖，查1號機立即響應轉抽水流程

（15）查1號機正確響應SCP轉抽水正常

3.5 電站有功管理模式由ALSP切至DLC操作步驟

（1）在操作員工作站上進入成組控制畫面

（2）查有功管理模式為ALSP模式穩定運行

（3）查當日全廠日DLC負荷曲線正常

（4）查電站當前DLC和NEXT DLC值保持一致

（5）查ALSP設定值與NEXT DLC值一致

（6）點擊曲線模式按鈕并確認

（7）查電站有功管理模式切換至DLC

（8）查成組運行機組在DLC下運行正常

注：正常情況下投入DLC應在全廠機組在停機狀態時。

3.6 電站有功管理模式由DLC切至ALSP操作步驟

（1）在操作員工作站上進入成組控制畫面

（2）查有功管理模式為DLC模式穩定運行

（3）查當前DLC值與NEXT DLC值保持一致

（4）點擊設定模式按鈕并確認

（5）查電站有功管理模式切換至ALSP

（6）查成組機組保持先前的DLC下的出力不變

（7）重新設置有功設定值并觸發

（8）查機組在ALSP下相應正常

注：DLC切至ALSP后會繼續保持先前的DLC值，如需要響應新的設定值，需重新設定設定值并觸發。

4 自動發電控制系統的未來展望

目前在華東電網系統中的大型水電站基本上都實現了自動發電控制（AGC），如天荒坪抽水蓄能電廠，宜興抽水蓄能電廠，瑯琊山抽水蓄能電廠等。AGC是保證電網的安全，優質、經濟運行的重要技術保證，是實現水電站無人值班的基本條件之一，也是未來的大勢所趨。

[1]電力系統調度規程[S].

[2]自動發電機控制系統廠家說明及調試報告[R].