小型水電廠自動發電控制技術研究

王 寧

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽 110006)

小型水電廠自動發電控制技術研究

王 寧

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽 110006)

小型水電自動發電控制技術對于促進小型水電廠自動化的全面提升有著不可替代的重要作用。文章以小型水電廠自動發電控制技術的研究作為出發點展開討論，對開展自動發電技術研發的必要性進行了簡述，并對自動發電控制技術的相關內容進行了概述，隨后對小型水電廠自動發電控制系統設計，和其中的關鍵點進行了簡要說明。

小型水電站；自動發電；控制技術；實現條件；系統設計

0 前 言

改革開放以來，隨著我國經濟水平的不斷提升，人們對電能的質量與電力運行的自動化水平有了越來越高的要求。電廠自動發電控制技術也成為了評價電網自動化建設程度的重要參考因素。而水電廠鑒于其有功功率輸出值改變的較為方便，成為電力系統自動化發電控制的主要實施者，其自動發電建設的成功與否直至關系著我國整個電力網絡自動發電控制建設的成敗。但現階段我國數量眾多的小型水電廠的自動化水平急待提升，加速有關小型水電廠自動發電控制技術開發研究及應用有著非凡的現實意義。

1 自動發電控制技術概述

1.1 自動發電控制的任務

伴隨著我國電網規模的日益擴大以及我國經濟水平的不斷提高和科學技術的飛速發展，研發與普及具備強大實用功能的電網自動化系統已成為電力行業未來發展的必由之路[1]。

但無論自動化發電控制技術如何發展，其應用與普及仍主要是為了應對電力系統日常運行管理的日益復雜化，其最主要的任務大致可以歸為以下3點：

1)確保整個電力網絡的運行的正常有效，這是自動發電控制的根本目的與核心任務。

2)為廣大電力用戶提供高質、快捷的電能。電壓、波形、頻率三者是電能質量優劣的主要影響因素。優質的電能必須以三者適當范圍內的有效控制為前提，而這種一定范圍的實時控制只有通過自動化控制系統方能真正實現，這亦是自動化控制實時與普及的一大原因[2]。

3)降低發電成本，確保電力網絡運行的經濟性。頻率是電力運行的重要指標之一，直接關系著發電設備的經濟、安全運行。而頻率則主要受到發電機轉速的影響，發電機的轉速又受到發電機有功功率及電網中各個損耗功率的影響。自動發電控制系統就是通過對發電機輸出有功功率的調節，實現對系統頻率的控制，從而實現電力系統運行的經濟最優化。

若想實現自動發電控制系統的有效運行，有5個條件是其必備要素，缺其一都會使系統難以達到應有的設計效果。這5個條件分別是：

1.2.1 合理的發電計劃

負荷的變動是存在一定規律的，這種規律借由對負荷的預計計算，可以獲得，從而制定相應的發電計劃，達成功率的平衡要求。若發電計劃的編制存在問題，與實際有著較大的偏差，就很難實現自動發電控制的二次調整，因此合理的計劃是系統運行的基礎[3]。

1.2.2 充足的備用容量

備用容量是指發電機最大容量與最大負荷之間的差值，這是確保電能高質和用戶供電可靠性的重要保障。因為一旦出現電力供應緊張的情況，依靠拉閘限電等方法難以維持周波進而實現自動發電控制的有效進行，充足的備用可調控容量是其有效進行的必備條件。

1.2.3 合適的調頻廠

調頻廠的選擇不僅要達到相應的經濟指標，同時其必須由充足的備用可調容量，通常多選用抽水蓄能電站與水電站作為調頻廠。

我明白了，李老黑向楊校長施壓了。我知道李老黑不會善罷甘休，但他動作如此之快，手段如此之下作，還是大大出乎了我的意料。我可以肯定，李老黑跟楊校長交代這事時，絕對不會如此客氣，如此遮遮掩掩，說不定他已經要求楊校長把我給清退了。

1.2.4 自動化的調度系統

全自動的數據實時采集與監測系統是實現自動發電控制的必要基礎。

1.2.5 高度自動化的發電廠管理運行系統

自動發電控制系統的實現要求發電廠必須具備相應的高度自動化管理系統。對于水電廠來說計算機監測系統級發電機組計算機調節系統是其自動發電控制得以達成的必備條件。

2 小型水電廠自動發電控制系統設計

2.1 小型水電廠自動發電控制實施過程

小型水電廠自動發電的控制必須與其自身的水電計算機監測體系相互配合?，F階段，新型的自動發電控制多使用分層控制模式，在小型水電廠其多劃分為兩級即電廠控制級與機組控制級。其實施過程如圖1所示。

首先由電廠自動控制系統終端對當前時刻水頭下為達到上級要求發電功率應運行的機組臺數與臺號及各個機組應發功率進行計算，隨后借由現地控制元將之前的運算數據發送給相應機組進行執行。而發電機組在執行相關命令前則會對其進行二次校對，以確保其準確性與安全性，校核通過后通過調速器與設備開停裝置對機組的運功效率及啟停加以控制。與此同時，機組控制級會對各個機組工作的實時狀況，諸如實際發功率、機組運行情況等進行監測并時刻反饋給電廠控制級計算終端。

圖1 水電廠自動發電控制實施示意圖

此外，為實現水電廠有效、高質的自動發電控制，在滿足電力系統負荷平衡的要求之外，還需對實際運行中的諸多限制性因素進行充分考慮，諸如上下游的農業用水需求；內陸航運對江河水流、水量需求；汛期防洪對水庫庫容變化要求等。所以水電廠還有這按照既定水位進行發電的職能，在進行小型水電廠發電自動控制系統的實際應用中均應思慮這些相關問題來對自動發電的控制方式等進行具體設計。

2.2 小型水電廠自動發電控制功能

水電廠自動發電的控制功能大致可分為4種，即功率控制功能、調頻功能、按給定水頭發電功能和機組功率經濟分配功能。這4種功能中功率控制是其核心所在，自動發電控制系統就其本質而言就是對發電廠機組發電有功功率的調整與分配。因此。自動發電控制系統最核心、最關鍵的功能就是對功率的控制。

通常而言，鑒于整體電網需求及電廠控制需求的不一，功率控制的方法可劃分為3種，即電網瞬間負荷給定值法、水電廠負荷給定值法與日負荷給定曲線法。上述3種功率控制方法其原理是相通的，根據式1，自動發電控制程序可算得水電廠需要分配的自動發電量控制有功功率PAGC。

PAGC=PS+PNAGC

(1)

式中：PS為指水電廠總有功設定值。

3種功率控制方法的區別在于水電廠總的有功設定值的給定方法有所不同，這是其能夠滿足于不同的實際需求，本文針對小型水電廠自發電控制系統所采用的為日負荷給定曲線法。

2.3 小型水電廠自動發電控制程序結構

小型水電廠自動發電控制程序的總流程示意圖如圖2所示。

按照小型水電廠其自動發電控制的功能進行分類，自動發電控制程序中的發電方式共有3種，分別是調頻發電子程序、按給定水頭發電子程序以及按給定功率發電子程序，在電廠實際運行中，3個子程序均會對相應模式下發電機組運行所應該分配的發電廠AGCP即自動發電控制有功功率值進行運算，相應的運算結果會被送入機組功率經濟分配程序中加以核算，選擇最優的分配方式，并將各個機組應負責的有功功率數值發送各機組的控制程序加以執行。除此之外，在主要運行程序之外還應有諸多關鍵輔助程序，諸如水頭報警輔助程序、水頭測量輔助程序等。

當發電廠的自動發電控制程序進行第一次運行時，電廠工程師應先將各個機組的特性輸入到控制系統數據庫中，這些數據包括發電廠水輪機組臺數、各個機組的發電功率范圍、各機組的振動區、氣蝕區及水頭范圍、自動發電控制系統運行時間等等。此外小型水電廠自動發電控制系統在運行的每個周期都必須從數據采集與監測控制系統中對自動發電控制系統所需要的各種電廠運行狀態信息進行實時讀取，諸如各個機組運行狀態及當前發電功率、當前發電模式、水頭實時值等，從而確保自動發電控制程序進行實時調整。

圖2 自動發電控制程序流程圖

3 結 語

小型水電自動發電控制技術對于促進小型水電廠自動化水平的全面提升有著不可替代的重要作用，同時亦是實現電網安全、高效、經濟運行的必要條件。文中筆者結合自己的經驗對適用于小型發電廠自動發電控制系統構建方案進行了設計，希望能夠為自動發電控制技術在小型水電廠的應用與普及提供些許借鑒之處，讓電廠自身功能實現最大發揮的同時，實現電廠經濟效益的最優化。

[1]陳曉東.中小型水電廠自動發電控制技術的研究[D].重慶：重慶大學,2006.

[2]李健.梯級水電廠自動發電控制研究與設計[D].武漢：華中科技大學.2005.

[3]佘曉軍.蜀河水力發電廠自動發電控制的應用[J].西北水電,2012(06)：81-82.

StudyonControlTechnologyofAutomaticGenerationforSmallHydropowerPlant

WANG Ning

(Liaoning Province Water Conservancy and Hydropower Investigation，Design & Research Institute，Shenyang 110006,China)

Control technology of automatic generation of small hydropower has an irreplaceable important role to comprehensively promote small hydropower plant automation.This paper takes the small hydropower plant automatic generation control technology research as a starting point for discussion，the necessity to carry out the automatic generation technology research is outlined，then the small hydropower plant automatic generation control system design，and the key points are explained.

small hydropower station；automatic generation；control technology；realizing conditions；system design

1007-7596(2014)12-0015-03

2014-05-19

王寧(1979-)，女，遼寧沈陽人，工程師，研究方向為水利自動化電氣。

TM76

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