AGC技術在恰甫其海水電廠的應用分析

摘要：介紹了AGC技術在恰甫其海電廠的投入情況，分析了水電廠AGC的目標、實現方式、以及實際運用中存在的問題，對AGC技術進行了分析說明。

關鍵詞：水電廠；自動發電控制

前言

恰甫其海水電廠位于新疆伊犁地區特克斯河上，裝有4臺80MW的立式混流式水輪發電機組，總裝機容量320MW，是新疆地區大型水力發電廠之一。該電廠2006年8月正式并網發電，自動發電控制（AGC）于2007年10月正式投運，電廠具有良好的可調節性能，在新疆電網中承擔著調頻、調峰以及事故備用等重要任務，是新疆電網的重要直調水電廠之一。

自動發電控制（AGC）是現代電網控制中一項重要功能，水電廠自動發電控制的具體內容是：根據水庫上游來水量或電力系統的要求，考慮電廠及機組的運行限制條件，在保證電廠安全運行的前提下，以經濟運行為原則，確定電廠機組運行臺數，運行機組的組合和機組的負荷分配。在完成這些功能時，要同時避免由于電力系統符合短時波動而導致機組的頻繁啟、停，電廠主設備運行穩定、自動控制裝置動作可靠是自動發電控制正常投入運行的前提條件。不同的水電廠考慮各自的特點和要求，實現的自動發電控制功能不盡相同，其核心內容是電廠內機組的經濟運行。

電廠生產過程是以機組運行人員維持機組的物質（燃料、空氣、水）與能量（化學能、熱能 、機械能、電能）的平衡和轉化的復雜系統。該系統運行的目標是在滿足一定的約束條件下（ 如社會需求、主輔機設備狀況等），爭取最大經濟效益。這個目標不能僅由系統自身給出， 而應該來源于系統外部，即發電廠的上一級部門，如AGC信號。電廠在隨時跟蹤AGC信號，檢測偏差并進行調整控制的基礎上消除偏差，實現系統的優化運行。若考核目標僅由本廠給出，則系統只有在出現偏差即發生事故后，才能檢測到并采取消缺措施糾正偏差，這往往帶來嚴重損失。建議在電廠達標創一流等活動中將AGC列為電廠的考核目標之一，以促進電廠整體生產的安全經濟連續穩定運行。

中小型水電廠不具有大的調節水庫，這就使得中小水電廠在不同季節，其運行控制方式存在較大差異。由于中小型水電廠的這一特性，AGC的目標僅在貧水期和枯水期有實際的意義。

1. AGC控制方式

自動發電控制（AGC）就是在電力系統用戶負荷發生變化的情況下，及時地調整系統的發電出力，保證供電的連續性，并使頻率偏移指標符合規定要求，實現負荷頻率控制。電力系統AGC系統由主站控制系統、信息傳輸系統、和電廠控制系統等組成。整個AGC系統可以簡單地分為兩大部分，即電網的AGC（決策控制層）及發電機的AGC（指令執行層）。恰甫其海水電廠AGC控制方式采用網調直接控制機組的方式，省調下達的電網內運行機組出力的調節指令，通過設置在電廠的RTU裝置，直接作用于各臺發電機組的調速器，最終實現網調AGC控制。省調AGC負荷指令主要有以下幾種情況：

（1）調度員手動設置；

（2）接電網負荷變化規律預測進行自動調度；

（3）按電網周波的變化讓部分機組參與調頻、自動分配負荷。

對于調度端AGC來說，通常只關心控制器所控制的機組表現出的總的外特性，而不是單臺機組的特性。即省調的AGC程序不能充分考慮水輪發電機組的運行工況，在一定程度上影響了電廠安全經濟運行的積極性。

2.AGC運行中存在的問題

（1）由于省調對電廠實時工況信息采集量有限，且對機組的實際運行工況及設備運行狀態了解不足，這種方式下運行對電廠機組的安全帶來許多隱患。電網負荷變化非常頻繁，電網為及時平衡用電負荷，使投入AGC的機組始終處于相應的變負荷狀態，對機組的壽命有較大負面影響，負荷調節頻繁帶來的問題主要是電氣設備和機械設備磨損明顯加快。因此單機AGC方式對機組的壽命、運行的經濟型和穩定性都有很大的影響。

（2）無法實現負荷經濟分配。雖然AGC系統本身具有負荷優化分配的功能，但由于調度端得到機組信息比較少，實際很難實現機組的優化調度，而且隨著廠網分開，電網對于機組運行職責更少，更不可能實現機組的優化調度。

（3）多臺機組長時間帶負荷運行，機組大多數時間在調節區中間位置，其一般負載都在60～80%，這種運行區域的變化，使得機組的運行特性變差。同時由于機組負荷在不停的變化，機組穿越或停留在振動區得機率大大增加，水輪機葉片的疲勞破壞帶來的一系列不利影響。

3.對策分析

通過對AGC普遍存在的問題和水電廠的特點分析，提出了以下幾方面的對策：

（1）結合機組工況，對AGC控制程序進行了重新設計修改。程序修改后，AGC系統既能對單臺機組負荷設值，也能對全廠機組總負荷設值，每臺機組帶多少負荷也由程序根據機組水頭—負荷協聯曲線、躲過振動區等條件進行計算后自動分配。這種控制方式的修改，消除了原程序中存在的弊病。省調可以直接設定一個總有功值分配給該廠，減少了單臺機組設定有功的重復操作，使操作效率提高了一倍；各機組所帶負荷依照躲過振動區就近原則進行分配，避免機組在振動區內運行，使得機組因振動引起的元器件松動損壞現象大大減少。

（2）省調追求的目標過于嚴格，從某種意義上看，即是賦予系統連接的一種“剛性”。現代工程系統和自然界中的許多例子表明，具有一定“柔性”才是系統長期有效運行的基礎。這種“柔性”主要體現在功率給定指令上，即下達總有功指令時，給出一定的有功誤差范圍，允許電廠根據具體情況進行優化設定。表面看來，允許有功誤差是一種不確定性。實際上，在大電網多電源點的情況下，有功誤差的概率均值是趨于零的。AGC的長期控制性能，著重于電網頻率調整，減少AGC機組頻率調整造成的設備磨損，降低發電成本等。

（3）根據省調給定總有功，在廠內AGC算法中，設置一定的優化功率緩沖區，以機組數最少優先原則選擇參與AGC機組，在優化功率緩沖區內，參與AGC的機組不進行調節，避免機組的頻繁調節。

4.結束語

在電力市場化的背景下，AGC的應用涉及多個方面，以及經濟效益和社會效益等多種問題。文中針對水電廠AGC運行中出現的問題，從機組運行安全的角度進行了一些分析和探討，對于改善電網調度和管理有積極的意義。

作者簡介：邢戰利，男，（1979-），工程師職稱，研究方向：水電站動力設備。