溪洛渡左岸電站AGC功能設計及實現

劉曉彤，龔傳利，丁倫軍，李曉娟，張露成（.中國水利水電科學研究院，北京00038；.溪洛渡水力發電廠，云南永善657300）

?

溪洛渡左岸電站AGC功能設計及實現

劉曉彤1，龔傳利1，丁倫軍2，李曉娟1，張露成2
（1.中國水利水電科學研究院，北京100038；2.溪洛渡水力發電廠，云南永善657300）

摘要：文章介紹溪洛渡左岸電站AGC運行模式、調度模式、調節模式的實現方法；負荷曲線方式引入分步調節的算法，減少對電網沖擊，同時采取40 s提前分配負荷的方式，以提高負荷調節的及時性；對于電廠效率優化問題，采用修正等容量比例負荷分配措施。這些措施提高了電廠運行效率，保證了電網安全，為溪洛渡左岸水電站自動運行提供有力保障。

關鍵詞：溪洛渡水電站；計算機監控系統；自動發電控制

1引言

溪洛渡電站位于四川省雷波縣與云南省永善縣接壤的金沙江干流上，距下游宜賓市約184 km（河道里程），左岸距四川省雷波縣城約15 km，右岸距云南省永善縣城約8 km。電站由攔河大壩、泄洪建筑物及引水發電建筑物組成。溪洛渡電站作為中國第二、世界第三水電站，總裝機容量13 860 MW，左右岸各安裝9臺770 MW水輪發電機組，左岸以500 kV等級電壓3回出線方式接入國家骨干電網，右岸以500 kV等級電壓4回出線接入南方電網[1]。

溪洛渡水電站機組屬于超大型機組，由于調節速度快，電站在參加電網AGC后，如果機組負荷波動大，將引起全站出力的大幅度快速波動，對電網沖擊很大，嚴重破壞電網的安全穩定，后果十分嚴重，所以，安全平穩是電網對于溪洛渡電站運行首要要求，同時，為了電站經濟運行，需采用適當分配策略保證效率最優。文章針對上述情況，采用適當措施，獲得很好效果。

2AGC運行模式

AGC運行模式分為開環、半開環和閉環模式。

開環方式下，機組的設定值由軟件計算，顯示在操作員站的屏幕上，不能自動分配到機組，需要操作員確認有功分配結果，才可以將機組有功設定值下發到機組。

半開環方式下，機組的設定值由軟件計算并直接分配到機組，不需要操作員確認。

閉環方式下，機組的設定值由聯合控制軟件計算并直接分配到機組。AGC自動執行開/停機，不需要操作員確認，每次開/停機只有1臺。

目前國調針對溪洛渡左岸電站沒有自動開/停機方式的要求，半開環模式是當前最主要運行方式。

3AGC調度模式

AGC調度模式分別有國調/梯調/站控3種模式。在這3種模式下，AGC程序采用對應調度模式下的有功給定值，保存在“國調總有功給定值”、“梯調總有功給定值”和“全廠總有功給定值”3個測點中。3種模式互斥，投入任一種模式，將自動退出另外兩種模式。

當電站AGC控制權設置為“國調”且電站AGC運行在有功給定方式時，AGC程序采用“國調總有功給定值”；“全廠總有功給定值”和“梯調總有功給定值”跟蹤全廠實發總有功。

當電站AGC控制權設置為“梯調”且電站AGC運行在有功給定方式時，AGC程序采用梯調下發的給定值；即“梯調總有功給定值”；“全廠總有功給定值”和“國調總有功給定值”跟蹤全廠實發總有功；

當電站AGC控制權設置為“站控”時，如電站AGC運行在有功給定方式，AGC程序采用操作員設定的全廠有功給定值；“梯調總有功給定值”和“國調總有功給定值”跟蹤全廠實發總有功；如電站AGC運行在負荷曲線方式，有功給定值為當前時間對應時段負荷曲線給定值。

這種非當前調度模式的有功給定值跟蹤全廠實發總有功的策略可以保證模式切換時負荷平穩變化。

4電站AGC調節方式

電站AGC調節有有功功率給定和負荷曲線兩種方式，運行操作員可以通過軟開關來切換。

4.1有功功率給定方式

在這種方式下，電站AGC將根據給定的電站總有功，調節各機組的有功，AGC讀取對應調度模式下全廠有功設定值，程序減去未加入AGC聯控機組實發有功值，將剩余負荷在AGC聯控機組間進行分配。

4.2負荷曲線方式

只有在控制權為“廠控”時，才可以投入負荷曲線方式。負荷曲線有今日負荷曲線和明日負荷曲線兩種，分為每隔15min一點，1d共96點，由操作員手動設置。電站AGC程序采用今日負荷曲線的當前時段值調節每個機組的有功。每天23∶59∶57～23∶59∶59程序自動將明日負荷曲線值拷貝賦值到今日負荷曲線對應時段。

投入負荷曲線方式后，AGC程序讀取的負荷曲線為矩形圖，有功調度曲線調節模塊將此矩形圖平滑處理成梯形圖，將拐點前后的負荷做差值并將該差值等分到15 min內，因此負荷是漸變而非突變，可以避免總有功變化過大，同時設置負荷曲線方式有功調節死區，若某時刻的負荷曲線值與前一次有效設定值差值大于死區，則將這一分鐘的設定值提前40 s分配給機組，同時這一設定值變成有效設定值。拐點處的設定值總會在拐點時刻下發。分步調節算法和提前調節的功能既保證了負荷平滑調節，又保證了到達設定值時間時負荷基本能調節到位[2][3]。

5AGC負荷分配策略

AGC實時運行時，負荷調整策略應遵循優先保證全廠負荷平衡原則，即：在負荷調節過程中，盡快調節電廠出力滿足系統對電廠的發電要求，不允許電站出力與系統負荷要求長時間內不平衡；同時應該盡量避免由于機組負荷設定值的波動而引起機組的頻繁調節[1]。

溪洛渡左岸電站機組容量相同，各類型機組流量特性曲線接近，采用等容量分配接近最優解[2]。AGC負荷分配遵從下述原則：

（1）機組不能運行在振動區；

（2）不能頻繁跨越振動區；

（3）當給定總有功大于實發總有功時，機組盡可能不減負荷；當給定總有功小于實發總有功時，機組盡可能不增負荷；

（4）機組不能頻繁調節（小負荷變化由1或2臺機移動）。

為了防止機組頻繁調節，程序設定步長循環分配，增有功時，由實發有功最小的機組優先增加負荷，步長最大為40 MW，小于40 MW則由1臺機組承擔，超過的部分，下次循環采用相同方法，直至分配完畢，同時需考慮機組流量特性曲線允許最大最小有功值。減負荷時，有功分配策略類似。該算法循環計算，設定值同時下發。其最終調節結果，能保證每臺機組出力相差不大（最大40 MW），從而有效減少機組調節次數，由于溪洛渡水電站機組容量較大（770 MW），由機組出力不同所產生的效率損失可忽略不計，可基本保證電廠效率最優。修正等功率分配法簡單實用，這樣負荷變幅不大時，只有1或2臺機組采用調節，可以防止機組過于頻繁調節，同時也可減少多臺機組參與小負荷波動造成的累計負荷偏差，較好地跟蹤有功給定值，保證機組負荷的平穩[3]。溪洛渡左岸電站9臺機組的容量一致，振動區數量較少（1個），修正等功率分配法比較適用，這樣降低了算法的復雜性，提高了計算的實時性，同時也滿足了電站高效率運行的要求[2]。

6AGC安全性策略

對于大型電站，AGC不僅要保證正確負荷分配，還需保證平滑調節負荷，防止大的負荷波動，這關系到電網的安全穩定和電站的經濟運行。因此必須采取完備的安全策略，保障發電任務的準確完成和設備的安全運行。

6.1安全約束條件

溪洛渡左岸電站AGC根據電廠實際情況考慮了很完善的約束條件，機組只有在條件滿足情況下才能加入AGC聯控運行，如果出現某些故障，程序自動將機組退出到單控運行，對于出現可能影響電廠AGC安全運行的條件，程序將會自動退出全廠AGC運行。

AGC程序在采集的水位、機組工況狀態、電網頻率、開關站母聯開關狀態、開關站及機組安穩裝置切機信號等各種實時信息的基礎上進行計算，對機組重要的量測信息是否有效直接影響AGC計算結果，因此，AGC程序需要對采集信息進行有效性檢驗，不僅需要校驗數據的實時值是否在合理范圍內、數據品質是否正常、數據的變幅是否在合理范圍內，還要校驗數據通信狀態是否正常等[4]。

AGC根據電站調度模式來選擇對應的全廠有功設定值，非投入的調度模式有功給定值跟蹤全廠有功實發值。

對電站接收的調度遙調設定值指令采取了上/下限、差值保護、零指令保護、頻率保護等必要的保護措施。當有功設定值變幅越過預先設定的變幅，程序拒絕接受保持原值不變。當有功設定值越過預先設定的上/下限或程序根據水頭計算當前全廠可發最大/最小有功值，程序拒絕接受保持原值不變。

負荷曲線方式下，如果當前時段負荷曲線值出現零值，程序自動退出全廠AGC。如果電腦時鐘突變，程序自動退出全廠AGC。因為在負荷曲線運行方式下，AGC跟蹤調度有功設定值依賴于時間，如果時間出現較大變化，有可能引起負荷大幅波動。

6.2 AGC水頭濾波處理策略

水頭信號的可靠性直接關系到電站安全生產，確保水頭信號的安全可靠，是水頭處理的核心任務。為了實時可靠地獲取上下游水位和水頭信息，溪洛渡水電站采用同時獲取梯調下發水頭和電廠自采水頭信息的策略。其中，梯調通信送的水頭有3路（左右岸各1路，1路全廠水頭），溪洛渡水電站設計的與上游水位相關的傳感器共計44支，與下游水位相關的傳感器共計10支。電廠自采水頭（水位）信號數量較多，為提高水頭精度，同時簡化水頭處理，溪洛渡水頭分為左右岸2個獨立水頭，沒有全廠水頭。

在調控一體化模式下，電站水頭應與梯調水頭保持一致。因此，溪洛渡水電站監控系統優先采用梯調的左岸電調水頭和全廠電調水頭，然后依次是電站自采水頭和人工設定水頭。當正在使用的水頭信號故障時，此水頭信號將被閉鎖，同時采用下一優先級的水頭信號。如果梯調送至電站水頭、電站自采水頭、手動設置水頭都產生閉鎖，則最終水頭取上次水頭有效值。

為了減小水頭信號波動的影響，程序中采用了“滑動平均值”的計算方法，即將最近10次水頭信號的平均值作為計算水頭，同時，為了減少有功調節的頻度，計算水頭每5 min下發一次。

為了保證水頭的安全，解鎖操作只能夠由人工完成，每次設置水頭值均與當前5 min水頭值相差在1 m之內，逐步拉近5 min水頭值與當前水頭值的差距，最終達到水頭解鎖的目的。

通過水頭界面，操作員可以選擇某路水頭，也可以根據需要對水頭值進行閉鎖和解鎖的操作。

在水頭處理上采用了信號品質位、信號值區間、信號變幅、滑動平均值、程序閉鎖水頭等策略來保證水頭信號的安全可靠。同時，又引入了人工設值及人工置優先級等策略，大大提高了水頭選擇的靈活性[5]。

6.3機組有功調節監視

AGC程序監視機組是否按照AGC程序計算的機組設定值方向調節。如果機組在40 s內沒有調節，同時機組實發值與最終設定值之間的偏差大于最大有功調節偏差，則發出“有功調節失敗報警”信號，并將該機組退出有功聯控。該功能對于某臺機組出現有功調節失敗的情況，AGC能很快調節機組跟蹤有功給定，不至于出現長時間的功率缺額。

7結語

AGC的安全運行，不僅關系到電廠設備安全，而且關系到電網穩定運行。溪洛渡水電站AGC的各種模式設計完善，負荷分配策略科學合理，安全性保護策略應有盡有，保證了AGC的安全可靠運行。

參考文獻：

[1]丁倫軍，夏建華，遲海龍.溪洛渡電站計算機監控系統網絡結構分析[J].水電站機電技術，2012（3）：60-62.

[2]黃家志，謝秋華.三峽左岸電站AGC/AVC功能設計與運行經驗[J].水電站自動化與大壩監測，2006（5）：8-12.

[3]龔傳利，黃家志，潘苗苗.三峽右岸電站AGC功能設計及實現方法[J].水電站機電技術，2008（3）:26-28.

[4]王健.大中型水電站參加電網AGC的安全防護措施[J].水電自動化與大壩監測，2004，28（1）：64-66.

[5]楊廷勇，瞿衛華.溪洛渡水電站監控系統設計特點分析[J].水電自動化與大壩監測，2012（5）:32-36.

作者簡介：劉曉彤（1983-），男，工程師，從事水電廠計算機監控系統技術的研究與開發工作。

收稿日期：2015-08-07

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.03.004

中圖分類號：TV736

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）03-0009-03