龍灘水電站AGC負荷調(diào)節(jié)異常探討

李善鵬

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

龍灘水電站AGC負荷調(diào)節(jié)異常探討

李善鵬

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

龍灘水電站作為南方電網(wǎng)重要的調(diào)峰調(diào)頻電廠,其自動發(fā)電控制(AGC)的安全性能對電網(wǎng)及發(fā)電廠的安全穩(wěn)定至關(guān)重要。對龍灘電廠一次自動發(fā)電控制(AGC)的負荷異常調(diào)節(jié)情況進行了測試與深入剖析,提出AGC程序的負荷分配策略,不適用在“造成AGC調(diào)節(jié)異常滿足的條件”工況下運行,因此策略需在原有邏輯不變的基礎(chǔ)上針對該特殊情況作出進一步優(yōu)化。

一次調(diào)頻；二次調(diào)頻；自動發(fā)電控制；龍灘水電廠

0 引 言

龍灘水電站一期工程安裝7臺單機容量700 MW的混流式水輪發(fā)電機組,由南網(wǎng)總調(diào)直接調(diào)度,在電網(wǎng)系統(tǒng)中擔任調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的功能。計算機監(jiān)控系統(tǒng)選用的是南瑞集團自動控制公司開發(fā)的NC2000系統(tǒng),具備自動發(fā)電控制(以下簡稱“AGC”)功能。龍灘水電站調(diào)速器控制系統(tǒng)在實際中采用開度調(diào)節(jié)模式運行,通過機組計算機監(jiān)控系統(tǒng)的功率給定進行功率閉環(huán)調(diào)節(jié),機組在執(zhí)行一次調(diào)頻給定與二次調(diào)頻(AGC或手動調(diào)節(jié))給定時的調(diào)節(jié)是二者疊加后進行控制輸出的結(jié)果。

1 龍灘水電站AGC調(diào)節(jié)異常過程描述

2014年10月14日14：01龍灘電廠1～7號機組并網(wǎng)發(fā)電態(tài),500 kV I母母線電壓544 kV,系統(tǒng)頻率在49.95 Hz附近上下波動,致使相應(yīng)機組一次調(diào)頻頻繁動作；全廠AGC投入,由于總調(diào)負荷提升速度較快,6號機組開機調(diào)整負荷到位后投入單機AGC,此時1、4、5、6、7號機組單機AGC投入態(tài),2、3號機組單機AGC在退出態(tài)；全廠負荷調(diào)節(jié)到位且一次調(diào)頻復歸的情況下,人工設(shè)定3號機組有功負荷由540 MW升至600 MW進行負荷轉(zhuǎn)移,此期間相應(yīng)機組一次調(diào)頻頻繁動作。由于調(diào)度設(shè)定總有功與實發(fā)值偏差過大,造成全廠出力由4 250 MW下降至3 950 MW,龍灘電廠側(cè)全廠AGC退出。

2 造成此次AGC調(diào)節(jié)異常滿足的條件分析

(1)二次調(diào)頻調(diào)整到位。最后一次網(wǎng)調(diào)有功設(shè)定值4 200 MW,且全廠負荷調(diào)節(jié)到位(進入全廠調(diào)整死區(qū)35 MW以內(nèi))后,以一次調(diào)頻動作為主。若當時有新二次調(diào)頻指令下發(fā),全廠負荷會按新網(wǎng)調(diào)有功設(shè)定值重新進行分配,一次調(diào)頻動作情況下人為手動調(diào)節(jié)負荷引起的偏差將會被修正,將避免此次AGC調(diào)節(jié)異常的事情發(fā)生。

(2)手動轉(zhuǎn)移負荷,同時機組一次調(diào)頻動作。機組在手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移負荷過程中,同時相應(yīng)機組一次調(diào)頻頻繁動作、復歸；手動調(diào)整的負荷疊加在一次調(diào)頻動作機組(已下發(fā)至機組PLC程序執(zhí)行),當投AGC且存在手動負荷疊加的機組一次調(diào)頻復歸時(PLC程序仍然在按一次調(diào)頻動作之前的有功設(shè)定值調(diào)整其負荷),其上位機AGC程序分配值跟蹤實發(fā)值,造成AGC程序運算時認為該分配值(實際未將人為干預(yù)值計算進去)是機組一次調(diào)頻動作的負荷值,在AGC分配策略中產(chǎn)生了需要彌補的有功設(shè)定值偏差(AGC分配執(zhí)行值)。

(3)手動轉(zhuǎn)移負荷過程中,全廠設(shè)定與實發(fā)值在全廠調(diào)整死區(qū)35 MW以外。機組在手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移負荷過程中,由于全廠設(shè)定值與實發(fā)值一直保持在全廠調(diào)整死區(qū)35 MW以外,一直滿足負荷重新分配條件。當產(chǎn)生需要彌補的一次調(diào)頻負荷偏差,在此條件下被AGC程序多次下發(fā)投AGC且一次調(diào)頻復歸機組。若當時全廠設(shè)定值與實發(fā)值在全廠調(diào)整死區(qū)內(nèi),AGC程序并不會計算出需要彌補的負荷偏差,因此產(chǎn)生的負荷偏差也不會進行多次分配,將避免此次AGC調(diào)節(jié)異常的事情發(fā)生。

(4)4號機組一次調(diào)頻持續(xù)動作。機組在手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)移負荷過程中,4號機組一次調(diào)頻持續(xù)動作,全廠所有機組一次調(diào)頻無法全部復歸。若當時全廠所有機組一次調(diào)頻全部復歸,產(chǎn)生需要彌補的一次調(diào)頻負荷偏差會被AGC程序清零,全廠負荷會按最后一次網(wǎng)調(diào)有功設(shè)定值進行重新分配,將避免此次AGC調(diào)節(jié)異常的事情發(fā)生。

3 造成此次AGC調(diào)節(jié)異常的原因分析

(1)直接原因。全廠負荷調(diào)節(jié)到位且一次調(diào)頻復歸的情況下,14：01：34人工設(shè)定3號機組有功負荷由540 MW升至600 MW進行負荷轉(zhuǎn)移,此后3號機組負荷開始上升,1、5、6、7號機組有功設(shè)定值及實發(fā)隨之下降。此期間,相應(yīng)機組一次調(diào)頻動作。動作期內(nèi),1、5、6、7號機組減少的出力總和被作為一次調(diào)頻動作的結(jié)果疊加在調(diào)度有功設(shè)定值上。當相應(yīng)機組一次調(diào)頻動作復歸后,這部分減少的出力參與全廠有功AGC分配執(zhí)行值分配后作用于已經(jīng)投入單機AGC的相應(yīng)機組,使其出力繼續(xù)下降,當此期間,又發(fā)生相應(yīng)機組一次調(diào)頻動作,則此次減少的出力總和將繼續(xù)作為一次調(diào)頻動作的結(jié)果疊加在調(diào)度有功設(shè)定值上。如此循環(huán)往復,全廠機組出力不斷下降,直至電廠AGC設(shè)值偏差(210 MW)保護動作,全廠AGC自動退出。

(2)間接原因。事件發(fā)生期間,4號機組調(diào)速器一次調(diào)頻持續(xù)動作,疊加在調(diào)度有功設(shè)定值上的“一次調(diào)頻動作結(jié)果”無法清零,AGC分配策略中產(chǎn)生需要彌補的有功設(shè)定值偏差無法修正。

4 龍灘水電站AGC程序相關(guān)運算策略說明

(1)對于正在執(zhí)行一次調(diào)頻的機組,其全廠有功AGC分配值跟蹤機組實發(fā)值,出力變化應(yīng)該是二者疊加的效果。

(2)AGC負荷分配啟動條件主要由以下幾條觸發(fā)：①[(網(wǎng)調(diào)或電廠有功設(shè)定+所有機組一次調(diào)頻引起的負荷偏差)-(所有未投AGC機組或投入AGC且一次調(diào)頻動作的機組的實發(fā)值之和)]與(所有投入AGC且一次調(diào)頻未動作機組的分配值之和)兩者之間的差值大于全廠設(shè)值死區(qū)的1/2。AGC各個周期里滿足該條件時就會啟動負荷分配。②在投入小負荷分配功能的情況下,如果全廠設(shè)定值與實發(fā)值小于小負荷差限(35 MW)時,啟動小負荷分配策略。小負荷差額以各機組實發(fā)值為基準先依據(jù)機組的調(diào)節(jié)余量進行排序,可調(diào)容量大的先分配,若各機組實發(fā)值相同時機組號大的先分配；若各機組實發(fā)值均接近可調(diào)范圍限值附近時,1臺分配不了的余量分配到其他機組。③在負荷調(diào)整后期,如果全廠有功無法進入調(diào)整死區(qū)(35 MW),但各臺機組已經(jīng)進入單機PID有功調(diào)整死區(qū)(龍灘機組設(shè)定8 MW),這時會啟動負荷后校驗功能。策略啟動后連續(xù)維持40 s后,啟用小負荷分配策略進行差額分配,直到全廠出力調(diào)整到位。

(3)全廠有功設(shè)定執(zhí)行值(AGC執(zhí)行值)=網(wǎng)調(diào)或電廠有功設(shè)定+所有機組一次調(diào)頻引起的負荷偏差。在所有機組一次調(diào)頻均復歸的情況下,所有機組一次調(diào)頻引起的負荷偏差“清零”,AGC執(zhí)行值=網(wǎng)調(diào)或電廠有功設(shè)定。

(4)一次調(diào)頻動作期間負荷偏差計算啟動的運算條件為：全廠AGC投入+二次調(diào)頻復歸+一次調(diào)頻動作+機組發(fā)電態(tài)。運算策略為：滿足條件后AGC的各掃描周期開始累積各機組有功實發(fā)差值。

(5)全廠機組一次調(diào)頻復歸后策略為：當全廠機組一次調(diào)頻復歸后,所有機組一次調(diào)頻引起的負荷偏差將被清零,全廠有功執(zhí)行值修正為調(diào)度或電廠有功設(shè)定值,若此時滿足全廠分配條件再進行一次負荷重新分配。

5 AGC調(diào)節(jié)異常離線模擬情況

利用龍灘電廠的培訓工作站及調(diào)試筆記本電腦,搭建了離線模擬調(diào)試環(huán)境,嘗試復現(xiàn)事件當時的情況。試驗過程中1、2、4號機組的AGC投入,3號機組的AGC未投入；整個過程中4號機組的一次調(diào)頻均為動作狀態(tài)；試驗過程中通過設(shè)定3號機組的實發(fā)值來模擬當時的情況；在試驗過程中1、2、3號機組均有一次調(diào)頻頻繁動作。試驗過程滿足當時第二項所列舉的造成AGC調(diào)節(jié)異常的條件。

6 目前已采取的整改措施

6.1 嚴格執(zhí)行龍灘電廠AGC運行管理規(guī)程

全廠AGC投入全廠負荷調(diào)節(jié)到位的情況下,要求運行人員嚴格執(zhí)行龍灘電廠AGC運行管理規(guī)程,禁止在一次調(diào)頻動作情況下手動調(diào)節(jié)已退出單機AGC機組的負荷；若存在負荷要求提升速度較快,需開、停機調(diào)整負荷且機組一次調(diào)頻頻繁動作的特殊工況,需向總調(diào)申請退出龍灘電廠AGC后再進行手動調(diào)節(jié)。

6.2 調(diào)整4號機組一次調(diào)頻死區(qū)

2014年10月30日～11月1日,廣西電網(wǎng)公司電力科學研究院對龍灘電廠1、2、3、4、5、7號機組進行一次調(diào)頻驗證試驗(6號機組即將進行檢修和調(diào)速器改造,暫不進行一次調(diào)頻驗證試驗)。首先是東方電機控制設(shè)備有限公司的專業(yè)技術(shù)人員對4號機組的測頻模塊進行重新校準,然后廣西電網(wǎng)公司電力科學研究院專業(yè)技術(shù)人員通過試驗對6臺機組調(diào)速器的測頻精度進行校核,測試出機組調(diào)速器的綜合固有死區(qū),使機組一次調(diào)頻的頻率死區(qū)不大于±0.05 Hz。調(diào)速系統(tǒng)測頻回路校準試驗結(jié)果：6臺機組測頻回路誤差在49.900 0～50.100 0 Hz范圍內(nèi)的最大值為+0.000 9 Hz,符合“兩個細則”中測頻回路頻率誤差不大于0.005 Hz的要求。調(diào)速器綜合固有死區(qū)驗證試驗結(jié)果：龍灘電廠1、2、3、4、5、7號機組調(diào)速器人工死區(qū)均設(shè)置為±0.04 Hz,6臺機組一次調(diào)頻的頻率死區(qū)最大為±0.05 Hz,滿足“一次調(diào)頻的頻率死區(qū)不大于±0.05 Hz”的要求。

6.3 AGC控制策略優(yōu)化

經(jīng)與南瑞廠家溝通,針對人工調(diào)節(jié)方式下一次調(diào)頻引起負荷變化工況,于2016年2月22日對AGC調(diào)節(jié)功能進行程序優(yōu)化,程序更新后,進行了AGC負荷調(diào)節(jié)動態(tài)測試,確保AGC分配功能正常,避免類似情況再次出現(xiàn)。主要相關(guān)程序更新說明如下：

(1)對一次調(diào)頻動作信號長時間動作的處理。正常情況下機組一次調(diào)頻動作時間較短,為幾秒到十幾秒的時間,為避免機組一次調(diào)頻信號長時間動作對AGC功能產(chǎn)生干擾,增加對一次調(diào)頻信號異常動作的處理,當某臺機組一次調(diào)頻信號持續(xù)動作時間達到1 min以上時,AGC程序進行報警引起運行人員的注意。當有機組一次調(diào)頻動作時間過長時,簡報窗口報警“X號機組一次調(diào)頻動作時間過長,AGC報警”。

(2)優(yōu)化一次調(diào)頻與二次調(diào)頻的協(xié)調(diào)關(guān)系。當全廠處于二次調(diào)頻過程時,忽略一次調(diào)頻的影響,按全廠有功設(shè)定值進行分配,直到二次調(diào)頻過程結(jié)束。當全廠二次調(diào)頻過程結(jié)束后,AGC收到機組的一次調(diào)頻信號,原程序會對一次調(diào)頻引起的負荷變化量進行統(tǒng)計累加,并將其加入全廠總有共設(shè)定值以保證AGC不對一次調(diào)頻的動作效果進行調(diào)節(jié)。程序修改后,AGC不再對一次調(diào)頻進行任何干預(yù),當有機組一次調(diào)頻動作信號后,AGC仍然對全廠及機組參數(shù)進行運算,但不再對機組進行負荷分配,一切負荷調(diào)整由一次調(diào)頻進行,一次調(diào)頻過程結(jié)束后,AGC再繼續(xù)對全廠負荷進行管理。

(3)一次調(diào)頻對內(nèi)部負荷轉(zhuǎn)移影響。當未投入AGC功能的機組實發(fā)值發(fā)生變化時,投入AGC機組將根據(jù)其余機組有功實發(fā)值的變化進行補償,此時如果有機組一次調(diào)頻信號動作,按以下兩種情況處理：①當未投入AGC機組的負荷變化是由于人工手動改變機組有功設(shè)定值引起的,此時認為運行人員人工對AGC進行干預(yù),此時以二次調(diào)頻策略為主,忽略一次調(diào)頻動作的影響,直到此次二次調(diào)頻過程結(jié)束。②當未投入AGC的機組的負荷變化是由于水頭變化或其他原因引起的,此時不進入二次調(diào)頻過程,以一次調(diào)頻動作為主,AGC不對一次調(diào)頻的結(jié)果及機組負荷進行干預(yù),一次調(diào)頻結(jié)束后,AGC再繼續(xù)對全廠負荷進行管理。

7 結(jié) 語

龍灘水電站本次AGC調(diào)節(jié)的異常情況是一種“阻尼效應(yīng)”,即手動調(diào)節(jié)未投入AGC機組負荷,使得在全廠設(shè)定與實發(fā)值在全廠調(diào)節(jié)死區(qū)35 MW以外時,AGC程序為了將負荷偏差再次調(diào)整進入全廠調(diào)節(jié)死區(qū),進行負荷重新分配的過程中,全廠相應(yīng)機組一次調(diào)頻頻繁動作、復歸；負荷分配給AGC投入且一次調(diào)頻未動作機組后,機組PLC程序雖然開始執(zhí)行,但該機組正好發(fā)生一次調(diào)頻動作(AGC程序分配值跟蹤實發(fā)值),導致AGC程序認為原已經(jīng)下發(fā)至機組PLC程序的負荷該機組未執(zhí)行,為了將負荷偏差再次調(diào)整進入全廠調(diào)節(jié)死區(qū),又對其他機組進行了一次分配；由于“阻尼效應(yīng)”的存在,這種循環(huán)往復的分配在持續(xù)的被機組PLC程序執(zhí)行。通過以上的測試、分析,AGC程序的負荷分配策略,不適用在“造成AGC調(diào)節(jié)異常滿足的條件”工況下運行,因

此策略需在原有邏輯不變的基礎(chǔ)上針對該特殊情況作出進一步優(yōu)化。

[1]DL/T1245—2013 水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運行技術(shù)導則[S]．

[2]王鵬宇, 孔德寧, 朱華. 龍灘電站自動發(fā)電控制(AGC)安全策略[J]. 水電站機電技術(shù), 2011, 34(1): 12- 16．

[3]程寶貴, 王鵬宇. 龍灘水電站一次調(diào)頻與AGC二次調(diào)頻間的策略優(yōu)化[J]. 水電站機電技術(shù), 2011, 34(5): 52- 56．

(責任編輯 焦雪梅)

Discussion on Abnormal Load Regulation of AGC in Longtan Hydropower Station

LI Shanpeng

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

As an important peak and frequency modulation power plant in China Southern Power Grid, the safety performance of Automatic Generation Control (AGC) of Longtan Hydropower Station is vital importance to the safety and stability of Grid and power plant. The abnormal load regulation of AGC in Longtan Hydropower Plant is tested and analyzed, and it believed that the load distribution strategy of AGC is not suitable for operation under the conditions that caused abnormal AGC regulation. So the load regulation of AGC need to be optimized for solving above problem without changing the original logic of load regulation of AGC．

primary frequency modulation; secondary frequency modulation; automatic generation control; Longtan Hydropower Plant

2017- 02- 15

李善鵬(1989—),男,廣西賓陽人,助理工程師,主要從事水電站自動化檢修、維護工作．

TV736(267)

B

0559- 9342(2017)04- 0058- 03