水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的工程設(shè)計(jì)與分析

【摘要】在電力系統(tǒng)中， 水電廠和火電廠比較， 具有機(jī)組啟停迅速、靈活的特點(diǎn)， 而它所獨(dú)有的水庫(kù)調(diào)節(jié)作用又為解決發(fā)電與用電的矛盾創(chuàng)造了條件， 因此常常擔(dān)負(fù)系統(tǒng)的調(diào)峰或調(diào)頻任務(wù)，以適應(yīng)系統(tǒng)負(fù)荷變化頻繁的需要， 這使得實(shí)現(xiàn)水電廠自動(dòng)發(fā)電控制、提高經(jīng)濟(jì)效益的研究十分必要。本文分析了水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的工程設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】水電廠；自動(dòng)發(fā)電控制；工程設(shè)計(jì)

自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）作為水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的一種應(yīng)用功能，通常都作為必備功能之一配置在我公司生產(chǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)之中。至今已在幾十個(gè)水電廠成功投入使用，發(fā)揮了很好的作用。

一、基本概念

水電廠自動(dòng)發(fā)電控制工程實(shí)際上就是說(shuō)依據(jù)預(yù)定的要求和標(biāo)準(zhǔn)，利用最經(jīng)濟(jì)快速的方式來(lái)控制水電廠的有功功率，從而可以不斷滿足系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行需要。為了保證可以合理的分配機(jī)組的負(fù)荷，依據(jù)實(shí)際限制運(yùn)行條件，負(fù)荷分值會(huì)受到一定影響，對(duì)其進(jìn)行一定的檢驗(yàn)。在保證電力系統(tǒng)以及水電廠可以穩(wěn)定、安全運(yùn)行的情況下，自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)運(yùn)行的主要原則就是經(jīng)濟(jì)最大化，在保證運(yùn)行機(jī)組和運(yùn)行臺(tái)數(shù)合理的組合情況下，優(yōu)化工程是促進(jìn)機(jī)組合理運(yùn)行的方式，合理安排機(jī)組的起停問(wèn)題。水電廠自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)可以全面的反映出系統(tǒng)頻率和有功功率的實(shí)際變化，以便于可以滿足系統(tǒng)的實(shí)際需要。控制自動(dòng)發(fā)電系統(tǒng)主要有兩方式為：控制頻率和控制功率。在控制功率的情況下，不僅僅可以設(shè)置整個(gè)水電廠的有功功率值或者定機(jī)組功率值，還可以依據(jù)實(shí)際負(fù)荷來(lái)確定機(jī)組用功功率值和整個(gè)水電廠的有功功率值。機(jī)組控制過(guò)程中實(shí)際上是利用基本控制方式來(lái)合理調(diào)節(jié)平均功率，從而保證誤差為0，大多數(shù)情況下，可以用一臺(tái)機(jī)器控制多臺(tái)機(jī)組，把信號(hào)發(fā)送到控制器，合理進(jìn)入到每個(gè)機(jī)組，此外，自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)可以非為發(fā)電機(jī)組和決定控制層兩部分。在控制頻率的情況下，保持系統(tǒng)的頻率始終處于固定的范圍內(nèi)是主要調(diào)節(jié)目的，這樣就可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)和分配機(jī)組的負(fù)荷和功率，促進(jìn)水電廠自動(dòng)化程度的發(fā)展。

二、水電廠自動(dòng)發(fā)電控制的工程設(shè)計(jì)

1.經(jīng)濟(jì)運(yùn)行數(shù)學(xué)模型。水電站廠內(nèi)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是在滿足電能生產(chǎn)安全、可靠、優(yōu)質(zhì)的前提下， 合理地組織調(diào)度電廠的發(fā)電生產(chǎn)設(shè)備， 以期獲得盡可能大的經(jīng)濟(jì)效益， 即在電廠總出力一定的條件下， 通過(guò)最優(yōu)負(fù)荷分配使總耗水量最小。由此可建立如下數(shù)學(xué)模型：，式中：P 為電廠給定總出力；Q 為相應(yīng)于電廠給定總出力的總耗水量；P i 為第i 臺(tái)機(jī)組出力；Qi 為第i臺(tái)機(jī)組引用流量；N 為機(jī)組總臺(tái)數(shù)；i 為機(jī)組編號(hào)，i =1 ， 2 ， …， N ；Pimin 和Pimax 分別為各臺(tái)機(jī)組出力的最小值和最大值。另外需考慮以下問(wèn)題：躲避機(jī)組振動(dòng)區(qū)和氣蝕區(qū)。負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度約束， 2 次調(diào)節(jié)有功給定值的變化不能太大。盡可能減少開/停機(jī)和調(diào)節(jié)次數(shù)。

2.確定AGC的運(yùn)行機(jī)組。為避免頻繁開停機(jī)組， 當(dāng)最佳運(yùn)行機(jī)組臺(tái)數(shù)不變時(shí)， 不改變AGC的運(yùn)行機(jī)組臺(tái)號(hào)。當(dāng)最佳運(yùn)行機(jī)組臺(tái)數(shù)增加時(shí)，不考慮停機(jī)， 只考慮按開機(jī)優(yōu)先權(quán)高低開機(jī)。反之， 不考慮開機(jī)， 只考慮按停機(jī)優(yōu)先權(quán)高低停機(jī)。確定開機(jī)優(yōu)先權(quán)的因素大致有： 設(shè)置的開機(jī)順序； 連續(xù)備用小時(shí)數(shù)； 年累計(jì)備用小時(shí)數(shù)；主結(jié)線對(duì)某機(jī)組的特殊要求； 主變中性點(diǎn)接地需要對(duì)某機(jī)組的特殊要求； 廠用電對(duì)某機(jī)組的特殊要求.確定停機(jī)優(yōu)先權(quán)的因素大致有： 設(shè)置的停機(jī)順序； 年累計(jì)發(fā)電小時(shí)數(shù)； 主結(jié)線對(duì)某機(jī)組的特殊要求； 主變中性點(diǎn)接地需要對(duì)某機(jī)組的特殊要求； 廠用電對(duì)某機(jī)組的特殊要求。具體到一個(gè)電廠， 確定開停機(jī)優(yōu)先權(quán)的因素會(huì)與上述內(nèi)容有所不同， 而且各因素的權(quán)值系數(shù)也不一樣。

3.備用容量。設(shè)置備用容量對(duì)于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是非常重要的。對(duì)于水電廠而言，備用容量常分為旋轉(zhuǎn)備用容量和冷、熱備用容量等。冷、熱備用容量用于滿足變化較緩慢的負(fù)荷要求，或按計(jì)劃進(jìn)行的負(fù)荷調(diào)整等； 而旋轉(zhuǎn)備用容量則主要用于頻率調(diào)整、突變負(fù)荷或緊急事故備用，以及大型軋鋼廠的沖擊負(fù)荷等。旋轉(zhuǎn)備用的方式可將必須的備用容量分配到各臺(tái)運(yùn)行機(jī)組，必要時(shí)也可在采取上述方式的同時(shí)有1臺(tái)機(jī)空載備用。在實(shí)現(xiàn)水電廠AGC時(shí)，除必須滿足電力系統(tǒng)負(fù)荷平衡條件外，還要考慮的限制條件很多，如經(jīng)常提到的下游工、農(nóng)業(yè)用水的限制，航運(yùn)對(duì)水流變化速率的限制，汛前騰出部分庫(kù)容、汛后蓄至正常蓄水位等調(diào)度方式對(duì)可用水量的限制，分組（地區(qū)）輸電且組間無(wú)電氣聯(lián)系的水電廠運(yùn)行方式的限制，帶廠用電或帶電抗器接地機(jī)組優(yōu)先啟動(dòng)的要求，即先開后停帶廠用電的機(jī)組等； 同時(shí)要考慮若干時(shí)段后電力系統(tǒng)負(fù)荷變化的趨勢(shì)，避免電力系統(tǒng)負(fù)荷在短時(shí)間內(nèi)回升或下降而進(jìn)行的不必要的開、停機(jī)操作，造成空載流量浪費(fèi)等，這些限制條件應(yīng)該予以重視。

4.運(yùn)行機(jī)組間的優(yōu)化分配。當(dāng)各機(jī)組的容量和動(dòng)力特性相近時(shí)， 采用等微增率或等負(fù)荷的分配原則。反之， 應(yīng)采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法等方式實(shí)現(xiàn)運(yùn)行機(jī)組間負(fù)荷的最優(yōu)分配。一是分配到機(jī)組的有功負(fù)荷不能超過(guò)該機(jī)組實(shí)際所能（ 或允許） 承擔(dān)的最高有功限值， 它取自人工設(shè)置的最高有功限值和實(shí)時(shí)水頭所能提供的有功功率（ 當(dāng)機(jī)組定子過(guò)流時(shí)還要考慮實(shí)時(shí)有功功率） 之中最小的那個(gè)值；二是分配到機(jī)組的有功負(fù)荷不能落在該機(jī)組有功負(fù)荷的振動(dòng)區(qū)或補(bǔ)氣區(qū)內(nèi)；三是分配到機(jī)組的有功負(fù)荷不能低于該機(jī)組有動(dòng)負(fù)荷的最低限值.如低于此限值， 應(yīng)使其空載或停機(jī)。

總而言之，自動(dòng)發(fā)電控制工程可以很好的解決水電廠運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的負(fù)荷分配以及調(diào)峰問(wèn)題，具有智能調(diào)節(jié)的作用，不斷優(yōu)化水電廠自動(dòng)發(fā)電控制工程的施工方案，來(lái)建立一定的系統(tǒng)頻率，是提高系統(tǒng)自動(dòng)化能力的主要方式和技術(shù)，控制電力系統(tǒng)的成本是自動(dòng)發(fā)電控制工程實(shí)施的主要目的，可以促進(jìn)企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。在自動(dòng)發(fā)電控制理論發(fā)展到比較成熟的今天，切實(shí)可行地解決其工程實(shí)踐中出現(xiàn)的問(wèn)題，是關(guān)系到水電廠自動(dòng)發(fā)電控制功能能否真正付諸實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。

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