基于廠網協聯的大型水電站自動發電控制策略分析與制定

陸建宏

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051）

基于廠網協聯的大型水電站自動發電控制策略分析與制定

陸建宏

（雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051）

大型水電機組具有調節速度快，調節性能好等優點，保障了電網電能質量。本文首先介紹了本大型水電站監控系統改造后AGC運行實際情況，并根據電網發生的一起水電站AGC運行策略、安全閉鎖策略不合理、不完善引起的事件為經驗，以電網調度下達的《AGC電廠安全控制策略核查要點》為技術要求，重點排查AGC安全策略是否完善，是否會對電網和電廠安全穩定運行造成影響，并結合電網要求和各大型水電站AGC運行實際情況提出了防范和管理措施。

水電站；AGC；運行；安全閉鎖；策略

1 引言

電網頻率是衡量電能質量的重要參數之一[1]。頻率調節的任務就是當系統有功功率不平衡而使頻率偏離額定值時，調節發電機出力以達到新的平衡。自動發電控制（AGC）就是頻率的二次調整方式[2-3]。大型水電站以及大型水電機組不斷投運，大型水電機組所具有的調節速度快，調節性能好等優點，配合自動發電控制（以下簡稱“AGC”）技術的應用，對提高電網電能質量發揮了重要作用。

2 本站AGC運行情況

2.1 AGC概述

本水電站AGC系統的硬件設備由兩臺冗余的控制器(AGVC1、AGVC2)及AGVC切換裝置組成，經安德里茨的人員編程實現。AGVC1、AGVC2分別位于監控后臺機房監控系統1號服務器柜、2號服務器柜內，AGVC切換裝置在1號服務器柜，電源位于盤柜后面。切換裝置方式把手正常在“AUTO”位置，當主用發生異常時，會自動切換至備用。

2.2 AGC工作原理

本水電站AGC正常時投入調度側控制，各機組有功控制在“可投”狀態，調度側AGC下發本水電站總有功設定值，本水電站側調度網關機（PPDC1PPDC2）接收后，通過監控主網絡下發給AGC主機（AGC1AGC2），AGC經過計算后將負荷分配至各機組LCU，機組LCU下發給調速器執行，同時AGC將本站總負荷上送給調度AGC系統。

2.3 運行分析

通過調取AGC全廠總有功實測值、AGC全廠總有功目標值、省調（主調）AGC有功設定值、有功缺額等數據，分析數據變化規律，尋找缺陷相關原因，提前采取防范措施，有效避免故障的發生，減少因AGC故障對電力生產帶來的各方面影響[4-5]。鑒于AGC數據過于龐大，本次分析數據隨機抽取一周的數據，每5 min取一根數據。結果分析如下：

（1）有功功率缺額報警，指如果總有功設定值不能完全分配到機組則給出該報警。由圖1可以看出，AGC系統有功功率在-40 MW～40 MW之間，為正常值范圍內。但由于機組在振動區邊緣運行，有功功率無法分配，不影響機組正常運行。

圖1 有功功率缺額統計

（2）AGC有功設定值越限報警，有功設定值超過有功最大變幅（電廠側200 MW，省調側240 MW）或超過機組總有功最大限制（操作員設定），或低于電廠最小功率限制，設定值與實測值差值小于15 MW，給出該報警。

（3）有功分配值錯誤，指機組有功設定值總加與AGC目標值差值大于220 MW時，給出該報警。由圖2可以看出，區間內最大差值127.67 MW，因此無有功分配值錯誤報警，有功分配正常。

圖2 AGC總有功目標值與全廠總有功實際值偏差

（4）AGC有功設定值與輸出值校驗故障，指AGC投入情況下，當AGC有功設定值與投入可控機組有功輸出值差值大于220 MW時，給出該報警并退出電站AGC。

（5）AGC設定值跟蹤故障，指當總有功設定值和總有功實發值偏差大于80 MW且持續2 min時操作員報總有功不跟隨設定值報警信號，同時退出電站AGC。

（6）AGC有功設定值不可分配報警，指AGC有功設定值在等值振區時，給出該報警。

3 AGC安全策略不完善引起的事故

然而由于AGC安全策略不合理，安全閉鎖邏輯不完善以及人員誤操作等問題[6]，造成的電網負荷大幅波動仍時有發生。如某水電廠AGC發出錯誤控制指令，導致全廠有功出力從2 072 MW大幅降至259 MW，高壓線路側有功從2 537 MW迅速升至3 889MW，系統頻率降至49.941 Hz。經分析，認定此次異常主要由AGC軟件控制策略缺陷造成。如：實時庫過渡狀態數據異常、數據訪問接口未處理錯誤返回值、控制功能啟用時直接使用歷史設定值、控制值未與當前出力校驗等。

4 AGC策略制定

4.1 AGC運行策略分析

AGC正常運行有投入“調度側”、“備調側”和“電站側”3種調節權限，因此，應考慮以下運行策略：

（1）各控制模式下設置獨立的運行方式

AGC調節權限分為電廠設值權、調度設值權、調度備調設置權。當某一調節權限投入時，AGC系統將執行對應的設定值。在設置好權限后，根據AGC控制方式設置AGC開環模式(即：AGC程序僅給出參加AGC機組有功分配指導，但不作為機組設定值，此時機組有功設定值由運行人員給定)和AGC半閉環模式（即：AGC程序給出參加AGC機組有功設定值，通過機組LCU作用至機組執行。此時機組有功設定值跟蹤AGC設定值），兩種模式只能投入一種，投入后自動閉鎖另一模式。AGC控制方式又設置了全廠總有功定值方式（即全廠總有功固定值不變，然后根據程序計算后下發至并網機組執行）和AGC調度曲線控制方式（由西南分中心下發96個負荷計劃值構成負荷日調節曲線，每15 min調節一次，AGC系統根據日調節負荷曲線對機組進行負荷調整）。在并網機組投入AGC至廠站側控制時，可根據實際運行情況選擇投入全廠總有功定值方式或者AGC調度曲線控制方式；在AGC投入調度側或者備調側時，只能投入全廠總有功定值方式，執行上級調度下達的總有功指令。AGC運行方式見表1。

表1 AGC運行方式表

（2）設置全廠AGC成組控制投入條件

AGC投入和機組自動開停機一樣，必須設置相應的投入條件，才能保證并網機組投入AGC控制后安全穩定運行，同時保證不影響電網的安全。因此，本水電站AGC成組控制投入設置了以下8個條件：①AGC控制單元與機組LCU通訊正常；②機組有功測量正常；③機組無事故；④AGC1或AGC2正常；⑤與兩套調度網關機（PPDC1/2）通信正常（投省調設值權時）；⑥與調度通訊正常（投調度設值權時）；⑦與9號LCU通訊正常；⑧至少有1臺機組投入AGC閉環。

（3）機組AGC優先級與安控裝置切機順序一致

一般情況下，在水輪發電機組效率不同時，通過設置并網機組在AGC中的優先級，讓效率高的機組優先發電，從而提高水能利用效率。另外，在一些特定情況下，由于電網原因導致機組頻繁跨越振動區時，設置機組優先級，還可以選擇不同的機組進行跨越振動區，避免同一臺機組的頻繁跨越。由于本站安控系統按照電網要求進行升級改造后，安控裝置切機順序由原來的優先級一致變成了根據機組優先級進行切機（表2），為保證機組切機正常，同時避免因機組負荷造成過切，并網機組AGC優先級設置與安控裝置機組切機順序保持一致。

表2 安控裝置改造前后優先級與AGC優先級設置表

（4）設置單機循環負荷步長

水電廠一般作為電網的調頻廠，負荷調節頻繁。當負荷調整變化量不大時，如果AGC對全廠機組進行重新分配，可能導致機組所分配的負荷變化量在機組調速器的調節死區，而無法執行。通過設置單機循環負荷步長，可避免此類情況，即在AGC程序設定循環負荷步長，如30 MW，通過機組優先級設置，按階梯進行負荷調整。當調整負荷時，每次循環由優先級最高或最低的機組優先調整負荷，步長最大為30 MW，小于30 MW則由該臺機組承擔，超過部分由次優先級的機組進行承擔。依次類推，如所有機組投入AGC控制的機組均進行了一次分配，則開始下次循環。

4.2 AGC安全閉鎖邏輯

為保證電站AGC可靠運行和電廠設備安全運轉[7]，正常情況下，AGC能夠根據調度下發的有功目標值或者電廠設定值進行發電。但由于電站AGC控制策略、機組運轉特性、運行操作等問題，可能會致全廠出力在很短時間內出現大幅波動，對電廠和電網的安全運行造成很大影響和沖擊。因此，必須對AGC安全閉鎖策略進行完善。根據電網調度要求和《四川電網AGC電廠安全控制策略核查要點》，本站AGC安全閉鎖邏輯設置如下：

（1）調度要求廠站AGC策略

1）為避免發電廠／機組AGC在控制權切換時發電廠／機組有功出力波動，當控制權切換后，應采用當前全廠／機組有功實際出力覆蓋命令給定值。

2）不同通訊規約（IEC104、IEC101）之間的切換不應對發電廠／機組AGC系統造成干擾。

3）發電廠／機組AGC應對全廠／機組負荷給定值進行合理性（包括不在可調范圍內、超差等）判斷，對不合理的給定值不得采用和保留。

4）連續多次收到不合理的全廠／機組負荷給定值時，應執行相應的安全閉鎖邏輯。

5）發電廠／機組AGC在進行超差判斷和負荷分配時應采用全廠／機組負荷給定值與全廠／機組有功實際出力比較的方式進行計算。

6）監控系統數據庫狀態異常時，AGC程序應執行相應的安全閉鎖邏輯。

7）發電廠／機組AGC應讀取當前的全廠／機組負荷給定值來執行分配計算，不應采用歷史數據參與計算。

（2）有功下發/設定值變幅與上下限限制

設置有功下發/設定值最大變幅（如200 MW）限制，在有功設定值變幅超過設定值時，AGC拒絕執行，仍按原設定值發電，并給出報警，提醒電廠運行人員，由運行人員根據情況進行處理?？杀苊庥捎诮邮盏降恼{度AGC主站下發的錯誤設定值或者由于人員錯誤輸入的設定值等造成的出力大幅波動情況。有功的最大變幅應根據當地系統情況，由調度部門確認。設置上下限限制，可避免設定值超出當前AGC控制的所有機組最大、最小出力，導致的負荷無法調整到位情況。

（3）機組有功調節監視

當有AGC與機組LPU通訊中斷、或者機組LPU故障等情況將導致機組無法按AGC設定值進行發電。因此需對機組有功調節進行監視[8]。

1）應確保機組LPU正確接收AGC下發值，當AGC向機組LPU下發設定值后，機組LPU把接收到的值返回到監控系統或者AGC，并判斷兩者是否一致。如不一致，或者長時間未返回，則退出全廠機組AGC控制，并報警。

2）當機組LPU接到設定值時，如果機組在40 s內沒有調節或者一定的時間范圍內(如3 min)，機組實發值與最終設定值之間的偏差大于最大有功調節設定偏差，則發出有功調節失敗報警。

3）當投入AGC控制的機組有功測量值故障，無法檢測到機組有功出力時，則退出全廠機組AGC控制，負荷保持不變。

4）因避免機組頻繁跨越振動區，而造成的新設定值與原設定值之間的有功差額，應能及時報警，提醒運行人員。

（4）GIS保護動作退出全廠AGC控制

安全穩定控制裝置或線路保護動作跳閘時，自動退出全廠機組AGC控制，轉為獨立手動控制，保持負荷不變。為了防止安全穩定控制裝置及線路保護等在檢修和試驗時誤將AGC退出，監控系統上可設置相對應的“閉鎖安穩裝置/線路保護動作退AGC功能”按鈕，當裝置檢修或試驗時應投入其閉鎖按鈕。

（5）AGC系統增加全廠總有功和線路總有功差值保護

當機組總有功與線路總有功差值絕對值大于電廠設定的門檻值時，電廠AGC功能退出運行。對監控中AGC程序修改（圖3）。

圖3 AGC程序修改

其中信號“ETN.JC.AGC.P.P_LU_DIFF”（機組線路總有功差值越限報警）用于退全廠AGC，且送上位機報警。“ETN.JC.AGC.CTL.P_BRAKE.MODE”（機組線路總有功差值保護退AGC閉鎖投入）表示閉鎖總有功和線路總有功差值保護退全廠AGC功能，用于線路上變送器維護等情況時，運行人員通過投入該按鈕，確保AGC系統能正常投運，線路總有功和機組總有功差值絕對值取80 MW。在監控AGC畫面上增加一個按鈕，具備“機組線路總有功差值保護退AGC閉鎖投入命令”“機組線路總有功差值保護退AGC閉鎖退出命令”功能。在退全廠AGC條件中增加“機組線路總有功差值保護退AGC”。

4.3 管理措施

AGC除需要全面考慮各種可能出現的運行情況，并設計相應的安全閉鎖[3～4]條件外，在實際運行中運行人員必須把好運行操作關，工作中應配合采取相應的管理措施：

（1）運行人員需了解AGC邏輯體系和策略，對相應報警和故障，應能做出正確的處理。

（2）在AGC投入前，運行人員必須根據定值表核對AGC參數。

（3）在投入/退出AGC控制時，運行人員必須檢查設定值與實發值是否一致，確保不發生負荷的大幅變化。

（4）對可能影響AGC正常運行的工作，應提前做好安全防范措施，必要時退出AGC，手動控制。

5 結語

AGC在為運行工作提供便利的同時，必須確保其安全可靠運行，尤其對運行人員而言。隨著電網《兩個細則》的實施，加大了對電能質量的考核，其中AGC更是考核內容的重點。廠站AGC系統不但是電網系統二次調頻功能及系統電壓控制的基礎，也是流域梯級電站實現EDC運行的基礎[9，10]，確保AGC的安全可靠運行，不僅關系著電網、電廠的安全穩定運行，更關系著電廠的經濟效益。

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1672-5387（2017）08-0041-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.08.013

2017-05-30

陸建宏（1973-），男，高級工程師，從事水電站安全生產管理工作。