水電機(jī)組AGC運(yùn)行及控制策略研究

陳新凌，沈梓正，周智成

（廣西電網(wǎng)電力調(diào)度控制中心，廣西 南寧 530023）

0 引 言

自動發(fā)電控制（又稱AGC），在水電工程中，是調(diào)節(jié)不同發(fā)電廠中多個發(fā)電機(jī)有功輸出以響應(yīng)負(fù)荷變化的系統(tǒng)，是能量管理系統(tǒng)中的重要功能。AGC以控制調(diào)頻機(jī)組出力的方式來滿足用戶不斷變化的用電需求，同時讓系統(tǒng)處于經(jīng)濟(jì)狀態(tài)的運(yùn)行中。AGC已成為水電運(yùn)行的一種重要手段，通過使用AGC技術(shù)，普遍提高了水電工程的工作效率，也大大增加了水電工廠的經(jīng)濟(jì)收益。但實際運(yùn)用中，AGC也不可避免地造成了一些不良的影響。例如，負(fù)荷頻繁變動，導(dǎo)致嚴(yán)重的機(jī)組磨損，加快機(jī)械損壞速度。

1 水電機(jī)組AGC運(yùn)行存在的問題

1.1 水電機(jī)組AGC的運(yùn)行方式

水電機(jī)組中，AGC是在以區(qū)域系統(tǒng)為單位的前提下，對不同發(fā)電廠中不同的發(fā)電機(jī)組的出力進(jìn)行控制的一種運(yùn)作手段。AGC的工作任務(wù)，主要分為三點(diǎn)。第一，在滿足系統(tǒng)安全性的約束條件下，對水電工程中的發(fā)電量實行經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制，簡稱EDC；第二，將其他地區(qū)和本地區(qū)聯(lián)絡(luò)線上的交換頻率控制在協(xié)議規(guī)定的數(shù)值上；第三，根據(jù)額定值維持系統(tǒng)的頻率，工作狀態(tài)穩(wěn)定的情況下，系統(tǒng)頻率可以出現(xiàn)-0.05～+0.2 Hz的誤差，這個誤差區(qū)間根據(jù)系統(tǒng)容量的大小來規(guī)定。

1.2 水電機(jī)組AGC運(yùn)行的情況

AGC是電力系統(tǒng)對并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的基本要求，具備一定容量的并網(wǎng)機(jī)組都應(yīng)該具備AGC功能。水電機(jī)組具有啟停迅速，負(fù)荷調(diào)整速度快及調(diào)節(jié)范圍大的特點(diǎn)，是最適合投入AGC運(yùn)行的機(jī)組類型，承擔(dān)著電網(wǎng)主調(diào)頻的任務(wù)。此外，隨著調(diào)頻電力市場的發(fā)展，進(jìn)入調(diào)頻市場的機(jī)組都應(yīng)具備AGC功能，且調(diào)節(jié)性能需滿足特定要求。水電機(jī)組投入AGC運(yùn)行后，在電力系統(tǒng)調(diào)頻、聯(lián)絡(luò)線控制等方面起到了重要作用，但同時也給機(jī)組帶來了一些問題[1]。

1.2.1 執(zhí)行指令的周期過長

AGC在投入運(yùn)行時，從接受到省調(diào)的有效指令后，平均需要經(jīng)過6 s的時間，才能進(jìn)行功能分配。這個接受指令的時間相對較長，會直接導(dǎo)致系統(tǒng)無法有效地進(jìn)行調(diào)節(jié)工作。

為了更有效率地進(jìn)行調(diào)節(jié)工作，水電廠對其進(jìn)行修改優(yōu)化，將6 s的執(zhí)行指令接受周期改為2 s，大大加快了水電機(jī)組接受執(zhí)行指令的時間[2]。

1.2.2 負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度過大

因為AGC的運(yùn)作原理，水電機(jī)組AGC在運(yùn)作過程中，常常發(fā)生大幅度的負(fù)荷調(diào)節(jié)。同時，水電機(jī)組因為長時間的超負(fù)荷運(yùn)作，會對很多運(yùn)作的機(jī)械設(shè)備造成嚴(yán)重的損傷，減少機(jī)械設(shè)備的使用壽命。如果水庫處于高水位，在水電機(jī)組AGC的運(yùn)作下，水輪機(jī)的水龍頭超過了設(shè)計要求的位置，會造成導(dǎo)葉無法達(dá)到全開的狀態(tài)，從而造成葉片出現(xiàn)裂紋，易發(fā)生導(dǎo)葉被拉斷的狀況。

因此，運(yùn)用計算機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)，將AGC的調(diào)節(jié)信號直接發(fā)到控制中心的計算機(jī)上，讓水電工廠的控制中心進(jìn)行分析與配制，最后合理有效地將變動負(fù)荷分散到水電工廠的其他機(jī)組[3]。該方式能大大減少水電機(jī)組AGC運(yùn)作后因大幅度的負(fù)荷調(diào)節(jié)而帶來的機(jī)械損傷，加大機(jī)械使用壽命。此外，需對導(dǎo)葉進(jìn)行加厚處理，同時采用橡膠材料作為導(dǎo)葉的主要原材料。

1.2.3 水電機(jī)組開關(guān)頻繁投切

水電機(jī)組AGC運(yùn)作過程中，因負(fù)荷的不斷變化會頻繁地關(guān)機(jī)和啟動。這不僅會嚴(yán)重磨損水電機(jī)組，還會導(dǎo)致水電機(jī)組的墊片、螺帽松動和脫落。同時，頻繁地開關(guān)水電機(jī)組，開關(guān)的轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)容易發(fā)生移位，會導(dǎo)致開關(guān)無法正常閉合。

為了使水電機(jī)組AGC在運(yùn)作中不會因振動和擺度導(dǎo)致跳閘，引發(fā)頻繁的關(guān)機(jī)和啟動事件，工作人員需加大對震動和擺度變化的關(guān)注，在水電機(jī)組發(fā)生異常情況時，及時采取相應(yīng)的措施。同時，及時檢查水電機(jī)組機(jī)械部件的損傷情況，若發(fā)現(xiàn)無法使用的機(jī)械部件，應(yīng)及時更換[4]。

2 水電機(jī)組AGC的控制策略

2.1 AGC控制策略簡析

AGC的基本功能是對負(fù)荷頻率進(jìn)行控制、備用容量進(jìn)行監(jiān)視以及經(jīng)濟(jì)調(diào)度進(jìn)行控制等，以保證發(fā)電的出力與負(fù)荷達(dá)到平衡，同時保證系統(tǒng)的頻率在額定值上，使凈區(qū)域聯(lián)絡(luò)線潮流與制定的計劃相等，把運(yùn)行成本最小區(qū)域化[5]。

2.2 AGC控制策略現(xiàn)狀

水電機(jī)組AGC經(jīng)過不斷的改良和優(yōu)化在負(fù)荷調(diào)節(jié)方面已經(jīng)實現(xiàn)了完全市場化的運(yùn)行，已經(jīng)使水電機(jī)組的負(fù)荷減小。負(fù)荷的變化和較強(qiáng)的調(diào)節(jié)能力使水電機(jī)組可以充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，能夠更全面地滿足人們和生產(chǎn)工藝對水電的需求。使用AGC控制能夠有效地降低水電工廠的運(yùn)營成本，并能夠確保水電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性能。

2.3 老舊設(shè)備的更替策略

水電機(jī)組AGC的控制過程中，水電機(jī)組的各項機(jī)械設(shè)備會長期處于頻繁地開啟和關(guān)閉的高速變化過程，讓各項設(shè)備處于高強(qiáng)度的工作壓力中。這會降低設(shè)備穩(wěn)定的運(yùn)行程度。因此，一些無法適應(yīng)AGC控制的老舊設(shè)備將根據(jù)水電機(jī)組的切實情況被更換。如果不及時更換老舊設(shè)備，那么就無法有效地保證閥門的精確程度，會降低各項設(shè)備的使用壽命[6]。

2.4 改善和加強(qiáng)受力部件策略

隨著時代的發(fā)展，人們用電和社會工業(yè)生產(chǎn)用電的需求日益加大，水電機(jī)組的負(fù)荷調(diào)整頻率也不斷增大，所以設(shè)備調(diào)整過程中，調(diào)整過快和調(diào)整過于頻繁的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。為減少AGC調(diào)整對水電機(jī)組的不利影響，需合理控制利用水電機(jī)組AGC系統(tǒng)，確保AGC系統(tǒng)在負(fù)荷調(diào)節(jié)的速度能夠把控在原有的設(shè)計條件以內(nèi)。同時，水電機(jī)組AGC在調(diào)整過程中，常常會使水電機(jī)組的很多工作機(jī)械因外力作用和水流作用而承受很大的工作壓力，會使水電機(jī)組的機(jī)械設(shè)備在負(fù)荷變化的過程中出現(xiàn)大量的磨損。因此，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備的關(guān)鍵部位有磨損，且磨損程度達(dá)到無法繼續(xù)承受AGC控制的運(yùn)作程度，就需要及時進(jìn)行材料更換[7]。

2.5 根據(jù)負(fù)荷程度對設(shè)備進(jìn)行分配和調(diào)節(jié)策略

傳統(tǒng)AGC控制是通過電網(wǎng)里的AGC控制室對各個機(jī)組里的裝置起到控制作用。隨著時代的進(jìn)步，科技進(jìn)一步發(fā)展，目前已經(jīng)采用了現(xiàn)代化智能的AGC控制。現(xiàn)代化智能AGC控制能讓水電機(jī)組的設(shè)備可以直接將各種訊息以自動化的方式反饋給智能控制中心，使整個控制過程得到進(jìn)一步的細(xì)化。智能AGC控制可以根據(jù)系統(tǒng)的消息反饋來對某一個控制點(diǎn)展開更有針對性、更有效果的控制操作，進(jìn)而根據(jù)負(fù)荷程度的不同來改變控制點(diǎn)的運(yùn)作狀態(tài)。需注意，必須對峰值的變化保持高度重視。此外，為了能夠更加適應(yīng)因AGC控制變化帶來的運(yùn)作狀況的變化，水電工廠需要根據(jù)自身情況單獨(dú)安排一臺備用的水電機(jī)組。

3 結(jié) 論

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的當(dāng)今時代，水電工程的運(yùn)用也在不斷發(fā)展和優(yōu)化，做出進(jìn)一步符合社會需求的狀態(tài)調(diào)整。AGC被廣泛運(yùn)用于水電工廠，雖然大大提高了水電工程的工作效率和經(jīng)濟(jì)利益，最大化地實現(xiàn)了資源的有效利用，但是也帶來了不少的安全隱患。為了使水電機(jī)組在投入AGC后運(yùn)作狀況更加良好，水電工廠采取了一系列有效措施，更好地推進(jìn)了水電機(jī)組AGC的工作效率，大大推動了我國水力發(fā)電的可持續(xù)發(fā)展性。