皂市水電站AGC調節性能研究

李建新，郭顏艷，徐 果

（湖南澧水流域水利水電開發有限責任公司，湖南 長沙415311）

1 前言

自動發電控制（Automatic Generation Control，簡稱AGC）是電力系統調度自動化的主要內容之一。該自動發電控制程序可以實現控制區域內各發電機組有功輸出的自動調整和分配，從而將系統頻率和聯絡線的交換功率維持在計劃的目標范圍內。

皂市水電站位于湖南省皂市鎮，總裝機容量120 MW，裝有兩臺混流式水輪發電機組，每臺單機容量60 MW，額定水頭50 m，運行水頭范圍36.4～65.6 m，2008年5月投產發電。

2 AGC考核規則

根據國家能源局湖南監管辦發布的《華中區域并網運行管理實施細則（試行）》湖南修訂增補條款[1-4]，提供AGC服務并網發電機組的考核內容包括AGC的投運率、調節速度、調節精度等。

2.1 AGC月投運率

并網電廠AGC的月投運率必須達到90%以上。每降低1個百分點（含不足1個百分點），每臺次記考核電量1萬kW·h。經調度機構同意退出的時間段，不納入考核范圍[5]。

2.2 調節性能要求

具備AGC功能的機組，應按調度指令要求投入AGC，無法投入AGC功能或AGC調節性能（水電按全廠每日平均調節速度或精度）不滿足要求時，每日按5萬kW·h記為考核電量[5]。

水電機組AGC考核標準見表1。

表1 水電機組AGC考核標準

3 AGC調節性能分析

3.1 AGC考核原理

（1）某一調節指令AGC調節速度Vi：

其中：P2為結束功率；P1為初始功率；T2為結束時間；T1為開始時間。

（2）日平均調節速度V（所有調節過程速度的算術平均值）：

其中：n為每日考核指令條數。

（3）某一調節指令AGC調節精度ei：

其中：P2為結束功率；P3為結束指令（目標功率）；PN為電站裝機容量。

（4）日平均調節精度e（所有調節過程精度的算術平均值）。

其中：n為每日考核指令條數。

3.2 AGC考核原因分析

通過對電站AGC考核數據分析，大多都是由于日平均調節速度不合格被考核。

根據某一調節過程中調節速度公式（1），單次功率的變化量P2-P1由省調按照電網需求進行分配，不受調節過程影響，調節速度快慢由整個調節過程時間變化T2-T1決定。調節過程時間可進行如下分解：

其中：t1為負荷值在電站與省調之間傳輸時間；t2為電站收到省調負荷指令后上位機數據處理時間；t3為負荷調節過程時間；t4為負荷調整后下位機數據處理時間。

根據公式（5），因傳輸設備建設完成后t1屬固有傳遞時間，暫無法改變，只能通過設備改造或參數優化等方式盡量縮短t2、t3、t4值。

4 AGC調節性能改善措施

通過現場數據監測及數據分析，現場設備可從3個方面縮短時間，改善AGC調節性能。

4.1 縮短上位機數據處理時間

一方面，電站上位機主機運行已近10年，設備老化現象較重，數據處理速度存在一定延時，另一方面，電站監控系統上位機軟件系10年前低版本，據調研了解，現推薦使用版本計算速度與數據處理時間都有一定程度提高。針對設備現狀，及時調整計劃，加快監控系統上位機換型改造及軟件升級工作。工作完成后，上位機數據處理時間從原來2 s左右縮至小于1 s。

4.2 改變機組負荷調整模式

電站負荷調整控制方式單一。由于皂市水庫以防洪為主，電站水頭變幅大，機組常年運行在額定水頭以下。當機組在高于額定水頭情況下運行，采用開度模式控制方式調節負荷時，基本能達到AGC調節性能要求。隨著水頭降低，單位導葉開度對應負荷值變小，在原控制模式下調節性能逐漸降低，導致電站屢被考核，扣罰電量多，經濟損失大。電站調速器設備系10年前投運設備，只能在開度模式控制方式下運行，接收監控系統“增/減”信號后，通過調節機組導葉開度來實現負荷調節。

為解決這一根本問題，調整思路，將兩臺機組調速器設備換型改造，增加功率模式控制方式，徹底解決電站控制模式單一問題。

2019年8月8日電站組織各設備廠家及湖南省電科院技術人員，完成42 m水頭機組功率模式控制方式下參數優化聯調試驗，成功提升機組額定水頭以下運行時AGC調節性能。

經比較，機組40 m水頭左右運行時，功率模式調節速度比開度模式快3～4 s，AGC調節性能大大提升。

4.3 縮短負荷調整后下位機數據處理時間

電站下位機功率采集有兩種方式，一種是通過交采表采集，另一種通過功率變送器采集。通過對下位機程序梳理后發現，原監控系統功率主用采集方式為交采表采集。經檢測，交采表數據采集及傳送存在1～2 s延時，變送器采集方式數據采集時間維持在500 ms左右，基本上實現實時傳送。通過更改功率數據傳送方式，負荷調整后負荷值送至上位機時間較改善前縮短1 s左右。

5 調節性能改善前后AGC考核情況對比

以上AGC性能改善措施實施后，電站AGC考核率明顯下降，從表2可以看出，2019年1月至8月7日，機組運行217 d，考核133 d，考核率61.29%，8月8日至12月31日，皂市機組開機運行126 d，AGC考核4 d天，考核率降至3.17%。

表2 AGC調節性能改善前后考核情況數據統計表

6 結語及建議

自2009年《華中區域發電廠并網運行管理實施細則》實施以來[6]，水電站在加強設備運行管理的同時也在想辦法提高電站AGC調節性能。經過近2年AGC調節性能改善研究，電站已取得初步成果。后期，電站將從以下兩個方面開展相關研究工作。一方面，機組在功率模式下運行，其調節速度增快，對機組影響程度有待進一步數據比較及評估。另一方面，由于電站水頭變幅大，40 m水頭左右AGC調節性能基本解決，水頭升高后需尋找對應水頭下的最優參數，既保證電能質量、電網安全，又保障電站設備安全、經濟運行。