流域梯級水電站負荷智能調控模式研究

李 雪 梅 ， 鐘 青 祥

(國家能源大渡河流域生產指揮中心，四川 成都 610041)

1 概 述

從上世紀九十年代開始，國內流域集控中心建設開始起步，先后建成了三峽梯調中心、華能瀾滄江集控中心、大渡河集控中心、雅礱江集控中心等特大型流域梯級調度機構以及寶興河、田灣河、古田溪等中小流域集控調度管理機構。流域集控中心主要負責所管轄電站的設備監視、負荷調整、一次設備倒閘操作、閘門調度等任務。在實時負荷調整上，集控中心普遍還是傳達電網調度命令，依賴電站AGC，實現站內負荷實時分配[1-3]。近年來，部分流域集控中心開展了梯級AGC(或經濟調度控制EDC)初步探索，但仍處于不斷研究試驗階段[4，5]。從流域整體出發，如何實現全流域負荷實時智能調控，減輕人工操作頻率，提高工作效率，提升流域整體經濟運行水平，使流域梯級水電站遠方調控更加安全、高效、智能，仍然是當前研究的重要課題。

2 流域梯級水電站負荷調控模式現狀

目前，對于所管轄電站負荷的調控，一些流域集控中心只負責電網調度命令的傳達，不承擔實際調整任務，由電站根據調度命令自行調整。除此之外，具有負荷調控任務的流域集控中心，大部分只是將負荷調整的功能簡單地從電站遷移到集控中心，通過接收上級電網調度對單個電站的負荷調令，遠方調整負荷，實現站內負荷分配。這兩類集控中心對于電站的統一歸口管理有很好的成效，但在實時調度方面，還是主要通過負荷計劃、溝通協調來解決，對于優化調度，提高水能利用率，未起到很好的作用。特別是針對徑流式的電站，水庫水位陡漲陡落，需要頻繁地申請調度來控制水位。同時，根據實時調令或負荷計劃曲線人工調整電站負荷，不僅調節頻次多，也無法滿足電站高頻調節精度要求。

近年來，梯級電站間優化調度技術逐漸興起，烏江、田灣河、西洱河、黑水河等中小型流域集控中心開展了經濟調度控制EDC初步探索[6-12]。EDC將梯級電站群作為一個整體接收電網負荷調度命令，由EDC控制策略將負荷分配至各個電站，這在一定程度上可以解決站間負荷不匹配，經濟運行差的問題，但由于電站間機組特性、水庫特性、送出線路結構、斷面控制等差異，造成最終分配結果達不到理想狀態。大渡河集控中心對于水力、電力聯系緊密的三個電站開展了深入的EDC分配策略研究，由于送出線路一致，斷面潮流統一考慮，就可以只專注于站內的優化分配，效果顯著，開創了國內大型流域梯級電站群總負荷自動調控并投入電網運行的先河。但大渡河EDC也僅考慮了部分電站的優化調度，目前，從流域整體出發，實現全流域負荷實時智能調控，提升流域整體經濟運行水平的研究，還未有先例。

3 流域梯級水電站群負荷智能調控模式應用

近年來，計算機技術的飛躍發展極大地提高了水電行業的信息化程度，海量數據的采集和存儲為進一步提高水電調度決策的高效性和實用性創造了新的契機。針對目前流域集中調控存在的問題，利用新興技術帶動調控模式的變革是實現全流域智能調控的重要突破口。

在同在一條流域上，電站間由于機組特性、水庫調節性能、地理位置、送出線路等差異，造成各電站調度要求均有較大差異。針對現有技術和目前調度現狀，可將流域電站調度方式分為兩類情況進行優化調度。

3.1 單站AGC負荷計劃曲線自動跟蹤

流域中某些單個電站，地理位置孤立，送出線路架構特殊，對于機組運行特性、水庫調節性能、電網調節等有特殊要求，同時，無法與流域其他電站緊密聯系。這類電站目前只能沿用單站AGC調度方式，但可以從提高調節精度，減少人工調節頻次方面來優化負荷調整方式。

目前，根據電網調度要求，電站需要根據調度日前發電計劃實時調整負荷，由于電網日前發電計劃負荷曲線波動大，集控值班人員需要頻繁人工調節全站負荷值，人工負荷調整任務頻次及難度明顯增加，同時，受人工調節精度的影響，日發電計劃考核電量也會有所增加。

負荷計劃曲線自動跟蹤功能設置在集控側，當電站AGC投集控閉環控制時，集控自動投入有功負荷自動調整功能，并根據電站負荷調節速率，計算每次負荷調節開始時間，將對應時間點有功負荷值自動下發至電站AGC，實現負荷自動調整(圖1)。通過負荷計劃曲線自動跟蹤功能，可根據電網有功負荷復雜調節規則精準轉化日前發電計劃，動態調整機組開機組合及負荷調節量，實現日前發電計劃的自動執行，在滿足電網對負荷調節的高精度、高頻度要求的前提下，大幅度減少了集控人員操作頻次，有效提高了負荷調節智能化水平。

圖1 單站AGC負荷計劃曲線自動跟蹤模式

3.2 區域電站EDC負荷集中控制

流域電站中存在一類電站群，水力、電力聯系緊密，具有地理位置相近、送出線路相同等特征。針對此類電站群，可劃分為一個區域，電網調度中心將此區域電站作為一個整體進行調度，集控中心通過區域EDC來實現區域電站間負荷的整體優化分配(圖2)。EDC作為一個處于電網調度和電站AGC之間的運行控制層，根據電網調度控制中心下達的區域電站總負荷，按照負荷分配策略，自動計算各站負荷分配值，并同步下發至各站AGC，AGC再將其分配給機組。EDC負荷分配策略綜合考慮了水位、流量、棄水、機組性能、經濟運行等約束條件，可制定多種安全、經濟調度分配模型，并根據調度實際需求自主選取或自動匹配相應模型。

EDC實現了區域電站間的負荷智能優化分配，可大大減少集控調度人員人工調節頻次，同時，區域電站間負荷分配更加安全、合理、經濟，有效提升了水能利用率，增強了區域電站整體安全和經濟運行水平。

3.3 大渡河流域負荷智能調控模式的應用

大渡河流域是我國十三大水電基地之一，其組成的巨型水電站群是四川電網主力調峰調頻基地。目前，大渡河流域梯級水電站負荷分配模式有二種：一種是位于同一送出線路的瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站，已通過區域電站EDC系統，實現三站總負荷的站間實時智能分配。另一種是除瀑布溝、深溪溝、枕頭壩以外的集控電站，則通過AGC負荷計劃曲線自動跟蹤系統，根據電網日前發電計劃，定時定點自動調整各站負荷值。

圖2 區域電站EDC負荷集中控制模式

3.3.1 瀑布溝、深溪溝、枕頭壩區域電站EDC系統

瀑布溝、深溪溝、枕頭壩是位于大渡河中下游的三座以發電為主的大型電站，三座電站均由同一條通道送出。瀑布溝電站AGC受四川省電力調度控制，根據川渝聯絡線差值進行負荷自動調整，其負荷波動具有頻繁性和不確定性。一方面，增加了集控調度人員向四川省電力調度中心申請負荷的頻次，另一方面，造成下游深溪溝、枕頭壩徑流式電站的水位大起大落，很容易產生棄水或者水庫拉空現象，影響梯級經濟運行。大渡河針對目前調度現狀，結合流域電站特性，建立了瀑布溝、深溪溝、枕頭壩區域電站EDC系統。EDC綜合考慮電網高強度調峰調頻和流域安全、經濟運行的需求，通過10類安全約束和6類分配模型，實現了三站負荷的實時優化分配，有效解決了電網負荷實時平衡與流域梯級水電站安全、經濟耦合運行的建模難題。

大渡河區域電站EDC負荷分配模型主要分負荷調令模式和非調令模式兩大類。在調令模式下，當電網下達負荷調節調令時，負荷分配以快速響應電網需求、電站安全經濟運行為主要原則，將各站負荷分配為有利于水電群經濟運行的方式，保障水能高效利用。在非調令模式下，將水位運行區間劃分為高水位運行區、可運行區及死水位運行區三段的方式，當水位進入高水位或死水位運行區間且沒有返回可運行區的趨勢時，自動匹配水位異常模型，重新分配瀑布溝、深溪溝、枕頭壩站間負荷，以便異常水位可盡快返回其可運行區，平抑計算誤差帶來的時間積累效應。如果深溪溝、枕頭壩水庫水位均在可運行區，且瀑布溝、深溪溝、枕頭壩電站至少有一個電站有棄水時，自動匹配棄水控制分配模型，以減少電站棄水損失電量。

EDC分配策略構成見圖3，其中調令模式下可選最大蓄能、水位平穩、少調負荷、負荷平衡4類經濟調度模型。非調令模式下，條件滿足自動觸發進入水位異常模型或棄水控制分配模型，水位異常模型優先級高于棄水控制分配模型。

瀑布溝、深溪溝、枕頭壩區域電站EDC系統已運行近三年，平均每年累計減少人工負荷調節次數3萬余次，枯期通過經濟運行減少耗水率，可增發電量1.2億kWh。

3.3.2 電網負荷計劃曲線自動跟蹤系統

針對四川省電力調度單站直調的電站，集控調度人員需要人工手動按照有功負荷調整規則進行調整。由于電網日前發電計劃負荷變動頻繁，調度人員進行負荷調整任務頻次、難度及日發電計劃考核電量明顯增加。針對上述情況，大渡河建立了電網負荷計劃曲線自動跟蹤系統，從而實現負荷的自動調整。負荷自動調整流程見圖4，流域各站電網負荷計劃通過非控制網Ⅱ區“四川電網調度支持系統”發布，計劃曲線自動跟蹤功能將自動提取負荷計劃文本文件，轉存至控制網Ⅰ區“計算機監控系統”，在滿足安全要求的前提下，根據電站負荷爬坡率、機組禁運區要求，以及電網負荷調整規則解析，將日前發電計劃進行精準轉換，自動生成集控側的日計劃負荷調節曲線，并在對應時間將對應時刻的負荷值下發至電站AGC，電站AGC再進行站內機組負荷分配。

電網負荷計劃曲線自動跟蹤系統有效解決了流域電站負荷調整頻繁、人工調整負荷精度低等問題，日發電計劃考核電量也大大減少。據統計，大渡河公司通過使用該系統，一年可減少1 200萬kWh不合格電量考核。

4 全流域梯級水電站群EDC控制模式展望

區域電站EDC負荷集中控制能實現統一送出線路的區域電站間負荷實時經濟分配，但從流域整體的負荷匹配上來說，還遠遠不夠。通過區域EDC拓展應用，實現全流域水電站EDC是負荷實時智能調控的最終目標(圖5)。在這種模式下，集控中心綜合考慮電站運行情況、負荷匹配等因素，上報負荷計劃，電網調度中心根據計劃，對流域集控中心單點調度，下達總負荷，集控中心在保證完成電網下達任務的條件下，自主進行梯級水電站間的負荷分配和優化調度，實現流域總體效益最大化。這種調度管理模式可以減輕電網調度任務強度，提高梯級電源質量，保證電網安全穩定運行，同時，給梯級發電企業充分自由優化調度管理，提高流域集控中心調度管理的積極性。

圖3 瀑布溝、深溪溝、枕頭壩三站負荷分配策略選擇邏輯圖

由于流域電站送出線路、斷面限制、潮流分布等差異，流域EDC在進行策略計算時，除了考慮流域內部的出力、流量、水位、振動區等約束外，還需要綜合考慮送出線路斷面潮流限制、斷面其他線路的實時功率等數據。針對此數據壁壘，流域EDC運行主要有兩種實現途徑：(1)流域EDC根據自身約束條件，優化分配站間負荷，但需要考慮電站負荷平衡、特殊電站優先調節等機制，以便兼顧各電源點的潮流分布，實時響應電網對線路斷面的限額要求，保障電網安全。(2)打通數據通道，獲取到更豐富的電網潮流等數據，并將其作為約束條件納入EDC策略計算中，故EDC分配將可同時兼顧電網和電站要求，使分配更加安全、合理和高效。

圖4 負荷自動調整流程圖

圖5 全流域梯級水電站群EDC控制模式

隨著技術的發展，電網調度、集控、電站等機構管理模式的逐漸變革，實現全流域EDC控制是可期的。

5 結 語

筆者深入研究了流域梯級水電站負荷實時調控模式的現狀，從流域區域集中調控方面著手，提出了單站AGC負荷計劃曲線自動跟蹤和區域電站EDC負荷集中控制兩種智能調控模式，并重點介紹了兩種調控模式在大渡河流域的應用。瀑布溝、深溪溝、枕頭壩區域電站EDC系統的應用，實現了電站間負荷實時智能分配，開創了國內大型流域梯級電站實時負荷動態調控新模式。通過最終實現流域EDC控制，在保障電網安全的前提下，有效提升流域集中管控能力和經濟運行水平，為流域梯級水電站群負荷實時調度智能化、智慧化發展提供思路和渠道。