錦西電廠自動發電控制策略分析及優化

劉 江 紅， 梁 成 剛， 楊 自 聰， 梅 沈 鋒， 王 凱

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

在穩定狀態情況下，電力系統的頻率是全系統一致的運行參數。當總出力和總負荷發生不平衡時，就會產生頻率的偏差。由于負荷是經常發生變化的，任何一處的負荷變化都會引起全系統的功率不平衡，因而導致系統頻率的波動。所以，電力系統運行中的重要任務之一就是對頻率的監視與調節。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，從而保證將頻率偏移限制在允許的范圍內。

AGC(自動發電控制)是指按預定條件和要求，以迅速、經濟的方式自動控制水電廠有功功率來滿足系統需要的技術，它是在水輪發電機組自動控制的基礎上，實現全電廠自動化的一種方式。

根據水庫上游來水量和電力系統的要求，考慮電廠及機組的運行限制條件，在保證電廠安全運行的前提下，以經濟運行為原則，確定電廠機組運行臺數、運行機組的組合和機組間的負荷分配[1]。在完成這些功能時，要避免由于電力系統負荷短時波動而導致機組的頻繁起、停。AGC控制系統是電力系統三次調頻的重要技術手段，AGC控制系統的安全穩定運行是電網安全穩定運行的重要前提。

1 錦西電廠AGC投運背景

渝鄂背靠背直流工程于2018年12月底投產。投產后，西南電網與華北、華中電網異步運行，使長鏈式交流聯網結構性風險得以降低；西南電網內水電送出通道輸電能力得到提升。與此同時，頻率穩定和超低頻振蕩問題又成為西南電網新的運行風險。西南電網與華北、華中異步運行后，由于水電裝機占比高達65%，系統存在超低頻振蕩風險。仿真試驗表明，西南電網多種方式下均可能出現發散的全網頻率振蕩，振蕩頻率約為0.06 Hz。

為建立兼顧穩定狀態和事故情況的頻率控制體系，優化分省協同控制，進一步釋放四川、重慶自身的調頻資源，最大限度穩定西南電網頻率，西南電力調控分中心上線AGC主站控制系統，目的在于：(1)優先保障西南電網頻率穩定，兼顧聯絡線偏差控制；(2)提升AGC控制精益化水平，提高穩定狀態頻率質量；(3)輔助大頻偏下較快的頻率恢復速率。

同時，國家電力調度控制中心要求錦西電廠應具備自動發電控制功能，并納入西南電網AGC主站控制。為實現西南電網AGC主站對錦西電廠AGC子站的遠方閉環控制，滿足西南主站AGC系統控制品質要求，錦西電廠先后進行了AGC站內靜態調試，與西南電網聯調，AGC試運行后，正式投入西南網調遠方控制。

2 錦西電廠AGC控制策略

2.1 AGC負荷的分配原則

錦西電廠AGC按與容量成比例分配、等微增率分配、多目標規劃分配、小負荷分配等策略進行負荷分配。AGC在滿足避開機組振動區運行、避免機組頻繁跨越振動區及滿足系統穩定性要求等限制條件的前提下，采用按與容量成比例分配或按小負荷分配的策略進行負荷分配[2]。當 AGC 相鄰兩次全廠有功分配值偏差小于或等于小負荷分配差值范圍(60 MW)時，采用按小負荷分配的策略進行負荷分配。除此之外，AGC 均采用按與容量成比例分配的策略進行負荷分配。

2.2 小負荷分配原則

錦西電廠全廠AGC有功調節死區為20 MW，而每臺機組有功調節死區為6 MW，當全廠日調度計劃曲線變化較小時，調度下發全廠有功設定值相鄰兩次之差一般在2.5～3.0 MW之間，若按照等容量原則分配到6臺機組，每臺機組有功設定值與實發值將在死區內，每臺機組都不會進行調節，導致全廠有功調節不到位。

為此，錦西電廠AGC設置小負荷分配功能，即當相鄰兩次電網調度設值較小時，可選擇一臺機組進行小負荷調整，若一臺機組進行小負荷調整不能滿足要求，可再增加一臺參與調整。這樣就有效避免全廠AGC有功調節死區與機組單機有功調節死區之間配合的矛盾。

2.3 避免機組頻繁穿越振動區

2.3.1 自動避開振動區的策略

在發電機組的負荷控制中，經常會碰到不可運行區，即水輪機的振動、汽蝕區等問題。錦西電廠已完成所有機組全水頭穩定性試驗，精確地劃分了機組各水頭下的振動區，并導入AGC控制系統。AGC在進行負荷分配時可自動躲避振動區，并根據機組振動區段數及大小，確定電廠負荷的可運行區域，并按照避振原則優化計算得到機組間最優負荷分配[3]。錦西電廠AGC在進行負荷調整時的設計原則是：能不跨就不跨越振動區。

2.3.2 快速跨越振動區策略

當由于全廠負荷變化而必須跨越振動區時，必須快速跨越振動區，避免機組長時間運行在振動區。錦西電廠AGC在機組跨越振動區時，同時調節需穿越振動區的機組與反向調節的機組，跨越振動區的機組兩次有功設定值之差按照最大限制來執行，以便使機組快速跨越振動區，直到有功設定值在振動區以外為止。

2.3.3 AGC水頭濾波處理策略

機組振動區隨水頭變化而變化，而機組振動區又直接影響到AGC負荷分配，所以AGC水頭數據采樣就顯得至關重要。錦西電廠AGC用水頭值采用流域集控中心下發的上游水位與下游水位之差，當上游水位或下游水位數據質量發生故障時，進行告警處理并保持原值不變，同時可將水頭給定方式修改為“手動”，此時，可采用人工設定的方式設定水頭，水頭顯示只能代表人工判斷后的設定值。在AGC程序組態中設定了水頭變化梯度閉鎖，而且AGC程序設定4 秒(AGC程序運轉周期)讀1次水頭，考慮到水電廠下游水位會有一定的變化幅度，因此，當讀取的水頭與上次有效水頭值之差小于水頭梯度時，認為該水頭有效，超過水頭梯度，則認為水頭無效，將該值丟棄；當水頭測值超過最高/最低限值時，機組AGC禁止投入。

2.4 AGC與一次調頻的配合邏輯

西南電力調控分中心對接入西南電網AGC主站電廠明確要求：西南電網異步運行后電廠側機組一次調頻應與AGC、監控指令相互協調；一次調頻動作期間不能閉鎖AGC和監控指令；當一次調頻動作期間接受到新的AGC和監控調節指令后，機組應能執行新的AGC和監控指令。所以，目前錦西電廠一次調頻、監控系統有功調節及機組AGC的配合邏輯是：

(1)閉鎖關系：一次調頻動作期間與AGC無閉鎖關系；一次調頻動作期間與監控有功閉環無閉鎖關系。

(2)配合關系：①一次調頻調節過程中AGC不進行干預，若在AGC調節過程中，且一次調頻動作，則AGC和一次調頻同時調節；當全部機組投入AGC時，全廠總有功設定值不變，則AGC分配策略不變，AGC調節到位后，如果一次調頻動作，AGC不進行調節。②當只有部分機組投入AGC時，如果一次調頻動作，引起全廠總有功實測值與設定值相差超過10 MW(0.5倍調整死區)，AGC會進行調節；這種情況，雖然全廠總有功設定值不變，但未投入機組有功實測值會實時發生改變，會導致AGC可分配值發生相應變化，所以，AGC分配策略發生改變，每4秒會重新分配下發機組分配值。③如果調度下發設定值在10 MW之外，接受新下發值，如果調度下發設定值在10 MW之內，此時須判斷全廠總有功實發值與設定值的偏差，若偏差在20 MW之外，則接受新下發值，否則拒絕。

(3)一次調頻與監控有功閉環邏輯配合關系：①一次調頻調節過程中監控有功閉環不進行干預，若在監控有功閉環調節過程中，且只有一次調頻動作，則監控有功閉環和一次調頻同時調節。②監控有功閉環調節機組有功測值進入死區10秒后閉鎖輸出，如果一次調頻動作引起有功設定值與實測值偏差超過死區，監控有功閉環也不再進行調節；當有新的有功設定值下發或實發值大于610 MW，監控有功閉環才進行調節；當檢測到機組有功設定值與實發值相差超過12 MW時，監控系統自動報警，提醒運行人員進行干預。

2.5 AGC與安控策略的配合邏輯

國調中心調控運行規程明確要求：正常方式下，錦西電廠并網運行機組中安排1臺計劃出力最低的機組不投切機壓板，其余運行機組投切機壓板；錦西電廠出力超過2500MW時，錦西電廠投切機壓板的機組單機出力應不低于400MW。AGC負荷分配為滿足此要求，特制定以下策略：

(1)按與容量成比例分配策略進行負荷分配時，在同一段可調區間，保留機組分配值與切機機組分配值相同；按小負荷分配策略進行負荷分配時，在同一段可調區間，保留機組分配值小于或等于切機機組分配值。

(2)向下穿越振動區時，優先選擇保留機組向下穿越振動區，使保留機組分配值低于其他投切機壓板機組。

(3)向上穿越振動區時，優先選擇投切機壓板的機組向上穿越振動區，使投切機壓板的機組分配值高于保留機組分配值。

(4)無論在何種工況下，保留機組分配值小于或等于投切機壓板機組分配值。

(5)當全廠總有功設定值大于或等于2 500 MW時，安控切機最小限制標記自動投入，使投切機壓板的機組有功分配值不低于400 MW。

(6)無論安控切機最小限制標記啟動與否，維持全廠可調出力上下限不變，保證調度設定值能夠正常下發。

(7)小負荷分配計算時，如果安控切機最小限制標記已投入，且有切機機組的分配值低于400 MW，則小負荷分配失敗，采用按與容量成比例分配策略重新進行分配，確保AGC分配策略能及時響應安控切機負荷的要求。

3 AGC運行期間存在的問題及解決方案

3.1 實際負荷偏離計劃曲線

錦西電廠每天會收到國調中心下發的調度計劃曲線(96點負荷曲線)，但該計劃是指電廠送出線路的負荷，若調度側嚴格按照計劃曲線下發全廠總有功設定值，由于未考慮廠用電的消耗問題，線路總有功將會比計劃曲線少15 MW左右，導致偏離計劃曲線。

為此，錦西電廠與西南調度中心協調，在負荷穩定時，將全廠總有功設定值在計劃曲線的基礎上增加15～20 MW，以便更好的執行計劃曲線。同時，錦西電廠在監控系統增加負荷曲線報警功能，在計算機監控系統中，提供計劃負荷曲線的人工輸入功能，將線路總有功與計劃負荷進行對比，差值超過20 MW報警提示。

3.2 安控切機不能退出全廠AGC

錦西電廠退出全廠AGC控制功能的判據中無安控切機的判斷邏輯，使用安控切機后，AGC 將切機負荷自動增加至運行機組，從而導致誤加負荷，嚴重威脅電網安全運行。

為此，錦西電廠將安控裝置動作信號加入全廠總事故的判斷邏輯中，全廠總事故信號將退出全廠AGC控制功能，以確保安控裝置動作切機收到信號后，安全退出全廠AGC，保持全廠負荷不變，有效避免誤加負荷的風險。

3.3 開關站總事故信號不能退出全廠AGC[4]

由于500 kV系統相關保護動作后，保護裝置發出的保護動作信號為脈沖信號，通常只能保持幾十毫秒，所以“開關站事故總信號”也只能保持幾十毫秒。另一方面，“開關站事故總信號”為“全廠總事故”的輸入信號，且“全廠總事故”是通過上位機數據庫對象運算來實現的。對象運算周期最短為2秒，遠大于只能保持幾十毫秒的“開關站事故總信號”，以致“全廠總事故”無法采集到“開關站事故總信號”，進而導致“全廠總事故”信號無法動作，最終造成無法退出全廠AGC。

為此，錦西電廠將監控系統上位機程序升級，保證保護動作信號為毫秒級脈沖信號時，輸出信號保持10 s，以保證500 kV保護動作后能夠退出全廠AGC。

3.4 機組檢修后試驗導致全廠AGC退出

機組檢修后會在空轉或空載狀態下進行緊急停機試驗，以驗證相關功能是否正常。在試驗過程中，相應緊急停機流程將啟動，引發全廠總事故信號，從而退出全廠AGC。

為了防止設備正常檢修工作誤退出AGC，在監控系統上設置AGC專用的機組檢修標記。當投入相應的檢修標記后，機組相應保護動作及緊急停機流程啟動不會誤將AGC退出。并將監控系統機組檢修態與機組AGC檢修標記區別開來，且設置以下邏輯關系：

(1)機組檢修時期工況：機組檢修態，機組AGC檢修標記自動投入。

(2)機組檢修后開展試驗工況：機組非檢修態，機組AGC檢修標記由運行人員手動投入或退出。

(3)機組發電運行工況：機組非檢修狀態且為發電狀態，若機組AGC檢修標記誤投入，觸發上位機報警且將機組AGC檢修標記自動退出。

3.5 調度下發全廠有功設定值非法導致全廠AGC退出

調度設值非法定義為：設值在全廠聯合振動區內或超過全廠可調容量上下限或超過設定有功梯度限值 200 MW。當調度連續 3 次設值非法將退出全廠AGC。由于錦西電廠水庫水位變幅較大，所以機組振動區大，當2臺機組并網運行時將出現全廠聯合振動區，而調度無法識別。所以，在調度計劃曲線跨越聯合振動區時，負荷調整過程中就會退出全廠AGC情況。

為此，錦西電廠積極協調西南調度處，將全廠AGC聯合振動區上送至西南調度，在計劃負荷制定時，避免穩定負荷處于聯合振動區內。同時，在負荷調整過程中，若調度下發值在聯合振動區內，則不下發，待跨過聯合振動區后再正常下發，有效避免了調度下發全廠有功設定值非法的情況發生。

4 結 語

對錦西電廠AGC運行期間存在的典型問題進行優化，并得到有效解決，從中得到以下體會：

(1)電站應該全面梳理退出單機AGC及退出全廠AGC判斷條件是否正確完備，確保機組或開關站發生故障時能及時退出單機AGC或全廠AGC，防止事故擴大。

(2)對于機組振動區跨度大，當低負荷運行期間存在聯合振動區的實際情況，電站應積極與調度協調，取得調度支持，從AGC主站程序源頭上解決問題。

(3)AGC的設計應綜合考慮運行監視，機組檢修工作等因素，增加人性化設計。錦西電廠為更好的執行調度負荷曲線，增加了負荷曲線報警功；為更安全的進行機組檢修后相關試驗增加了AGC專用檢修標記。該兩項功能均運行良好，既保證了電站安全運行，又有效的減輕了運行監視壓力。