巨型水電站AGC 功能在監控系統改造中聯合控制的研究及應用

陳超群，黃家志，艾遠高

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

某巨型水電站內裝有14 臺700 MW 混流式水輪發電機組，總裝機容量9 800 MW。原計算機監控系統（以下簡稱監控系統）由長江水利委員會設計院設計，由瑞士ALSTOM 公司承建，以ABB 公司Advant OCS 系統平臺（以下簡稱老系統）為基礎設計開發，于2003 年投入運行，至今該套監控系統已穩定運行超過16 年。

近幾年來，由于監控系統硬件設備投運時間較長，機組LCU、工作站及網絡硬件等設備故障率逐年上升，嚴重威脅到該巨型水電站的安全穩定運行，因此于2019 年開始對其監控系統廠站層和現地層設備分別進行換型改造。2019 年年底，該巨型水電站監控系統廠站層設備改造完成，改造后的監控系統為中水科技H9000 V6.0 系統（以下簡稱新系統），自動發電控制（以下簡稱AGC）功能在新老2 套監控系統上成功實現聯合控制并投入使用。

1 老系統AGC 應用系統結構

老系統AGC 高級應用系統由2 套互為冗余的系統組成。每套系統包括1 臺應用程序工作站和1臺應用程序控制器（使用AC450 控制器），如圖1 所示：2 套系統互為主備，當主系統出現故障時，備用系統自動接管所有主系統應用。

圖1 AGC 應用系統結構

應用程序工作站與應用程序控制器之間采用VIP 通信協議進行通信。應用程序工作站主要負責AGC 分配計算；應用程序控制器主要作為應用程序工作站與現地LCU 之間的通信轉換接口，同時，應用程序控制器內還運行了一部分AGC 約束條件判斷程序。

2 AGC 應用系統在監控系統改造過程中聯合控制的總體設計

該巨型水電站由于其具有裝機容量大、機組運行穩定可靠等特點，在華中電網擔負重要的發電任務。因此，在本次監控系統改造過程中，要求其AGC功能保持連續平穩運行。然而對于已經投入AGC 的電站監控系統，在改造過程中的一個重要技術問題就是如何實現新老監控系統AGC 控制的平穩過渡。

2.1 問題分析

在該巨型水電站監控系統改造過程中，由于老系統采用瑞士ABB 公司Advant OCS 系統平臺，其現地控制器AC450 所使用的MB300 網絡通信規約與接口具有較強的專用性和封閉性，使得新系統廠站層投運后不能與現地控制器實現直接通信，進而無法對未改造機組進行監控，因此在新系統的廠站層投入運行后，將形成新、老系統并列運行的過渡期，即新系統監控改造后的新現地LCU，老系統監控未改造的舊現地LCU。

面臨這種特殊的改造環境，AGC 應用系統的平穩過渡面臨以下技術難點：

（1）新、老系統通信規約完全不同，如何保證2 套監控系統的上行和下行數據傳輸實時、有效、一致。

（2）如何實現AGC 應用系統在新、老系統中平穩過渡，安全穩定地對已改造和未改造機組同時進行負荷計算分配。

2.2 通信方式設計

在老系統中，應用程序控制器與廠站層之間采用的是VIP（Vendor Internet Protocol）通信協議，但由于ABB AC450 控制器所使用的MB300 網絡通信規約與接口專用性和封閉性的問題，老系統中與廠站層實現通信接口的應用程序控制器必須在整個改造期間予以保留，因此在新系統數采/應用服務器中新增VIP 通信解析程序，將未改造的現地LCU 數據通過應用程序控制器中轉接入新系統中，以實現新、老系統之間的數據傳輸，如圖2 所示。

圖2 新、老監控系統AGC 應用系統通信接口

2.3 AGC 功能設計

縱觀其他巨型水電站AGC 應用系統在新、老系統中平穩過渡的方法主要有以下2 類：

第1 種：當改造機組臺數少于2 臺時，電廠的AGC 功能運行在老監控系統上；當改造機組臺數多于2 臺時，電廠的AGC 功能運行在新監控系統上，調度下發的全廠總有功是控制已改造機組的總有功，未改造的機組不參與AGC 控制，由運行人員進行手動負荷設定。

第2 種：隨著現地LCU 改造的進行，調度側將電廠臨時分成兩個電廠（未改造電廠和已改造電廠）。監控系統改造時，新老系統分別運行AGC 功能，調度側對全部機組進行直接控制，但需要對不同的監控系統下發不同的兩個全廠總有功設定值。

考慮到第1 種方法，由于現地LCU 改造周期較長，導致運行人員在很長一段時間需手動計算未改造機組實發有功并人為手動控制調節；第2 種方法，需與調度溝通，且調度側AGC 程序需做較大改動。由于以上兩種方法均存在運行操作繁瑣、程序修改復雜，且不具備應急和快速恢復的功能，所以在該巨型水電站監控系統改造過程中，為避免新老系統AGC 功能同時運行導致負荷分配計算錯誤、分配時間出現偏差等問題，基于程序修改量最小化和運行操作便利的原則，本次改造采用了由新系統對該巨型水電站AGC 進行統一控制、老系統配合的方式。

電廠的AGC 功能運行在新系統上，取消老系統應用程序控制器內部的AGC 閉鎖判斷邏輯，由新系統統一進行負荷計算和分配，新系統經老系統應用程序控制器下發單機有功設定值至未改造機組，已改造機組的負荷則由新系統AGC 功能直接控制調節，如圖3 所示。

圖3 AGC 應用系統負荷分配

3 AGC 應用系統在監控系統改造過程中聯合控制的實現及應用

在實際改造過程中，因為老系統AGC 高級應用系統由2 套互為冗余的系統組成，所以根據設計思路，在備用應用程序控制器進行了模擬試驗，證明了該思路的可行性。隨著新老系統通信連接、未改造現地LCU 的數據接入新系統、AGC 程序的廠內離線和在線試驗、新系統AGC 程序投運，順利完成了AGC應用系統在監控系統改造換型過程的平穩過渡。

3.1 新老系統通信實現

應用程序控制器與廠站層之間采用的是VIP通信協議，該協議用于ABB AC450 控制器和外部計算機或其他控制器之間的數據交換。VIP 是在建立以太網上的互聯網協議，傳輸層支持傳輸控制協議TCP 和用戶數據包協議UDP。

該巨型水電站VIP 通信傳輸層采用UDP 通信協議，通過上行數據包將機組LCU 數據上送至廠站層應用程序工作站，通過下行數據包將應用程序工作站中AGC 相關數據和命令發送至各機組LCU。其數據包格式為：30 個長整型，每個長整型包含30個開關量；模擬量10組，每組30個實型，如表1所示。

表1 VIP 通信數據包格式

在新系統的數采/應用服務器中新增VIP 通信程序時，其網絡IP、端口、通道配置等均需與應用程序控制器相對應。斷開備用應用程序控制器與老系統應用程序工作站的連接后，將其接入新系統數采/應用服務器進行通信調試，新老系統VIP 通信正常。

3.2 新老系統AGC/AVC 功能聯合控制的實現

在老系統中，現地LCU 程序包含單機AGC 投入/退出、加入條件滿足、有功聯控運行模式等邏輯。現地LCU 通過MB300 網絡將單機AGC 相關信號上送至應用程序控制器，經應用程序控制器內部的AGC 閉鎖判斷程序計算后，上送至應用程序工作站，由其AGC 應用系統進行負荷分配計算，有功設定值和AGC 投入/退出命令經應用程序控制器下發至機組LCU。

為實現新系統AGC 功能對未改造機組的控制，需修改備用應用程序控制器內的程序，取消AGC 閉鎖判斷等邏輯程序，程序只負責完成數據上送和下傳的中轉功能。新系統的單機AGC 投入/退出命令經應用程序控制器下發至未改造機組，未改造機組收到命令后根據其機組LCU 程序進行計算，將單機實發有功、AGC 投入/退出信號、加入條件滿足信號、有功聯控運行模式等信號上送至新系統，新系統根據接收到的信號來判斷未改造機組AGC 狀態，再進行AGC 負荷分配計算，如圖4 所示。

圖4 AGC 應用系統數據流向

新系統AGC 程序設計過程中，需注意區分已改造機組和未改造機組，已改造機組的負荷分配由新系統直接控制完成；未改造機組則由新系統以中轉方式下發單機有功設定值至機組，與此同時，未改造機組的AGC 狀態均由現地LCU 的AGC 程序計算得到并真實反饋至新系統。對于AGC 約束條件，在機組加入AGC 的條件中需增加對新老系統VIP 通信狀態的判斷，當新老系統VIP 通信異常時AGC 聯控應自動退出。

斷開備用應用程序控制器與老系統應用程序工作站的連接，按照上述方法修改備用應用程序控制器的程序后，將其接入新系統數采/應用服務器進行AGC 離線試驗，應用程序控制器可準確接收單機有功設定值，新系統可正常接收單機AGC 狀態信號，AGC 功能運行正常。

3.3 AGC 功能的應用

在備用應用程序控制器進行的新老系統VIP 通信和AGC 離線試驗，證明了該思路的可行性，因此在AGC 功能由老系統切至新系統控制時，短時退出全廠AGC 功能，在主用應用程序控制器上實施該方法。

經過修改程序、新老系統通信連接、AGC 程序的廠內離線和在線試驗、新系統AGC 程序投運，逐步完成了AGC 應用系統在監控系統改造換型過程的平穩過渡。在監控系統改造過程中通過采用新系統AGC 統一計算、老系統配合的聯合控制方式，具有實際程序修改量小、負荷分配計算統一性高、無需運行人員手動調節等優點，有效提高了該巨型水電站運行的安全性和穩定性。

4 結束語

電站AGC 屬于機組監控系統的高級應用功能，關系到電網的安全穩定與電站的經濟運行。該巨型水電站在監控系統改造過程中，首次設計研究AGC功能在新老系統聯合控制的方法，考慮內容全面，且經過實踐驗證并順利實施和應用，既保證AGC 功能對全廠機組的統一控制，又最大程度減少程序修改量、操作便利、客戶化程度較高，新系統AGC 功能主要性能指標優良，有利于保證設備的安全穩定運行。同時該巨型水電站AGC 功能在監控系統改造過渡期聯合控制的實施方法為以后其他電站監控系統改造提供了有益的借鑒。