遠程集控模式下水電站功率調節協調控制策略研究

王 義

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004；2.湖南省水電智慧化工程技術研究中心，湖南 長沙 410004）

0 引言

五凌電力發電集控中心成立于2010年3月，接入公司在湘、黔兩省管轄的13座常規水電廠，控制機組56臺，受控容量469萬kW，全部接入湖南電網。現集控中心將13個水電廠劃分為“三掛白托”、“五凌”、“洪碗落近”、“東株馬”4個值班區域，實行“一人一席多廠”的區域值班模式。洪江電廠2012年接入五凌電力發電集控中心，目前受控于“洪碗落近”值班區域，洪江電廠地處湖南省懷化市洪江區上游4.5 km，裝設6臺45 MW燈泡貫流式機組，總裝機容量27萬kW，年設計發電量10.54億kW·h，兩回220 kV出線接入湖南懷化黔城變電站。

1 背景

伴隨著電網結構變化，特高壓的高速發展，以及風電、光伏等新能源裝機的不斷增大，系統負荷變化、不確定性越發增強，水電機組因啟停、負荷調節響應快，往往是電力系統負荷控制、頻率調節的首選對象。洪江電廠電網位置地處湖南電網的湘西南斷面，是湖南省調的重要電源負荷調節點，電廠機組投產至今將近20年，因設備老化、設備特性等特點，一般情況下單機單次負荷調節控制在5 MW以內，40 MW以上時先調至43 MW，再調至45 MW。6臺機運行時，負荷從最低至滿負荷值班人員最多時需手動調整48次。正常值班時五凌集控“洪碗落近”區域值班員1人監視控制洪江、碗米坡、落水洞、近尾洲4個電廠，洪江、碗米坡屬湖南省調調度，落水洞、近尾洲分別屬于湘西和衡陽地調調度。碗米坡電廠正常情況下投入AGC功能，負荷自動調節，落水洞和近尾洲屬地調調度，機組啟停和負荷調節次數相對較少，洪江電廠負荷手動調節則較為頻繁。在“一人一席多廠”集控模式下，值班人員工作量相對較大，為提高運行管控水平，提高運行工作效率，減輕值班人員勞動強度，結合實際控制需求，提出遠程集控模式下水電站功率調節協調控制策略，進而實現有功自動分配功能。

2 集控模式下功率調節協調控制

2.1 有功分配策略

采用步長修正等容量負荷分配策略。洪江電廠設計分配區域已去除振動區，負荷分配遵從下述原則：

（1）增減機組有功基本原則。當給定總有功大于實發總有功時，機組盡可能不減負荷；當給定總有功小于實發總有功時，機組盡可能不增負荷。

（2）機組不能頻繁調節（小負荷變化由1或2臺機移動）

其中：Ρ為電廠給定總出力；

Ρi為每臺機組分配有功；

factor[i]為洪江電廠各機組該系數設置為1；

factor總為成組機組發電態機組比例系數總和。（3）非成組機組有功變化分配超過5 MW，程序將重新計算分配。為了防止機組頻繁調節，程序設定每臺機的步長循環分配，全廠有功設定值增加時，機組實發有功最小的機組優先增加負荷，全廠有功設定值減少時，機組實發有功占最大的機組優先減負荷。譬如：增有功幅度在步長范圍內，那么就只增加該機組有功即可，如果超出步長，再增下一個優先級高的機組，直至分配至目標負荷。分配過程中需考慮機組在該水頭下最大最小有功限制和振動區限制。這樣負荷變幅不大時，只有一臺或兩臺機組采用調節，可以防止機組過于頻繁調節，同時也可減少多臺機組參與小負荷波動造成累計負荷偏差，較好地跟蹤有功給定值。

2.2 安全策略

（1）當線路總有功與機組總有功偏差超過20 MW且持續超5 s時，退出有功自動分配功能。

（2）五凌集控與電廠通信中斷保護。當五凌集控與洪江電廠所有IEC104鏈路均故障且持續60 s時，有功自動分配功能自動退出，并維持當前負荷。

（3）非維護態機組有功通道質量故障保護。當某臺非維護態機組有功通道故障且持續5 s時，有功自動分配功能自動退出，并維持當前負荷。

（4）有功設定越變幅保護。操作員設定值超過全廠調節上下限時，或操作員設定值與實發有功值差值大于預先設定的有功變幅60 MW時，有功自動分配維持當前指令不變，且報警提示運行人員。

（5）有功自動分配程序進程重置保護。集控監控系統廠內通信機有功自動分配主機進程復位（重啟）：保持出力不變并退出有功自動分配。

（6）開關站離線保護。開關站LCU離線，退出全廠有功自動分配。開關站線路設置維護態，操作員可通過退出超差功能，閉鎖線路與機組有功超差及開關站離線退出有功自動分配功能。

（7）全廠控制權保護。全廠控制權在廠控，退出全廠有功自動分配。

（8）機組離線保護。每臺機組LCU設置“機組維護態”，當該點為“投入”狀態時，該機組認為是處于檢修狀態，有功作為0 MW處理；如果該點為“退出”時，當機組LCU連接狀態為“離線”或“故障”時，將會退出全廠有功自動分配功能。

（9）機組有功突變保護。程序以1 s為周期讀取機組有功值，如果兩次某臺機組有功值變化超過全廠有功最大變幅一半時，退出全廠有功自動分配功能。

2.3 運行方式

（1）五凌集控側洪江有功自動分配程序運行到兩臺廠內通信機上，互為主備用，主控機計算并下發指令，備用機同步計算但不下發指令。五凌集控側洪江有功自動分配程序讀取對應有功給定值，并對指令有效性進行校核，通過優化計算，分配到電廠各機組，并通過集控與該電廠104通信程序下發到對應機組LCU執行。

（2）界面設置程序總功能投退、開環/閉環功能、機組有功成組等開關，進行投退與控制。自動分配功能一次分配各機組目標值，機組下發有功時采用分步（40 MW以下步長5 MW，40 MW以上3 MW）下發，每步時長為10 s。有功自動分配計算全廠總有功為處于發電態的機組有功之和。

（3）機組有功運行上、下限值設置。根據電廠實際運行需求，設置每臺機組的最小和最大有功值3號機組為15～45 MW，其余均為7～45 MW，機組最小和最大有功值跟水頭無關。

2.4 機組成組可調和功能策略投入條件

（1）有功自動分配投入條件

1)有功自動分配功能投入；2)開關站LCU在線；3)至少有一臺機組成組可調。

（2）機組成組可調條件

1)機組成組；2)機組LCU在線；3)機組發電態；4)機組無停機令；5)機組LCU遠方；6)機組控制權集控；7)機組非維護態。

3 實施與應用效果

3.1 功能調節協調控制實施

（1）數據庫修改。在集控中心監控系統數據庫XHJ_SYS.ANA、XHJ_SYS.SYS內新增需要邏輯點，例如新增“有功自動分配計劃線路總有功”，內容如下：

ENTRY NAME = XLZYG_AUTO

LONGNAME = ‘有功自動分配計算線路總有功’

D_BAND = 1

HDB_BAND = 2

ENG_CVT = 1

HI_RANGE = 180

LO_RANGE = -180

CMD_MSG = 0

ID = 86570106

PNT_ADD = 106

AOR_GRP = GEN

新增“總有功超差報警”，內容如下：

ENTRY NAME = ZYGCCBJ

LONGNAME = ‘總有功超差報警’

PROCTYPE = RELAY

MSG_DEF = 0

CMD_MSG = 0

ID = 86620265

PNT_ADD = 265

AOR_GRP = GEN

（2）畫面修改。新增五凌集控側洪江電廠全廠有功自動分配控制、全廠有功自動分配監視畫面。如圖1所示。

圖1 洪江水電廠有功自動分配圖

（3）模擬試驗

在對原文件進行備份后，在監控系統工程師站完成內容修改，生成數據庫無報錯、檢查修改后的畫面鏈點正確無誤。然后將監控系統工程師站上的所有修改內容傳送至監控系統試驗用調度通信機，除畫面文件使用“二進制”外，其余修改文件均需使用“文本”格式進行傳送；檢查試驗用調度通信機啟動運行正常。

在監控系統試驗用調度通信機上進行開環、閉環試驗，檢查試驗結果正常，試驗項目包含：

（1）有功自動分配投入條件試驗；（2）有功自動分配退出條件試驗；（3）機組成組可調條件試驗；（4）機組有功功率量測為壞數據；（5）五凌集控與電廠通信中斷保護；（6）有功給定值越全廠可調節上/下限保護；（7）有功給定值步長越最大調節幅度；（8）線路總有功與機組總有功偏差保護；（9）程序重置保護；（10）非成組有功變化重新分配有功；（11）成組機組臺數發生變化重新計算分配有功；（12）單機有功突變保護；（13）增有功試驗；（14）減有功試驗；

3.2 應用效果

為防止操作失誤引發不可控因素，制定《五凌集控側洪江電廠全廠有功自動分配功能的運行人員操作步驟》說明，指導運行值班人員精準操作，確保不發生誤操作。自2021年11月五凌集控洪江電廠功率調節協調控制策略投入使用以來，在確保安全穩定情況下，大大減輕了運行值班人員的工作強度，提高運行工作效率，達到預期的目標和效果。

4 結語

洪江電廠機組于2005年全部投產，2006年AGC功能曾投入調度側，但因燈泡貫流式機組負荷調節頻繁，對設備損壞較大，后續經研討后退出AGC功能。自2012年接入五凌發電集控中心后，遠程集控模式下手動調節負荷頻繁問題一直存在。近幾年來，五凌電力發電集控中心順應行業智能發展趨勢，不斷提高遠程集控運行管控水平，提高運行工作效率，積極開展智慧氣象、監控報警智能化、運行“區域”合并等智慧集控項目建設。遠程集控模式下水電站功率調節協調控制策略的分析和應用，進一步提高了五凌集控的自動化水平，大大減輕了值班人員的工作勞動強度，起到了良好的實際效果。