含小水電并網(wǎng)的多區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)自動發(fā)電控制
——評《小水電實用控制電路詳解》

牛 瑞，袁曉蕾

方大千，諸葛建綱等編著化學(xué)工業(yè)出版社出版

近年來，我國不斷完善電網(wǎng)系統(tǒng)，很多山區(qū)的小水電開始被并入國家配電網(wǎng)，但是小水電本身的荷載能力不足，大量并網(wǎng)后配電網(wǎng)的安全運行受到影響，為提高小水電并網(wǎng)后的運行效率，人們開始研究含小水電并網(wǎng)后的多區(qū)域互聯(lián)電網(wǎng)自動發(fā)電控制問題。本文參考《小水電實用控制電路詳解》一書，對小水電的電路運行與控制進(jìn)行介紹，為并網(wǎng)后電網(wǎng)如何實現(xiàn)自動發(fā)電控制提供參考。

該書共八個章節(jié)：第一章為水輪發(fā)電機并列運行及控制電路；第二章為小水電保護(hù)電路；第三章為發(fā)電機勵磁電路，介紹基礎(chǔ)電子電路與晶閘管保護(hù)電路；第四章介紹繼電器、接觸器控制電路；第五章介紹滅磁開關(guān)、操動機構(gòu)控制電路；第六章對小水電站的照明電路、電動機控制電路進(jìn)行說明；第七章為顯示、報警電路，包括信號燈、音樂與語言集成電路；第八章介紹測量電路，對電壓、電流以及電能、功率等測量電路展開詳細(xì)闡述。

自動發(fā)電控制是指電網(wǎng)利用調(diào)度監(jiān)控計算機、終端設(shè)備、發(fā)電機組等裝置，對其出力情況、發(fā)電效率進(jìn)行監(jiān)測、調(diào)整的系統(tǒng)。現(xiàn)今很多小水電、風(fēng)電等新能源被大規(guī)模接入電網(wǎng)，但是線路結(jié)構(gòu)不同，并網(wǎng)后的多區(qū)域互聯(lián)配電網(wǎng)存在調(diào)度困難、自動發(fā)電控制能力不足等問題，主要原因是小水電多為徑流式電站，缺乏庫容調(diào)節(jié)能力，并網(wǎng)后大網(wǎng)電壓發(fā)揮主要作用，小水電的負(fù)荷較小，發(fā)電機勵磁電流減小，出現(xiàn)無功失衡現(xiàn)象，導(dǎo)致電網(wǎng)整體電壓偏高、線損嚴(yán)重。為調(diào)節(jié)電網(wǎng)的頻率，有關(guān)部門對并網(wǎng)后的電網(wǎng)自動發(fā)電控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，使其能夠快速響應(yīng)電力需求，及時調(diào)峰、調(diào)頻，保障并網(wǎng)后電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行。

電網(wǎng)的自動發(fā)電控制系統(tǒng)應(yīng)包括設(shè)定值處理、機組成組發(fā)電控制、抽水控制以及自動調(diào)頻模式、輔助控制功能等模塊。設(shè)定值處理是指發(fā)電廠根據(jù)沿線不同小水電的實際情況，對其調(diào)度能力進(jìn)行預(yù)設(shè)，并將設(shè)定值發(fā)送至系統(tǒng)中的功能模塊予以執(zhí)行。一般來說，設(shè)定值包括全站容量與負(fù)荷，其中容量是指發(fā)電廠所控制的啟停機組數(shù)量，負(fù)荷是指發(fā)電廠承擔(dān)的有功負(fù)荷，二者由實際用電情況來決定。發(fā)電廠在計算出全域電力需求后，可提前預(yù)設(shè)發(fā)電機組的啟停數(shù)量，并計算出每臺發(fā)電機組所承擔(dān)的有功負(fù)荷，來保障全域供電。當(dāng)設(shè)定值處理好后，發(fā)電廠可通過曲線模式或?qū)崟r模式下達(dá)調(diào)度指令，此時自動發(fā)電系統(tǒng)便會根據(jù)設(shè)定值來驅(qū)動發(fā)電機組，使其容量、負(fù)荷供應(yīng)能夠滿足區(qū)域的用電需求。

機組成組發(fā)電控制是指電網(wǎng)自動發(fā)電控制系統(tǒng)在驅(qū)動機組啟停后，根據(jù)設(shè)定值對電網(wǎng)負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)。實際發(fā)電過程中，該功能模塊的實現(xiàn)需要兩個步驟：第一，電網(wǎng)對發(fā)電廠的機組進(jìn)行啟停，首先需要計算出區(qū)域內(nèi)可啟停的全部機組數(shù)量、滿足發(fā)電工況啟動條件的機組數(shù)量，根據(jù)容量設(shè)定值計算出需要啟動的機組臺數(shù)與每臺機組的負(fù)荷后，啟停指令會被發(fā)送至各機組。第二，對啟動機組進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。自動發(fā)電控制系統(tǒng)根據(jù)每臺機組的負(fù)荷設(shè)定值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其負(fù)荷變化幅度保持在設(shè)定值范圍內(nèi)，當(dāng)負(fù)荷過大或過小時，發(fā)電機組可采取措施進(jìn)行調(diào)節(jié)。

機組成組抽水控制是指發(fā)電站利用自動發(fā)電控制系統(tǒng)對其水泵運行狀況進(jìn)行監(jiān)控、調(diào)節(jié)的功能模塊。并網(wǎng)后，電網(wǎng)可根據(jù)容量、負(fù)荷對沿線小水電的水泵機組進(jìn)行控制，當(dāng)電網(wǎng)的負(fù)荷較低時，水泵機組開始抽水。自動發(fā)電控制系統(tǒng)可實時監(jiān)控發(fā)電機組的運行狀況與負(fù)荷調(diào)節(jié)情況，從而根據(jù)設(shè)定值確定水泵機組的啟停臺數(shù)，并將啟停指令下發(fā)給沿線小水電站，以此來確保并網(wǎng)后的電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷穩(wěn)定、安全，而沿線小水電站水泵機組的合理啟停也能夠緩解其無功失衡現(xiàn)象。

自動調(diào)頻模式是指發(fā)電站根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度來自動調(diào)整頻率，這也是自動發(fā)電控制系統(tǒng)的主要功能。當(dāng)發(fā)電站啟用該功能模塊后，電站會自動監(jiān)控電網(wǎng)的頻率，并進(jìn)行計算、分析，根據(jù)頻率與設(shè)定值的關(guān)系來發(fā)送調(diào)整指令，沿線小水電站在收到機組調(diào)度指令后進(jìn)行調(diào)整以保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定。輔助控制功能是電網(wǎng)自動發(fā)電控制系統(tǒng)運維、管理的功能模塊，在該功能模塊的支持下，水電站可實時監(jiān)控站內(nèi)各機組的運行狀態(tài)；當(dāng)機組發(fā)生故障預(yù)警后，該功能模塊還可幫助工作人員進(jìn)行故障分析，幫助水電站迅速維修機組設(shè)備。

在信息技術(shù)的支持下，水電站的自動發(fā)電控制功能不斷成熟，電站運行更加自動化、智能化。現(xiàn)今，我國小水電并網(wǎng)工作不斷推進(jìn)，這對電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻功能的要求更加嚴(yán)格，利用電網(wǎng)自動發(fā)電控制技術(shù)可有效幫助電站調(diào)節(jié)容量、負(fù)荷，促進(jìn)電站運行更加高效、節(jié)能，電網(wǎng)安全運行也能得到有效保障。