大型水電廠AGC曲線智能開停機策略

何偉，趙凱，曹俊濤，張承魁

（華能瀾滄江水電股份有限公司集控中心，云南 昆明 650214）

0 前言

瀾滄江集控中心目前共集控10 座電廠、50臺機組、2000 萬千瓦容量，2021 年12 月16 日全部電廠實現“無人值班”。集控十廠的運行監盤、開停機及負荷調整、電氣主設備倒閘操作、檢修試驗及消缺、泄洪閘門操作及水位控制、異常及事故處理等工作量劇增。結合南方電網調頻輔助服務市場的推進，機組開停次數會進一步增加，開停機，這一日常基本運行操作將占據大量的時間、精力，且操作頻次過多時，很容易發生人因失誤，存在誤操作、誤入間隔、延遲調節等風險。因此，本文從選擇性自動穿越振動區、曲線智能開停機功能入手研究，以化解上述風險。

1 必要性分析

1.1 戰略目標對能源結構調整的要求

2021 年我國提出了“碳達峰、碳中和”戰略目標，力爭在2030 年前二氧化碳排放達到峰值、在2060 年前實現碳中和，這就要因地制宜開發水電等清潔能源。目前云南省內火電主要帶基荷運行，開機后基本不參與系統調節，而具有較大調節能力的水電主要集中在瀾滄江下游和金沙江下游，金沙江流域電廠大部分電量通過直流線路直送廣東，能夠參與省內調節的量較少，其他中小流域年調節、季調節水庫由于年際來水不均，也不具備穩定的調節能力，因此省內調節主要依靠瀾滄江下游梯級的多年調節水電。瀾滄江干流總調節庫容達232 億立方米，最大蓄能超過250 億kWh，全網蓄能占比超六成，過去十多年一直都在云南省內電力電量平衡、電網安全穩定中發揮著重要作用。若實現AGC 曲線智能開停機，可對系統備用容量、頻率穩定及構建新型電力系統提供有力保障。

1.2 “云南區域調頻市場建設對集控運行的影響

2020 年1 月《云南調頻輔助服務市場運營規則（初稿）》發布，并于2021 年7 月正式結算。云南調頻市場補償費用為市場主體按月度上網電量比例繳納的資金和其他符合國家有關法律法規規定的資金。位于云南電網統一調頻控制區內，以“點對網”方式向其他省（區）送電的市場主體（瀾上五廠），按其月度上網電量的50%在云南繳納調頻市場補償費用，其實際獲得月度調頻里程補償費用和月度AGC 調節容量補償費用按50%計算。結算費用采用收支平衡、月清月結的方式，以1 小時為1 個交易周期，從調頻里程、調節容量兩個方面進行統計。為在保證安全的前提下爭取更多的調頻收益，推進集控十廠AGC 曲線智能開停機的必要性有：

1）云南電力交易系統提前30 分鐘發布下一個小時調頻中標結果，集控運行臺需要實時掌握下一時段全廠有功計劃值+ 調頻中標容量區間值，時刻保證有足夠的調頻帶寬，這將大大提升機組開停時間嚴格性，增加機組開停次數。從滿足電網安全需要分析，實現智能自動開停勢在必行。

2）依據云南調頻市場規則，調頻市場中標發電單元或因電網安全需要被調用發電單元某交易周期內因自身原因退出AGC 裝置或因自身原因無法繼續提供調頻服務，且累計時長超過5分鐘的，將扣除對應交易周期的調頻里程補償和AGC 調節容量補償。但云南電網自從2016年7 月與南網主網異步聯網運行后，對頻率要求很高，為避免機組開停機、穿越振動區引起的負荷或頻率波動，集控電廠均采用向調度機構申請退出全廠及單機AGC 后手動調整負荷的方式，此操作方式下每次全廠AGC 退出至投入的時間間隔均超5 分鐘，導致本時段的調頻里程補償和調節容量補償被扣除。從發電效益考慮，也必須提升機組開停及穿越振動區的及時性、準確性。

1.3 集控十廠的運行需求分析

目前，集控已經實現瀾滄江流域10 座水電廠的遠程控制，其中總調直調電廠7 個、機組34 臺。總調每日21:00 左右通過“發電計劃曲線系統”向電廠下發次日有功計劃曲線。2014-2020 年集控十廠機組開停總次數見表1。

表1 2014-2020年集控十廠機組開停總次數統計

從表1 可知，自2014 年以來，集控電廠年度開停機次數均在5500 次以上。自2018 年以來，上游電廠陸續接入集控，年度機組開停機次數大幅增加，且經常存在瀾上五廠機組同時開停的情況。開停機、穿越振動區操作屬于非必須人工執行的基礎操作，占用時間較多，且人工操作沒有監控系統自動調節精準、平穩。因運行值班工作項目多、任務重，存在延遲開機影響全廠有功功率的準確執行和延遲停機影響機組的優化運行的風險，因此推出總調直調電廠智能開停機功能是很必要的。

1.4 國內幾大流域集控開停機智能化水平現狀

通過與國內幾大流域集控中心對標交流，截至目前，國內尚無實現大型水電機組智能開停功能的先例，若成功實現此功能，則在行業內屬于首創，可推動國內水電集控運行智能化操作水平進一步提升。

2 制度支持

1）《中國南方電網電力調度管理規程》9.11.3 規定：采用廠級AGC 控制的水電廠在嚴格執行電力調度機構下達的開機方式和計劃曲線的前提下，可自行執行機組啟、停操作，無需申請、匯報。

2）《關于進一步加強云南異步電網頻率安全管理的通知》（調調[2019] 021 號）要求：通過廠級AGC 程序自動實現監控中快速穿越振動區功能。南網總調因機組手動穿振動區申請業務量過大，為不影響調度正常工作，總調直調電廠機組穿越振動區應嚴格執行上述文件要求，但目前各集控電廠機組自動穿越振動區功能不夠完善，僅能實現所有機組調整至振動區邊緣后再穿越1 臺，不僅無選擇性，也對機組的運行工況不利。

3 選擇某電廠的可行性

2021 年全國首臺（套）700 兆瓦水電機組國產計算機監控系統——HNICS-H316 在某電廠成功投運并運行穩定，且某電廠監控專業人員技術水平、管理水平整體較高。將AGC 曲線智能開停機與國產化監控系統配合開發，不僅技術上可行，還對推動水電計算機監控系統國產化產業鏈發展、提升水電監控系統安全性、保障我國電力本質安全有重要意義。

4 策略研究

正常運行時某電廠全廠AGC 投南網總調控制，按計劃曲線執行時投SCHEO 模式。AGC曲線智能開停機功能以全廠AGC 投閉環控制時南網總調下發的最新有功計劃曲線為基準進行研究。

4.1 基本參數

1）單機額定容量700 MW、基荷0～20 MW，全廠6 臺機組；

2）機組從發開機令至空載約5 分鐘，發開機令至并網約8 分鐘，發停機令至停機完成約22 分鐘，開機加停機全過程約30 分鐘，實際要求根據計劃曲線提前10 分鐘開機；

3）機組運行區間分為禁止運行區（固定為20～120 MW）、限制運行區、振動區、穩定運行區，且與水頭相關：

a．164 m≤水頭h≤193 m， 限制運行區120～210 MW，振動區210～380 MW；

b．193 m ＜水頭h＜202m，振動區上限Pz上、下限Pz下隨水頭呈線性變化，用插值法計算：

Pz上=380+(460-380)/(202-193)*(h-193)

Pz下=210+(240-210)/(202-193)*(h-193)

c．202 m≤水頭h≤251 m， 限制運行區120～240 MW，振動區240～460 MW。

4）設定參數：

a．運行機組臺數N；

b．10、15、30 分鐘后全廠有功計劃值P10、P15、P30（以調度288 點計劃曲線中整5分鐘時刻為準）；

說明：設置15 分鐘檢測是為了在開機過程因故開機流程退出時，可及時換開其他備用機組；設置30 分鐘檢測是為了避免在沒有備用機組的情況下短時停機后又開機，造成機組頻繁開停或穿越振動區。

4.2 功能壓板設置

4.2.1 優先下穿

采用能不下穿就不下穿振動區策略。其它機組有調節余量時優先調節其它機組（被調節機組不能穿振動區），其它機組無調節余量、必須穿越振動區時，則“優先下穿”壓板處于投入狀態的機組下穿振動區。

4.2.2 即刻下穿

采用能下穿就下穿振動區策略。投入單臺機組“即刻下穿”壓板后，在其他運行機組調節容量能夠匹配時，立即讓該機組向下穿越振動區至基荷并退出單機AGC，此壓板功能主要為機組臨時停機消缺、出力置換等情況使用。

4.2.3 自動上穿

采用能上穿就上穿振動區策略。投入單臺機組“自動上穿”壓板后，在其它機組調節容量能夠匹配時，立即讓該機組向上穿越至振動區以上。對于單臺機組有兩段振動區的情況，可有效解決機組長時間在限制運行區運行的問題。

4.3 AGC曲線智能開機

在全廠有功計劃增加過程中，根據當前運行機組臺數、運行區間、出力上限及15 分鐘后全廠有功計劃值，監控程序運算判定需要開機來滿足15 分鐘后發電計劃要求時，自動發令開一定臺數備用機組。當15 分鐘后全廠計劃值：

1）處于單機限制運行區時，若有不少于1臺機運行，則保持不變（實際運行中最優方式是安排1 臺機運行）；

2）處于單機振動區下限至N臺機出力上限之間時，保持不變；若超出N臺機出力上限，則根據超出的差值與單機出力上限的比值，按進一法確定需新開機組臺數，并根據設定順序依次發開機令。

4.4 AGC曲線智能停機（“優先下穿”壓板投入）

在全廠有功計劃減少過程中，當全廠計劃值滿足N- 1 臺機均能運行在穩定運行區，且小于N臺機總振動區上限時，監控程序運算判定停1 臺機仍滿足發電計劃要求，自動發令將“優先下穿”壓板投入的機組停機。僅2 臺機運行時，當全廠計劃值：

1）30 分鐘內全廠計劃值均處于單機穩定運行區時，自動發令將“優先下穿”壓板投入的機組停機；發停機令后，若30 分鐘后全廠計劃值小于單機振動區下限，則最后一臺機申請調度退出全廠AGC 后手動減負荷下穿振動區；

2）處于單機振動區內時，保持不變，待配合下穿振動區完成，且全廠計劃值小于單機振動區下限時，自動發令將“優先下穿”壓板投入的機組停機。

4.5 AGC曲線智能停機（“即刻下穿”壓板投入）

在全廠有功計劃減少過程中，當全廠計劃值小于N- 1 臺機總出力上限時，監控程序運算判定停1 臺機仍滿足發電計劃要求，自動發令將“即刻下穿”壓板投入的機組停機。僅2臺機運行時策略與“優先下穿”壓板投入的情況一致，不再贅述。

4.6 補充說明

智能開、停機策略均未引入調頻市場中標容量，是因為調頻中標容量為云南電網每小時調頻需求（550 MW 左右）的8%～50%，變化范圍較大，引入后會將全廠劃分出很多的運行區間組合，通過推算在上調帶寬滿足時，下調帶寬通過智能開停機的方式很難滿足，如果使用公式進行計算，不僅會導致監控系統運算量過大還不準確。由運行值班人員結合全廠有功計劃曲線、中標容量統籌考慮，通過操作單機AGC 或“優先下穿、即刻下穿、自動上穿”壓板的方式進行合理調控最為經濟、高效。

5 結束語

目前，選擇性自動穿越振動區功能已經在瀾滄江流域水電廠實際應用，AGC 曲線智能開停機功能已結合某電廠監控國產化改造完成并試運行。以上技術全面推廣應用后，將大大減輕水電運行值班工作的日常操作負擔，使運行人員將更多的時間、精力投入到設備運行監視、趨勢分析、異常及事故處理等工作中，進一步提升設備安全、穩定運行水平。