基于發(fā)電機(jī)組推薦運(yùn)行區(qū)間的AGC 應(yīng)用

董 峰，李 甍，吳 云，秦里銘

（湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443000）

目前，國內(nèi)各大型流域梯級電廠采用集控調(diào)度運(yùn)行模式，這種模式下，由集控中心工作人員對梯級電廠發(fā)電運(yùn)行進(jìn)行控制、調(diào)節(jié)與管理。集控中心采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)對梯級電廠發(fā)電機(jī)組進(jìn)行開停機(jī)、負(fù)荷調(diào)節(jié)、運(yùn)行監(jiān)視，監(jiān)控系統(tǒng)中AGC 功能接收電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷指令，并將該負(fù)荷指令分配至各發(fā)電機(jī)組。

1 當(dāng)前流域梯級電廠集控中心監(jiān)控系統(tǒng)AGC 運(yùn)行情況

流域梯級電廠集控中心監(jiān)控系統(tǒng)AGC 功能接收電網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷指令，并對負(fù)荷指令的正確性進(jìn)行校驗(yàn)，經(jīng)過校驗(yàn)的負(fù)荷指令由AGC 功能進(jìn)行分配，合理的分配至各發(fā)電機(jī)組，完成電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷指令執(zhí)行工作[1，2]。

流域梯級電廠集控運(yùn)行后，可以通過梯級電廠水庫調(diào)度結(jié)合電力調(diào)度，發(fā)揮出最大的集控運(yùn)行效益，但是AGC 運(yùn)行策略未考慮到發(fā)電機(jī)組的高效運(yùn)行及梯級電廠之間的聯(lián)合調(diào)度情況，因此存在一定的不足之處。

2 發(fā)電機(jī)組推薦運(yùn)行區(qū)間設(shè)計(jì)

發(fā)電機(jī)組推薦運(yùn)行區(qū)間主要設(shè)計(jì)依據(jù)為該類型發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率及運(yùn)行工況，同時(shí)以發(fā)電設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)為輔助設(shè)計(jì)依據(jù)，發(fā)電機(jī)組在工況較好的負(fù)荷區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，發(fā)電耗水率降低、運(yùn)行的穩(wěn)定性高、發(fā)電設(shè)備損傷小，以該負(fù)荷區(qū)間為發(fā)電機(jī)組的推薦運(yùn)行負(fù)荷區(qū)間。

2.1 發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率

發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率對經(jīng)濟(jì)效益影響較大，同時(shí)發(fā)電機(jī)組效率越高其運(yùn)行工況越佳，可作為設(shè)計(jì)推薦運(yùn)行區(qū)間的重要依據(jù)[3]。以梯級電廠中的某一級電廠為例，進(jìn)行發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖1 所示。

圖1 發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率情況

2.2 發(fā)電機(jī)組發(fā)電耗水率

發(fā)電耗水率直接影響梯級電廠發(fā)電效益，發(fā)電機(jī)組在耗水率較小的區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，可提高發(fā)電量[4]，從而提高經(jīng)濟(jì)效益，某發(fā)電機(jī)組耗水率情況如圖2 所示。

圖2 發(fā)電機(jī)組發(fā)電耗水率

2.3 發(fā)電機(jī)組振動情況

發(fā)電機(jī)組振動情況對發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生較大影響，尤其是發(fā)電機(jī)組振動區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)發(fā)電機(jī)組振動加劇，運(yùn)行工況較差，嚴(yán)重影響了設(shè)備健康狀態(tài)，某發(fā)電機(jī)組振動情況如圖3 所示。

圖3 發(fā)電機(jī)組振動情況

2.4 發(fā)電機(jī)組擺動情況

發(fā)電機(jī)組擺動嚴(yán)重影響設(shè)備健康狀態(tài)，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致導(dǎo)軸承軸瓦燒毀，在發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)下需要盡可能的保證發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在擺動較小的負(fù)荷區(qū)間內(nèi)，某發(fā)電機(jī)組振動情況如圖4 所示。

圖4 發(fā)電機(jī)組擺動情況

根據(jù)上述發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率、耗水率、振動、擺動情況，結(jié)合發(fā)電機(jī)組運(yùn)行參數(shù)情況及檢修維護(hù)情況，設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)組禁止運(yùn)行、不推薦運(yùn)行區(qū)間、振動區(qū)間、推薦運(yùn)行區(qū)間。禁止運(yùn)行區(qū)間主要為發(fā)電機(jī)組負(fù)荷初始階段，此區(qū)間內(nèi)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最差，并且發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行情況同樣最差，不適宜發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，因此設(shè)計(jì)為禁止運(yùn)行區(qū)間，發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后，運(yùn)行負(fù)荷快速離開此區(qū)間。不推薦運(yùn)行主要為發(fā)電經(jīng)濟(jì)性一般的負(fù)荷區(qū)間，此區(qū)間內(nèi)發(fā)電機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)情況一般，發(fā)電機(jī)組可在此區(qū)間內(nèi)長期運(yùn)行。振動區(qū)間為發(fā)電機(jī)組不可運(yùn)行區(qū)間，該負(fù)荷區(qū)間內(nèi)發(fā)電機(jī)組振動加劇，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行，對發(fā)電設(shè)備健康水平產(chǎn)生較大影響，因此，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷只能短暫的穿越此區(qū)間。推薦運(yùn)行區(qū)間為發(fā)電機(jī)組高效穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)，發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況最佳，可長期穩(wěn)定運(yùn)行并能提高發(fā)電生產(chǎn)效益。同時(shí)，在自動發(fā)電控制系統(tǒng)中進(jìn)行運(yùn)行策略優(yōu)化，結(jié)合推薦運(yùn)行區(qū)間模式，完善系統(tǒng)控制策略，使流域梯級電廠發(fā)電機(jī)組保持長期高效穩(wěn)定運(yùn)行，以某梯級電廠為例，該廠發(fā)電機(jī)組最大出力為460 MW，設(shè)計(jì)運(yùn)行區(qū)間，具體設(shè)計(jì)如表1 所示。

表1 A 電廠發(fā)電機(jī)組運(yùn)行區(qū)間設(shè)計(jì)情況 單位：MW

3 基于發(fā)電機(jī)組推薦運(yùn)行區(qū)間的梯級電廠AGC 運(yùn)行策略

3.1 流域梯級電廠聯(lián)合調(diào)度運(yùn)行

該應(yīng)用充分考慮到梯級電廠的水力聯(lián)系與電力聯(lián)系，引入經(jīng)濟(jì)調(diào)度因素設(shè)計(jì)運(yùn)行策略，結(jié)合流域梯級電廠優(yōu)化調(diào)度情況，持續(xù)優(yōu)化其運(yùn)行策略[5，6]。

3.2 發(fā)電機(jī)組運(yùn)行水頭自適應(yīng)

當(dāng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行水頭低于額定水頭后，自動適應(yīng)不同運(yùn)行水頭下的推薦運(yùn)行區(qū)間等負(fù)荷區(qū)間，確保該AGC 應(yīng)用可有效的執(zhí)行電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷指令。

3.3 發(fā)電機(jī)組躲避振動區(qū)間

基于發(fā)電機(jī)組的振動區(qū)間，在進(jìn)行負(fù)荷指令分配計(jì)算時(shí)，自動避開發(fā)電機(jī)組振動區(qū)間，并將振動區(qū)間設(shè)定為非法值，在負(fù)荷指令分配計(jì)算中出現(xiàn)振動區(qū)間的負(fù)荷時(shí)，認(rèn)為此次計(jì)算為非法計(jì)算，不執(zhí)行此次分配計(jì)算結(jié)果。

3.4 發(fā)電機(jī)組優(yōu)先運(yùn)行在推薦運(yùn)行區(qū)間

結(jié)合發(fā)電機(jī)組推薦運(yùn)行區(qū)間，進(jìn)行負(fù)荷指令分配計(jì)算時(shí)，盡可能多的將發(fā)電機(jī)組負(fù)荷分配在推薦運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，如無法將發(fā)電機(jī)組負(fù)荷分配在推薦運(yùn)行區(qū)間內(nèi)，通過計(jì)算，使無法分配在推薦運(yùn)行內(nèi)的發(fā)電機(jī)組負(fù)荷盡量靠近推薦運(yùn)行區(qū)間。

3.5 降低發(fā)電機(jī)組穿越振動區(qū)間次數(shù)

在進(jìn)行負(fù)荷指令分配計(jì)算時(shí)，采集當(dāng)前發(fā)電機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷，以數(shù)量最少的發(fā)電機(jī)組穿越振動區(qū)間為計(jì)算目標(biāo)，即負(fù)荷指令較當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為增長時(shí)，運(yùn)行于振動區(qū)間上方的發(fā)電機(jī)組可調(diào)負(fù)荷空間與運(yùn)行于振動區(qū)間下方發(fā)電機(jī)組調(diào)整至振動區(qū)間下限值的可調(diào)負(fù)荷空間滿足負(fù)荷指令調(diào)節(jié)情況時(shí)，即可按照所有發(fā)電機(jī)組都不穿越振動區(qū)間為依據(jù)進(jìn)行負(fù)荷指令分配計(jì)算。同樣，負(fù)荷指令較當(dāng)前實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷為降低時(shí)，運(yùn)行于振動區(qū)間上方的發(fā)電機(jī)組調(diào)整至振動區(qū)間上限值的可調(diào)負(fù)荷空間與運(yùn)行于振動區(qū)間下方發(fā)電機(jī)組的可調(diào)負(fù)荷空間滿足負(fù)荷指令調(diào)節(jié)情況時(shí)，即可按照所有發(fā)電機(jī)組都不穿越振動區(qū)間為依據(jù)進(jìn)行負(fù)荷指令分配計(jì)算。如無法滿足所有發(fā)電機(jī)組都不穿越振動區(qū)間的情況下，采取由一臺至多臺發(fā)電機(jī)組穿越振動區(qū)間的方式進(jìn)行負(fù)荷指令分配，取最少數(shù)量發(fā)電機(jī)組穿越振動區(qū)間的負(fù)荷指令分配計(jì)算方式。

3.6 預(yù)留可調(diào)負(fù)荷空間

負(fù)荷指令分配計(jì)算時(shí)，在滿足負(fù)荷指令執(zhí)行情況時(shí)，預(yù)留負(fù)荷向上可調(diào)空間及向下可調(diào)空間，減少發(fā)電機(jī)組頻負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度過大的情況。

3.7 梯級電廠負(fù)荷轉(zhuǎn)移分配

基于發(fā)電機(jī)組推薦運(yùn)行區(qū)間，進(jìn)行負(fù)荷指令分配計(jì)算時(shí)，允許進(jìn)行梯級電廠間負(fù)荷轉(zhuǎn)移分配，從而使更多臺數(shù)的發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在振動區(qū)間內(nèi)，即在某一級電廠接收到新的負(fù)荷指令時(shí)，在本廠運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組無法全部分配至推薦運(yùn)行時(shí)，可將多余負(fù)荷空間或者缺少的負(fù)荷空間，在梯級電廠之間進(jìn)行轉(zhuǎn)移分配，從而使盡量多的發(fā)電機(jī)組在推薦運(yùn)行區(qū)間內(nèi)。

3.8 發(fā)電機(jī)組輪換調(diào)節(jié)負(fù)荷

為避免單一發(fā)電機(jī)組頻繁調(diào)節(jié)負(fù)荷導(dǎo)致的該機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)頻繁動作，進(jìn)行負(fù)荷指令分配時(shí)，所有并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組輪換進(jìn)行發(fā)電機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)。

4 基于發(fā)電機(jī)組推薦運(yùn)行區(qū)間的梯級電廠AGC 報(bào)警策略

該AGC 應(yīng)用具備完善的報(bào)警策略，在監(jiān)控系統(tǒng)AGC 應(yīng)用運(yùn)行后，對負(fù)荷指令的執(zhí)行及負(fù)荷分配工作進(jìn)行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)報(bào)警，提示集控中心工作人員檢查并處理異常情況，確保AGC 功能及發(fā)電設(shè)備正常運(yùn)行。

該應(yīng)用結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)考核指標(biāo)及發(fā)電設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行因素設(shè)計(jì)了完善的的報(bào)警策略，確保在異常情況下及時(shí)報(bào)警，避免因負(fù)荷指令執(zhí)行不到位而造成的考核，主要報(bào)警策略如下：①電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷指令執(zhí)行不到位，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警；②電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷指令執(zhí)行時(shí)間過長，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警；③發(fā)電機(jī)組有功功率反饋值突變，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警；④負(fù)荷分配值與負(fù)荷指令差值過大，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警；⑤AGC功能退出，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警；⑥運(yùn)行水頭異常，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警。

5 基于發(fā)電機(jī)組推薦運(yùn)行區(qū)間的梯級電廠AGC 安全退出策略

在監(jiān)控系統(tǒng)及梯級電廠發(fā)電機(jī)組無故障時(shí)，該應(yīng)用可以完成各項(xiàng)控制與調(diào)節(jié)工作，當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行異常或者梯級電廠發(fā)電設(shè)備異常時(shí)，無法調(diào)節(jié)負(fù)荷或者頻繁調(diào)節(jié)負(fù)荷導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備受損，需要及時(shí)退出AGC 功能，避免因AGC 功能投入造成繼續(xù)進(jìn)行負(fù)荷指令執(zhí)行或者負(fù)荷分配工作，進(jìn)而影響到負(fù)荷指令執(zhí)行或者發(fā)電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

該應(yīng)用結(jié)合發(fā)電機(jī)組推薦運(yùn)行區(qū)間設(shè)計(jì)了完善安全退出策略，確保在異常情況下，及時(shí)退出AGC功能，保證發(fā)電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，主要功能退出策略如下：①當(dāng)發(fā)電機(jī)組實(shí)際發(fā)電負(fù)荷與負(fù)荷指令差值過大，退出AGC 功能；②發(fā)電機(jī)組頻率異常時(shí)，退出AGC 功能；③發(fā)電機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、LCU 工作方式切換，退出AGC 功能；④梯級電廠集控中心監(jiān)控系統(tǒng)與梯級電廠監(jiān)控系統(tǒng)通信異常或者梯級電廠監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)組通信異常，退出AGC 功能；⑤發(fā)電機(jī)組有功功率突變并超過定值，退出AGC 功能；⑥發(fā)電機(jī)組狀態(tài)不定，退出AGC 功能；⑦發(fā)電機(jī)組出口斷路器非全相運(yùn)行，退出AGC功能。

6 應(yīng)用效果

該應(yīng)用于2020 年在某流域梯級電廠應(yīng)用后，效果較好，各梯級電廠發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)大幅提升。

6.1 發(fā)電機(jī)組穿越振動區(qū)間情況

發(fā)電機(jī)組穿越振動區(qū)間次數(shù)進(jìn)一步減小，發(fā)電機(jī)組健康水平進(jìn)一步提升，A 電廠發(fā)電機(jī)組穿越振動區(qū)間次數(shù)情況如表2 所示。

表2 A 電廠發(fā)電機(jī)組穿越振動區(qū)間情況 單位：次

6.2 發(fā)電機(jī)組小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間情況

發(fā)電機(jī)組小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間進(jìn)一步減小，發(fā)電機(jī)組健康水平進(jìn)一步提升，A 電廠發(fā)電機(jī)組小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間（以該電廠運(yùn)行在100 MW 以下的時(shí)間計(jì)算）情況如表3 所示。

表3 A 電廠發(fā)電機(jī)組小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間情況 單位：h

6.3 發(fā)電機(jī)組平均運(yùn)行負(fù)荷、耗水率情況

發(fā)電機(jī)組平均運(yùn)行負(fù)荷逐漸提高、耗水率逐漸減少，發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)進(jìn)一步提升，具體情況如表4 所示。

表4 A 電廠發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)情況

6.4 發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在工況較差負(fù)荷區(qū)間的時(shí)間占比情況

發(fā)電機(jī)組雖然可以在不推薦運(yùn)行區(qū)間內(nèi)長期運(yùn)行，長期在此負(fù)荷區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，對發(fā)電設(shè)備造成一定的損傷，且嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益，具體占比情況如表5 所示。

表5 A 電廠發(fā)電機(jī)運(yùn)行在工況較差負(fù)荷區(qū)間的時(shí)間占比情況

6.5 發(fā)電機(jī)組機(jī)械設(shè)備損傷情況

發(fā)電機(jī)組運(yùn)行在小負(fù)荷時(shí)，對發(fā)電機(jī)組的機(jī)械設(shè)備會產(chǎn)生一定的影響，在該應(yīng)用投入使用前，該電廠在發(fā)電機(jī)組歷次檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理水輪機(jī)葉片裂縫7 次，在該應(yīng)用投入使用后，歷次檢修均未發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)葉片出現(xiàn)裂縫情況。

7 結(jié)語

該應(yīng)用投入使用后，在開展流域電廠優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟(jì)調(diào)度工作中效果明顯，在提高發(fā)電效益的同時(shí)，使機(jī)組長期運(yùn)行在最優(yōu)工況下，保障了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。