淺談某大型水電廠AGC控制功能優化與應用

李鶴，劉劍明，那仲彪

（華能景洪水電廠，云南 景洪 666100）

某大型水電廠AGC功能采用南瑞水電的NC2000系統，但隨著電網對AGC功能要求越來越高，原有系統已不能滿足電網需求。因此，對AGC進行升級改造勢在必行。結合電廠和電網需求，電廠對AGC功能進行了一系列軟硬件升級，升級后AGC功能在硬件上更加穩定、調節精度更高、負荷分配模型更加合理，為電廠安全生產和電網穩定運行提供了強有力的技術保障。

1 硬件優化

原AGC功能運行于監控系統主機，主機承擔著數據分析、遠動通信、對象腳本運算、實時數據庫、AGC/AVC高級功能等，一旦主機出現問題，將導致AGC功能失效。雖然主機進行了冗余配置，但每次主機進行數據庫同步需要重啟時，都必須將AGC功能退出，導致電廠AGC功能投入率不滿足電網“兩個細則”要求而被考核。為解決這一問題，電廠對AGC功能硬件進行了優化。

新AGC功能硬件采用獨立PLC實現，配置兩套冗余配置。AGC功能PLC獨立于監控系統主機，與機組及開關站PLC單獨進行通信，采集AGC控制所需的信號、控制指令、反饋信號等。其可通過9799通信裝置與調度主站直接通信，不再依賴監控系統主機，主機的任何操作也不影響電廠AGC功能運行，大幅提高了電廠AGC功能投入率。

2 功能優化

2.1 負荷分配模型及算法優化

2.1.1 模型及算法原理

原來負荷分配采取的是按全廠設定值均分模型，分配原理簡單，但存在以下弊端：（1）未考慮每臺機組的有功實發值情況，會導致機組的有功調節方向有正有負，造成全廠負荷波動；（2）未考慮每臺機組的額定功率，不能按照每臺機組的實際帶負荷能力進行調節，容易導致全廠有功負荷無法調節到位；（3）未考慮每臺機組的振動區不同的情況，導致有的機組會出現振動區運行的情況，不利于機組的穩定運行。

針對上述問題，電廠采用了按裕度比例分配模型，很好的解決了以上三項弊端，每臺機組按照本身的運行區間（額定功率與振動區之間）來進行調節，且所有機組的單次調節都在同一方向，不會造成全廠有功負荷波動，更有利于電網的穩定。具體算法原理如下：

若P△大于零，則按分配1進行有功分配，若小于零，則按分配2進行分配

參數說明：

Pie：代表第i臺機組的有功上限（額定功率，該電廠單臺機組額定功率為350MW）；

Piz：代表第i臺機組的有功下限（振動區，該電廠單臺機組振動區為170MW）；

Pi：代表第i臺機組的有功實發值；

Ps：代表全廠有功設定值；

Pn：代表全廠有功實發值；

P△：代表全廠有功設定值與實發值差值；

Pih：代表第i臺機組的有功上裕度；

Pil：代表第i臺機組的有功下裕度；

Pnih：代表所有投入AGC機組的有功上裕度之和；

Pnil：代表所有投入AGC機組的有功下裕度之和；

Piagc:代表投入AGC的第i臺機組的AGC有功分配值。

2.1.2 仿真驗證

建立仿真模型，對全廠增、減負荷分別進行仿真。

增負荷仿真：全廠5臺機組全部投入AGC，每臺機組實發值不一致，總有功實發值為980MW，新AGC全廠設定值為1200MW，模型仿真結果如表1。

表1 增負荷仿真結果

減負荷仿真：全廠5臺機組全部投入AGC，每臺機組實發值不一致，總有功實發值為1080MW，新AGC全廠設定值為900MW，模型仿真結果如表2。

表2 減負荷仿真結果

從兩次仿真結果可以明顯看出，分配模型不再是按照新設定值均分，而是按照各臺機組的上下裕度進行比例分配，機組負荷調節方向一致且波動較小，仿真結果符合算法模型預期。

2.1.3 動態驗證

（1）AGC指令分配功能開環測試。在現場實際運行中對AGC指令進行多次開環測試，測試AGC分配指令是否按照裕度等比例分配，多次測試指令分配均正確。

（2）AGC指令分配功能閉環測試。在現場實際運行中對AGC指令進行多次增負荷、減負荷閉環測試，測試機組實際負荷是否按照裕度等比例分配執行。從機組實際調節效果可以看出，AGC在增負荷、減負荷時均按照照裕度等比例分配執行，且各臺機組與設定值曲線基本吻合，基本無超調現象出現。經過云南電力試驗研究院現場測試，該電廠AGC調節時間約為12.3s，有功調節速率為61.72%Pe，調節過程中的動態偏差約為1.49%Pe，調節結束后的靜態偏差約為0.20%Pe。各項動態指標、穩態指標滿足規范要求。

2.2 負荷調節精度優化

2.2.1 小負荷分配模型

大負荷調整時，采用裕度等比例分配能很好地保證負荷調節效果，但小負荷調整時若再采用該模式將導致單臺機組調節指令與實際負荷差值在機組調節死區內但全廠未進入死區而不進行調節，導致全廠實際負荷與調度負荷指令存在偏差，影響全廠出力。針對該問題，電廠增設了小負荷調節模式。即在全廠有功實發值與設定值差值在25MW以內時，觸發小負荷分配，將負荷差分配到優先權最高的機組，如此既可保證電廠出力匹配調度指令，又避免了各臺機組頻繁調節導致全廠出力波動。從測試記錄及歷史曲線可以看出，電廠小負荷分配功能正常，在增全廠有功時，優先將指令分配給投入單機AGC機組中實發有功最小的機組；減全廠有功時，優先將指令分配給投入單機AGC機組中實發有功最大的機組。

2.2.2 小負荷臨界值負荷分配模型

該電廠小負荷分配門檻值為25MW，單機死區為5MW，當5臺機組均投入AGC且全廠總有功調節量略大于35MW時，每臺機組的有功分配值變化量略大于機組死區5MW，會出現機組有功進入死區5MW以內，而全廠總有功未進死區10MW內的情況。這種情況下，雖然AGC分配指令正確，但是由于分配到5臺機組上的指令變化量較小，會導致全廠出現負荷偏差。

為了解決該問題，電廠重新增加AGC重新分配邏輯，通過重新分配邏輯觸發小負荷分配對全廠負荷進行二次調節：即當全廠所有投入AGC的受控機組進入單機調整死區（5MW），而全廠負荷未進入全廠調整死區（10MW)，且所有機組次調頻未動作時，延時10s，觸發AGC重新分配邏輯將全廠負荷調節到位。重新分配時，觸發小負荷分配，分配方式為當前指令與實時負荷的偏差全部分配給受控機組中優先級最高的機組，其余受控機組負荷指令跟當前機組實時負荷保持一致。通過該策略的實施，徹底解決了小負荷臨界值負荷分配問題，電廠負荷調節精度進一步提高，更好的響應電網負荷指令。

2.2.3 AGC計劃值曲線功能

該電廠原AGC功能根據調度指令手動設定全廠AGC設定值來進行負荷調節，自動化程度低，運行人員調節工作量大。為解決該問題，在新的AGC功能中增加了計劃值曲線功能。通過遠動通信裝置接收調度104協議下發的計劃值曲線報文，對接收到的報文解析為288點火通過插值方式生成288點完整計劃值表，AGC按照計劃值自動進行負荷調整，且具有一定提前量，無須人工干預。當計劃值曲線有異常或突變時，自動報警提醒運行人員。

2.3 AGC自動開停機功能

當調度負荷指令不滿足當前開機臺數，需要增加或減少運行機組時，一般都需要運行人員手動開停機，費時費力。新的AGC具備自動開停機功能，當為滿足調度負荷指令需要進行開停機操作時，AGC會根據機組運行工況判定開停機優先系數，自動進行負荷轉移并將系數高的機組開機或停機。

3 結語

通過改變AGC硬件，提高了電廠AGC投入率和AGC可靠性，為電廠安全運行和電網穩定運行提供保障；通過重建AGC負荷分配模型，避免了由于AGC調節而導致全廠負荷大幅波動；通過建立小負荷分配及小負荷臨界值分配模型，提高了AGC調節精度，更好地響應調度負荷指令；通過增加AGC計劃值曲線和自動開停機功能，提高了AGC功能的智能化水平，減輕了運行人員的工作負擔。通過上述優化，新的AGC功能，無論在硬件、軟件上都明顯優于原系統，在滿足相關技術規范及電網功能要求的同時，提高了電廠AGC可靠性、調節精度，有效地提升了電廠的自動化和智能化水平，為無人值班電廠安全穩定運行提供了技術保障，符合未來智能化水電廠的發展趨勢，對后續水電廠AGC功能建設具有良好的指導和借鑒作用。