永泰抽水蓄能電站AGC策略優化與試驗研究

摘要：為發揮永泰抽水蓄能電站在福建電網中的調節作用，對其自動發電控制（Automatic Generation Control[2]"，AGC）策略進行了優化。將AGC數據優化為快速采樣數據，提高數據采集速率；優化電站AGC策略，提高控制程序運算處理速度和調節指令處理效率；優化調速器控制策略，將有功功率給定調節速率調整為30 MW/s。經試驗，AGC調節速率在153.6～213.4 MW/min之間，AGC響應時間在8～10 s之間，滿足調度的AGC考核要求。

關鍵詞：抽水蓄能電站 自動發電控制 控制策略優化 試驗驗證

Optimization and Experimental Study of AGC Strategy for Yongtai Pumped Storage Power Station

YANG Wenping LU Jianwen XU Kan HUANG Hongrui

Fujian Yongtai Mintou Pumped Storage Co.， Ltd， Fuzhou， Fujian Province， 350700 China

Abstract： In order to fully utilize the regulating role of Yongtai Pumped Storage Power Station in the Fujian power grid， its Automatic Generation Control （AGC） strategy has been optimized. The AGC control data is optimized as fast sampling data to improve the data acquisition rate. The AGC control strategy of power station is optimized to improve the processing speed of the control program and the efficiency of adjustment instruction processing. It optimizes the speed controller control strategy and adjusts the given regulation rate of active power to 30 MW/s. After testing， the AGC adjustment rate ranges from 153.6 to 213.4 MW/min， and the AGC response time ranges from 8 to 10 s， which meets the requirements of the AGC assessment for scheduling.

Key Words： Pumped storage power station; Automatic generation control; Optimization of control strategy; Test verification

抽水蓄能電站在電力系統中具有舉足輕重的地位，其中融合了調峰、填谷、調頻、調相、緊急事故備用等多種功能。這種電站不僅擁有較高的成本效益，還具有卓越的運行效能，是保障電網在高峰時段平穩運行及其整體安全穩定的關鍵設施^[1]。為加速抽水蓄能電站的現代化發展步伐、提高電站的自動化管控效能、強化電站應對電網動態負荷變化的能力，福建省的抽水蓄能電站現已采用自動發電控制（Automatic Generation Control，AGC）系統^[2]。

2019年9月，國家能源局福建監管辦公室對福建省內全部電廠的AGC績效評估標準進行了修訂，新標準中明確規定了AGC的調節速度，其最低要求需達到每分鐘調節額定負荷的50%，且響應時間需維持在8至10 s之間。2022年，國家能源局華東監管局也對福建省內電廠的AGC提出了同樣的考核要求。但是，永泰抽水蓄能電站在AGC調節速率與響應時間方面并未達到上述考核標準。因此，有必要對該電站的AGC策略進行調整與優化，以提升機組的AGC調節速率并縮短響應時間。

1" 電站AGC策略優化

1.1 電站AGC過程優化

AGC響應時間受多重通信與控制環節的影響，主要包括省級調度主站和開關站監控系統間的通信時延、開關站監控系統與電站監控系統間的數據傳輸效能。具體分析內容如下^[3]。

（1）省級調度主站和開關站監控系統采用IEC 60870-5-104標準規約進行相互通信，電站監控系統則利用模擬量輸出方式，這種通信與數據傳輸模式在同類電站中較為常見，且能達到AGC的響應要求。

（2）永泰抽水蓄能電站在系統架構中新增了基于IEC 60870-5-101規約的站間通信鏈路（開關站監控系統→電站監控系統），這一技術改造可能對AGC響應時效產生一定影響^[4]。

綜上所述，在現有的通信環節中，國際電工委員會60870-5-101規約[3]"（即IEC 60870-5-101）極有可能是影響響應時間的關鍵因素。鑒于此，建議針對這一通信環節實施優化措施。具體而言，對AGC關鍵數據啟用快速采樣模式，同時建立動態調整機制，優化數據采集的頻率。

1.2 電站AGC策略優化

永泰抽水蓄能電站的運作主要基于AGC功能與電站監控系統的集成，其詳盡的控制邏輯框架如圖1所示。在抽水蓄能電站的機組進行發電過程中，需要同步激活“機組有功功率調節”和“AGC調節”兩大功能，同時保證AGC所給定的有功功率數值位于機組可調節的范圍內^[5]。當滿足前述條件后，電站監控系統會把AGC的設定數值傳送至調速器，調速器則運用導葉調節手段來執行AGC的自動化控制^[6]。

為增強抽水蓄能電站AGC程序的整體運算性能，主要通過電站AGC的控制邏輯流程實現。對AGC功能程序模塊開展算法優化，有效提高了工作性能，從而提升電站AGC的控制效能。

1.3 調速器控制策略優化

永泰抽水蓄能電站的調速器以功率調節模式進行運作，其控制流程如下：當接收到來自電站監控系統的有功功率目標值后，調速器將依據預設的調節速率進行功率的相應調整。在整個調節進程里，系統會持續實時對比設定值和實際功率反饋值之間存在的偏差，計算二者之間的偏差，同時會考慮并扣除功率死區的影響。該偏差信號會輸入至比例-積分（Proportional-Integral，PI[4]"）控制模塊，經算法運算后，生成導葉開度的設定值。隨后，此設定值會被轉換為對應的控制電壓指令。控制電壓經電液轉換裝置轉變為液壓信號，并借助液壓放大系統增強功率，最終驅使導葉接力器做出相應動作。

在調速器的控制過程中，功率調節速率主要受以下因素影響：設定PI控制參數的配置、開度調整情況、導葉環節的相關參數、液壓系統的性能表現，具體情況如下。

（1）若將設定有功功率的調節速率定為5 MW/s，則功率由0 提升至300 MW所需的最短時間為60 s。

（2）在4%/s的開度變化限幅下，導葉開度由空載到滿負荷狀態最快耗時為17 s。

（3）PI控制環節的參數（K_p=0.3、T_n=3.0）符合行業標準。

（4）導葉內外環的參數均滿足國家標準要求。

（5）在液壓操作系統中，水輪機在工況下的開機最快用時為27.6 s，完成關機最快耗時33 s，達到運行調節標準。

綜上可得，有功功率的給定調節速率（5 MW/s）是導致調節速率產生變化的主要因素。因此，提議將功率調節速率提升至30 MW/s。在此速率下，功率從0 增加至300 MW的理論最短時間將縮短至10 s。

2" 試驗驗證

永泰抽水蓄能電站在2022年9月20日完成優化調整后，對機組AGC功能進行了試驗。試驗過程中的相關測試數據已記錄在表1中，試驗的調節過程曲線則展示在圖2中。在對AGC控策略進行優化后，電站AGC系統的運行效率得到了顯著提高。具體表現如下：調節速率范圍被優化到153.6～213.4 MW/min之間，響應時間也穩定地控制在8～10 s。與優化前相比，調節速率提高了約44%，響應時間則縮短了約6 s。

3" 結語

針對永泰抽水蓄能電站在調節速率和響應時間方面不能滿足調度考核標準的問題，本文提出了AGC策略優化與試驗研究。對AGC策略及調速器控制策略進行了精細化調整與優化，顯著提高了AGC的調節速率，并大幅度縮短了響應時間。為評估優化措施的實際效果，進行了現場AGC功能測試。測試結果顯示，優化后的AGC系統運行平穩、性能卓越，其調節速率穩定維持在153.6～213.4 MW/min的區間內，響應時間則縮短至8～10 s，滿足了AGC的考核要求。此優化方案彌補了原有系統的性能短板，為同類電站的AGC系統優化提供了可資借鑒的范例。

參考文獻

[1] 魏夢茹.抽水蓄能電站提供調峰輔助服務的定價機制研究[D].北京：華北電力大學（北京），2022.

[2] 李魯，張彪，岳良.大型抽水蓄能電站AGC控制策略及試驗分析[J].水電與新能源，2023，37（05）：31-34+38.[5]".

[3] 楊海滔，劉丹，盧斌，等.汪清抽水蓄能電站輸水發電系統滲控效果數值模擬研究[J].水電能源科學，2024，42（6）：129-133.

[4] 姜淇，常玉紅，衣傳寶，等.基于NSGA-Ⅱ串行模式搜索的新能源發電與抽水蓄能電站聯合系統多時間尺度優化調度方法[J].太陽能學報，2024，45（4）：434-441.

[5] GUO G G，LIU Y K，CAO Z ， et al.Characteristics of flow structure of lateral inlet/outlet in pumped storage power stations[J].Journal of Energy Storage，2024，103（Part A）：114291.

[6] GUO M，WANG Z H，SONG R X， et al.Investigation on the hydraulic loss in the vertical inlet and outlet of a pumped storage power station[J].Journal of Physics： Conference Series，2024，2854（1）：012079.