段振國,王永國,周懷念,吳雙杰,李艷麗

(1.北京中水科水電科技開發(fā)有限公司,北京100038；2.貴州東風(fēng)發(fā)電廠,貴州清鎮(zhèn)551408)

0 引言

由于水電廠具有機(jī)組起、停過程相對(duì)簡單，負(fù)荷調(diào)整迅速等特點(diǎn)，如果水電廠水庫具有一定的調(diào)節(jié)性能，通常在電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用任務(wù)。具有調(diào)節(jié)性能水庫的水電廠一般都參加電網(wǎng)的遠(yuǎn)方自動(dòng)發(fā)電控制功能，由上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)控制水電廠的全廠出力來滿足電網(wǎng)的需求。通常水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)配備電廠自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)功能軟件，電廠AGC將上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)實(shí)時(shí)下達(dá)的全廠總負(fù)荷需求分配到各臺(tái)可以控制的機(jī)組中，來滿足電網(wǎng)的需求[1]。

由于大中型水輪發(fā)電機(jī)組一般都具有一定的振動(dòng)區(qū)或氣濁區(qū)，機(jī)組不能在該區(qū)域內(nèi)長時(shí)間連續(xù)運(yùn)行，導(dǎo)致機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍通常不能連續(xù)，電廠AGC的任務(wù)之一是保證在機(jī)組間進(jìn)行負(fù)荷分配時(shí)，要躲避機(jī)組的禁止運(yùn)行區(qū)域，同時(shí)還要盡量使機(jī)組少跨越這些禁止運(yùn)行區(qū)域。例如一臺(tái)190MW的水輪發(fā)電機(jī)組，有一段60MW到120MW的振動(dòng)區(qū)，這時(shí)機(jī)組就分成了兩個(gè)可運(yùn)行區(qū)域:(1)120MW到190MW;(2)0MW到60MW。

上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)的AGC實(shí)施對(duì)電廠全廠總負(fù)荷控制，對(duì)電廠下達(dá)全廠負(fù)荷調(diào)節(jié)指令，現(xiàn)在一般采用以下兩種方式實(shí)現(xiàn)電廠和上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào):

(1)電廠上送調(diào)度機(jī)構(gòu)的是電廠全廠調(diào)節(jié)下限和上限方式，電網(wǎng)AGC在全廠調(diào)節(jié)下限和上限范圍內(nèi)下達(dá)的全廠負(fù)荷調(diào)節(jié)指令，電廠AGC負(fù)責(zé)進(jìn)行機(jī)組間負(fù)荷分配和躲避機(jī)組的禁止運(yùn)行區(qū)域。假設(shè)只有一臺(tái)前面提到的190MW機(jī)組，這樣送調(diào)度的全廠調(diào)節(jié)下限和全廠調(diào)節(jié)上限是0MW和190 MW，如果下達(dá)的負(fù)荷指令落在禁止運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，電廠AGC按偏差最小的原則躲避禁止運(yùn)行區(qū)域。所以這種方式有可能因躲避禁運(yùn)區(qū)，而帶來較大的控制偏差。

(2)電廠上送調(diào)度機(jī)構(gòu)的是電廠當(dāng)前調(diào)節(jié)下限和上限方式。電網(wǎng)AGC在當(dāng)前調(diào)節(jié)下限和上限范圍內(nèi)下達(dá)全廠負(fù)荷調(diào)節(jié)指令，電廠AGC負(fù)責(zé)進(jìn)行機(jī)組間負(fù)荷分配。假設(shè)只有一臺(tái)前面提到的190MW機(jī)組，當(dāng)機(jī)組在120MW到190MW運(yùn)行時(shí)，上送調(diào)度的當(dāng)前調(diào)節(jié)下限和調(diào)節(jié)上限是120MW和190MW；當(dāng)機(jī)組在0MW到60MW運(yùn)行時(shí)，上送調(diào)度的當(dāng)前調(diào)節(jié)下限和調(diào)節(jié)上限是0MW和60MW。當(dāng)上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)AGC發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)節(jié)范圍不能滿足負(fù)荷調(diào)整要求時(shí)，由運(yùn)行人員設(shè)定下達(dá)一個(gè)到另一連續(xù)運(yùn)行區(qū)的負(fù)荷指令，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)行區(qū)的轉(zhuǎn)移。所以這種方式不會(huì)出現(xiàn)因躲避禁運(yùn)區(qū)，帶來控制偏差問題，但是運(yùn)行區(qū)域的轉(zhuǎn)移自動(dòng)化程度不高。

針對(duì)以上電廠和上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)協(xié)調(diào)方式的不足，本文提出了采用全廠等值禁止運(yùn)行區(qū)域及其動(dòng)態(tài)上送方案，并成功在貴州東風(fēng)電廠應(yīng)用。

1 水輪發(fā)電機(jī)組禁止運(yùn)行區(qū)域

水輪發(fā)電機(jī)組的禁止運(yùn)行區(qū)域通常指振動(dòng)區(qū)和氣濁區(qū)，在本文中是指考慮機(jī)組所有運(yùn)行要求后的禁止運(yùn)行區(qū)，主要考慮以下因素:(1)機(jī)組的振動(dòng)區(qū)和氣濁區(qū);(2)機(jī)組投入PSS功能要求的最小出力;(3)考慮一次調(diào)頻動(dòng)作要求的裕度。圖1是機(jī)組一、二段振動(dòng)區(qū)情況下機(jī)組禁止運(yùn)行區(qū)示意圖。

圖1 機(jī)組禁止運(yùn)行區(qū)示意圖

2 全廠動(dòng)態(tài)等值禁止運(yùn)行區(qū)域

采用全廠動(dòng)態(tài)等值禁止運(yùn)行區(qū)域方式下，我們對(duì)幾個(gè)狀態(tài)(見圖2)進(jìn)行如下定義:

全廠當(dāng)前運(yùn)行區(qū):當(dāng)參加AGC的所有機(jī)組都在可調(diào)節(jié)的運(yùn)行區(qū)中運(yùn)行時(shí)，稱全廠在可調(diào)節(jié)區(qū)運(yùn)行；

跨越振動(dòng)區(qū)過程:從一個(gè)全廠當(dāng)前運(yùn)行區(qū)向另一個(gè)可運(yùn)行區(qū)過渡時(shí)，必定是有機(jī)組在跨越振動(dòng)區(qū)；

全廠當(dāng)前上振動(dòng)區(qū)、全廠當(dāng)前下振動(dòng)區(qū)都是相對(duì)于全廠當(dāng)前運(yùn)行區(qū)而定義的；

全廠調(diào)節(jié)上限=參加AGC機(jī)組的調(diào)節(jié)上限+未參加AGC機(jī)組的當(dāng)前實(shí)際出力；

全廠調(diào)節(jié)下限=參加AGC機(jī)組的調(diào)節(jié)下限+未參加AGC機(jī)組的當(dāng)前實(shí)際出力。

圖2 全廠動(dòng)態(tài)等值禁止運(yùn)行區(qū)域示意圖

送上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)信息的原則:

(1)上送全廠調(diào)節(jié)上限、全廠調(diào)節(jié)下限。

(2)上送全廠當(dāng)前上振動(dòng)區(qū)上限、下限。如果不存在上振動(dòng)區(qū)，則這兩個(gè)限值都送全廠調(diào)節(jié)上限。當(dāng)有機(jī)組在跨越振動(dòng)區(qū)時(shí)，這兩個(gè)限值都維持不變，直到機(jī)組跨越振動(dòng)區(qū)完成時(shí)再送新限值。

(3)上送全廠當(dāng)前下振動(dòng)區(qū)上限、下限。如果不存在下振動(dòng)區(qū)，則這兩個(gè)限值都送全廠調(diào)節(jié)下限。當(dāng)有機(jī)組在跨越振動(dòng)區(qū)時(shí)，這兩個(gè)限值都維持不變，直到機(jī)組跨越振動(dòng)區(qū)完成時(shí)再送新限值。

3 在貴州東風(fēng)發(fā)電廠的應(yīng)用

3.1 東風(fēng)發(fā)電廠概況

貴州東風(fēng)發(fā)電廠位于貴州省清鎮(zhèn)市鴨池河，裝機(jī)有4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，其中1到3號(hào)機(jī)組是190MW，4號(hào)機(jī)組是125MW，每臺(tái)機(jī)組都有一段較強(qiáng)振動(dòng)區(qū)[2]。

貴州東風(fēng)發(fā)電廠是貴州省水電廠中最早實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)功能的水電站之一，并通過原國家電網(wǎng)公司的無人值班(少人值守)驗(yàn)收。東風(fēng)發(fā)電廠自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)功能最早是在2000年應(yīng)用的，當(dāng)時(shí)控制三臺(tái)190MW水輪發(fā)電機(jī)組。電廠擴(kuò)機(jī)后對(duì)AGC軟件實(shí)施升級(jí)，增加了對(duì)4號(hào)機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電控制功能。

東風(fēng)發(fā)電廠自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)功能一直參加貴州省中調(diào)的自動(dòng)發(fā)電遠(yuǎn)方控制，省中調(diào)對(duì)該電廠按全廠方式控制，下發(fā)全廠總遙調(diào)值，控制全廠總出力。電廠自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)功能將依據(jù)省中調(diào)下發(fā)的全廠總遙調(diào)值和發(fā)電但不參加AGC控制機(jī)組的出力情況，計(jì)算出要在AGC可控機(jī)組中分配的出力要求，然后在發(fā)電運(yùn)行的AGC可控機(jī)組中間進(jìn)行負(fù)荷分配，分配準(zhǔn)則采用按機(jī)組耗水等微增率原則，在各AGC成組可控機(jī)組中間進(jìn)行有功負(fù)荷分配，在進(jìn)行有功分配時(shí)要考慮下列約束條件:

各臺(tái)機(jī)組P-Q運(yùn)行圖;

設(shè)置的機(jī)組有功限值(振動(dòng)區(qū)等):

上式中,Pagc是AGC要在AGC可控機(jī)組間進(jìn)行分配的總負(fù)荷;Preq是全電廠當(dāng)前總有功出力需求;Pnoagc是沒有參加AGC運(yùn)行的發(fā)電狀態(tài)機(jī)組的總出力。

原來實(shí)現(xiàn)中調(diào)遠(yuǎn)方AGC控制電廠出力時(shí)，采取的模式是:東風(fēng)電廠AGC根據(jù)電廠機(jī)組參加的AGC情況、不參加AGC機(jī)組的出力情況以及機(jī)組禁止運(yùn)行區(qū)情況，動(dòng)態(tài)計(jì)算全廠當(dāng)前連續(xù)可調(diào)節(jié)上、下限值并送給中調(diào)。

3.2 試驗(yàn)及應(yīng)用情況

按全廠動(dòng)態(tài)等值禁止運(yùn)行區(qū)域方式的電廠AGC功能在東風(fēng)電廠進(jìn)行了實(shí)施，于2009年6月同貴州省中調(diào)EMS進(jìn)行了聯(lián)合試驗(yàn)并成功投入運(yùn)行。表1、表2是同省調(diào)進(jìn)行聯(lián)合試驗(yàn)時(shí)記錄的一組數(shù)據(jù)。1號(hào)、2號(hào)機(jī)為有功成組;3號(hào)、4號(hào)機(jī)為單機(jī)狀態(tài);1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)機(jī)組振動(dòng)區(qū):40MW～120MW;運(yùn)行下限:31 MW;運(yùn)行上限:150MW(由于實(shí)際水頭限制)，做了三組試驗(yàn)。

4 結(jié)束語

計(jì)算水電廠等值禁止運(yùn)行區(qū)域，并動(dòng)態(tài)上送上級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)，這種技術(shù)有利于遠(yuǎn)方自動(dòng)發(fā)電控制功能控制品質(zhì)的提高，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)、電廠對(duì)負(fù)荷的智能化、高精度控制。這一技術(shù)在貴州東風(fēng)發(fā)電廠得到成功應(yīng)用，也可為類似工程提供借鑒。

[1]周全仁,張海.現(xiàn)代電網(wǎng)自動(dòng)控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].中國電力出版社，2004.

[2]馮德才.東風(fēng)水電廠自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)[J].水電站機(jī)電技術(shù),2004,(3).

[3]陳凱,耿瑞杰,等.白山電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)調(diào)AGC功能的實(shí)現(xiàn)[J].水力發(fā)電,2002,(4).

[4]段振國，等.白山發(fā)電廠自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)功能的應(yīng)用[J].水電站機(jī)電技術(shù),2008,(3).