曾體健(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司 水電站遠(yuǎn)程集控中心，貴州 貴陽 550002)

梯級集控模式下AGC功能完善及試驗分析

曾體健(貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司 水電站遠(yuǎn)程集控中心，貴州 貴陽 550002)

為配合烏江梯級水電站的聯(lián)合運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度，建立了梯級自動發(fā)電控制(AGC)系統(tǒng)。從安全性、準(zhǔn)確性和一致性方面，詳細(xì)介紹了烏江梯級水電站群AGC的功能優(yōu)化完善和約束條件，分析了梯級AGC單站閉環(huán)試驗方法，在廠控、集控和調(diào)度3種模式下檢測AGC系統(tǒng)的性能，并對試驗結(jié)果和運(yùn)行效果作出了評價。

梯級水電站自動化; 監(jiān)控系統(tǒng);AGC系統(tǒng);自動發(fā)電系統(tǒng);試驗分析

貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司(以下簡稱“烏江公司”)開發(fā)的9座電站已于2013 年6 月全部建成投產(chǎn)，該公司水電總裝機(jī)容量達(dá)866.5萬kW。經(jīng)過多年的探索與實踐，2005 年5 月，該公司成立了水電站遠(yuǎn)程集控中心(以下簡稱“集控中心”)。2007年，該中心正式納入電力調(diào)度體系，2014年已實現(xiàn)對其中的8座水電站進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

自動發(fā)電控制(AGC)是梯級水電廠聯(lián)合運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)度的重要工具。AGC在大量應(yīng)用于電網(wǎng)調(diào)度自動化后，經(jīng)過不斷完善和發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于電廠負(fù)荷分配與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[1]、流域梯級電站遠(yuǎn)程調(diào)度中。梯級AGC是流域梯級集控中心計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的高級應(yīng)用功能，是與電網(wǎng)調(diào)度的主要接口。電網(wǎng)負(fù)荷平衡、電廠機(jī)組振動區(qū)、電廠機(jī)組最大出力限制、水量平衡、電網(wǎng)接入點(diǎn)等因素均是AGC的重點(diǎn)。烏江公司在協(xié)調(diào)優(yōu)化控制策略研究的基礎(chǔ)上，建設(shè)了與貴州電網(wǎng)公司電力調(diào)度通訊中心 (以下簡稱“貴州中調(diào)”)聯(lián)網(wǎng)在線運(yùn)行的梯級AGC系統(tǒng)，促進(jìn)了電網(wǎng)AGC與梯級AGC之間的統(tǒng)籌優(yōu)化。

1 AGC運(yùn)行概況

烏江梯級水庫上下游之間存在密切的水文聯(lián)系，不同調(diào)節(jié)性能的水庫間水量平衡關(guān)系十分復(fù)雜。各電站分布在貴州電網(wǎng)的不同區(qū)域，經(jīng)不同的接入點(diǎn)并入電網(wǎng)，電網(wǎng)安全約束條件十分嚴(yán)格，對梯級水電站群的AGC運(yùn)行提出了更高的要求。

烏江公司通過兩個階段完成梯級AGC的理論算法及其工程實現(xiàn)： ①采用梯級AGC與電網(wǎng)AGC聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行的模式，貴州中調(diào)將烏江梯級水電站的總負(fù)荷下發(fā)到集控中心，通過梯級AGC系統(tǒng)實現(xiàn)電網(wǎng)安全約束自動校核后，實現(xiàn)開環(huán)運(yùn)行，完成優(yōu)化分配演算并模擬執(zhí)行;② 經(jīng)過觀察論證后，在流域各電站完成梯級AGC的工程實現(xiàn)[2,3]。

通常，電廠AGC僅考慮電廠與中調(diào)之間負(fù)荷調(diào)整與分配的問題。在增加梯級AGC調(diào)節(jié)模式后，需在集控中心搭建專門的梯級AGC通道，完成接受中調(diào)梯級AGC總負(fù)荷指令。經(jīng)優(yōu)化分配后，對流域各電站下發(fā)指令。在工程實施過程中，梯級AGC功能可能涉及諸多異常情況，例如電廠同時接收中調(diào)和集控兩方負(fù)荷指令、遙調(diào)指令落在電廠振動區(qū)范圍內(nèi)、遙調(diào)指令超過電廠最大出力等。為保證梯級AGC正式投運(yùn)時功能運(yùn)行正常，需在工程實施階段對電站側(cè)和集控側(cè)AGC功能進(jìn)行完善，優(yōu)化約束條件。

2 AGC功能完善

由于梯級AGC負(fù)荷指令需要從中調(diào)下發(fā)，所以在中調(diào)側(cè)新增1套AGC系統(tǒng)，即在原有AGC系統(tǒng)上裝設(shè)1套梯級AGC專線系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)相互獨(dú)立，當(dāng)電廠AGC運(yùn)行在中調(diào)模式時，由原系統(tǒng)下發(fā)指令；當(dāng)電廠AGC運(yùn)行在集控模式時，由新系統(tǒng)下發(fā)指令，并相互閉鎖指令信號。為使系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，烏江公司從安全性、準(zhǔn)確性、一致性3個方面進(jìn)行了研究。

2.1 增加集控模式后的功能閉鎖及實現(xiàn)

針對控制權(quán)閉鎖問題，要求在任一模式下只接受特定對象單一的有功調(diào)節(jié)命令。在中調(diào)模式時，只接受中調(diào)負(fù)荷指令；在集控模式時，只接受集控負(fù)荷指令。

在電廠AGC程序中，增加AGC控制權(quán)閉鎖功能。將AGC負(fù)荷給定設(shè)為“調(diào)度”時，AGC只按中調(diào)下發(fā)的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，不受集控、廠端負(fù)荷給定的影響；將AGC負(fù)荷給定設(shè)為“集控”時，AGC只按集控下發(fā)的負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，不受調(diào)度、廠端負(fù)荷給定的影響；將AGC負(fù)荷給定設(shè)為“電廠”時，AGC只按廠端負(fù)荷給定進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，不受調(diào)度、集控負(fù)荷給定的影響。

在集控AGC程序中，增加AGC控制權(quán)閉鎖功能，將AGC負(fù)荷給定設(shè)為“調(diào)度”或“電廠”時，集控不再對電廠下發(fā)指令。只有電廠AGC控制權(quán)在集控側(cè)且AGC負(fù)荷給定設(shè)為“集控”時，集控才能下發(fā)負(fù)荷指令信號。這樣在集控與電廠兩側(cè)都加入閉鎖功能，保證了負(fù)荷指令下達(dá)的安全性。

2.2 AGC約束條件完善

為避免在電廠側(cè)出現(xiàn)遙調(diào)指令落入振動區(qū)、超出調(diào)節(jié)范圍的情況，需要優(yōu)化電廠和集控采集、上送的振動區(qū)和調(diào)節(jié)范圍，以保證采集數(shù)據(jù)的一致性。

在電廠側(cè)、集控側(cè)計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改，將AGC負(fù)荷給定設(shè)為“集控”時，電廠上送中調(diào)的振動區(qū)上下限、運(yùn)行上下限強(qiáng)制為“總有功實發(fā)值”，電廠上送集控的振動區(qū)上下限、運(yùn)行上下限為AGC計算值，集控上送中調(diào)的以上信號則不作處理；將AGC負(fù)荷給定設(shè)為“電廠”或“中調(diào)”時，電廠上送中調(diào)和集控的振動區(qū)上下限、運(yùn)行上下限均為AGC計算值，集控上送中調(diào)的電廠振動區(qū)上下限、運(yùn)行上下限強(qiáng)制為“總有功實發(fā)值”。

在不同模式下，對振動區(qū)、調(diào)節(jié)范圍信號進(jìn)行強(qiáng)制，更有利于中調(diào)側(cè)兩套系統(tǒng)的計算，例如在“中調(diào)”模式下，原系統(tǒng)正常采集數(shù)據(jù)，計算后正常下發(fā)負(fù)荷調(diào)節(jié)指令，但新系統(tǒng)采集的振動區(qū)和調(diào)節(jié)范圍均為電廠實發(fā)值，調(diào)節(jié)空間為零，即不會使新系統(tǒng)誤發(fā)指令。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化

在電廠及集控側(cè)分別優(yōu)化上送中調(diào)的數(shù)據(jù)，以提高梯級AGC系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

在電廠側(cè)進(jìn)行修改、將AGC負(fù)荷給定設(shè)為“集控”時，電廠上送中調(diào)的全廠AGC功能和各機(jī)組AGC功能強(qiáng)制為“退出”，電廠上送集控、集控上送中調(diào)的全廠AGC功能和各機(jī)組AGC功能不作處理；將AGC負(fù)荷給定設(shè)為“中調(diào)”或“電廠”時，電廠上送中調(diào)和集控的AGC功能和各機(jī)組AGC功能均不作處理，集控上送中調(diào)的電廠AGC功能和各機(jī)組AGC功能強(qiáng)制為“退出”。

在不同模式下，對全廠、機(jī)組AGC信號進(jìn)行強(qiáng)制，更有利于中調(diào)側(cè)兩套系統(tǒng)的安全，例如在“中調(diào)”模式下，原系統(tǒng)正常監(jiān)視電廠AGC的實時狀態(tài)，但新系統(tǒng)采集的AGC狀態(tài)均為“退出”狀態(tài)，不會使運(yùn)行人員產(chǎn)生歧義，新系統(tǒng)也不再參與運(yùn)算，即不會在新系統(tǒng)誤發(fā)指令。同時，為了完成梯級AGC功能，在電廠、集控、中調(diào)之間完善了測點(diǎn)信號，包括在電廠與集控間增加1個遙控點(diǎn)用作“負(fù)荷給定模式”在集控、調(diào)度、電廠之間切換。增加1個模擬量用作“負(fù)荷給定模式”在集控、調(diào)度、電廠之間的狀態(tài)返回。增加遙調(diào)點(diǎn)，作為全廠有功功率目標(biāo)值；增加遙測點(diǎn)，作為電廠全廠遙調(diào)指令返回值等。

3 聯(lián)合試驗結(jié)果及分析

梯級AGC的單站閉環(huán)控制功能實施，需要電廠監(jiān)控系統(tǒng)AGC增加集控模式后，進(jìn)行三方聯(lián)合測試，測試廠控、集控和調(diào)度3種模式下電廠監(jiān)控系統(tǒng)AGC指令的分配功能，驗證各種模式下的指令閉鎖功能。

試驗主要工作內(nèi)容包括電廠AGC增加集控模式和切換安全閉鎖功能測試。電廠與集控上行測點(diǎn)核對和下行指令核對，以及防誤安全閉鎖測試。在不同模式下，檢查并測試全廠/機(jī)組AGC系統(tǒng)在各種運(yùn)行方式下的安全性和可靠性。

3.1 單站廠內(nèi)試驗

廠內(nèi)實驗項目主要包括AGC功能完善、功能測試、閉鎖功能檢查、安全校核功能測試、振動區(qū)及調(diào)節(jié)范圍測試，以及開環(huán)狀態(tài)下AGC廠內(nèi)實驗。廠內(nèi)實驗的主要目的是檢查AGC功能修改后的正確性,檢驗新增AGC功能在開環(huán)狀態(tài)下是否完善。在實驗過程中，需保證AGC功能在開環(huán)狀態(tài)，通過在電廠監(jiān)控機(jī)房用工程師站模擬主機(jī)，強(qiáng)制相關(guān)測點(diǎn)信號狀態(tài)的方法進(jìn)行。

3.2 電廠與集控兩方聯(lián)調(diào)試驗

集控與電廠兩方聯(lián)調(diào)實驗主要包括集控側(cè)AGC功能完善、AGC接口測試、閉鎖功能檢查、安全校核功能測試、振動區(qū)及調(diào)節(jié)范圍測試，以及開環(huán)、閉環(huán)狀態(tài)下兩方聯(lián)調(diào)實驗。兩方聯(lián)調(diào)實驗的主要目的是檢查AGC功能修改后,電廠監(jiān)控系統(tǒng)與集控監(jiān)控系統(tǒng)之間與AGC功能有關(guān)的各遙測、遙信數(shù)據(jù)和遙調(diào)指令是否準(zhǔn)確，極限容量、運(yùn)行上下限、響應(yīng)速率和調(diào)節(jié)增量設(shè)定是否正確。

在實驗過程的第一階段，需保證AGC功能在開環(huán)狀態(tài)，在集控監(jiān)控機(jī)房用工程師站模擬主機(jī)搭建實驗用AGC調(diào)試系統(tǒng)，通過人工設(shè)定負(fù)荷調(diào)節(jié)值，檢查電廠接收的負(fù)荷指令以及負(fù)荷分配情況。在第二階段,使AGC在閉環(huán)狀態(tài)，通過與中調(diào)聯(lián)系負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，手動設(shè)定集控AGC調(diào)節(jié)范圍值，主要觀察電廠機(jī)組負(fù)荷分配，調(diào)節(jié)響應(yīng)時間，機(jī)組跨越振動區(qū)運(yùn)行工況，以及對指令落入AGC調(diào)節(jié)死區(qū)的閉鎖情況。

3.3 電廠、集控、中調(diào)三方聯(lián)調(diào)試驗

三方聯(lián)調(diào)實驗項目主要包括AGC接口測試、閉鎖功能檢查、安全校核功能測試、振動區(qū)及調(diào)節(jié)范圍測試，以及閉環(huán)狀態(tài)下三方聯(lián)調(diào)實驗。檢測電廠、集控與中調(diào)之間和AGC功能有關(guān)的各遙測、遙信數(shù)據(jù)和遙調(diào)指令是否準(zhǔn)確，運(yùn)行上下限、響應(yīng)速率和調(diào)節(jié)增量設(shè)定是否正確。對于安全功能,由現(xiàn)場實驗人員模擬異常信號，集控和中調(diào)核查AGC功能運(yùn)行狀態(tài)。同時在AGC正式投運(yùn)前，對AGC功能進(jìn)行連續(xù)長時間觀察，測試中調(diào)通過梯級AGC連續(xù)控制電廠的調(diào)節(jié)響應(yīng)及控制性能情況，保證AGC功能正常運(yùn)行。

經(jīng)過實驗論證及長時間運(yùn)行觀察，梯級AGC調(diào)節(jié)速率滿足電網(wǎng)要求。在實驗過程中,檢查各項閉鎖功能，使安全功能符合實際運(yùn)行需要，保證了梯級AGC功能的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

4 運(yùn)行效果及展望

烏江梯級AGC建設(shè)的最終目的是在原有“電網(wǎng)直接控制電廠”模式的基礎(chǔ)上，改變?yōu)椤半娋W(wǎng)控集控、集控控電廠”的高效互動、互信依存新模式，電網(wǎng)向梯級AGC下達(dá)總負(fù)荷，由梯級AGC經(jīng)過優(yōu)化計算、通過安全約束自動校核后控制電站AGC調(diào)整負(fù)荷。梯級AGC的實現(xiàn)，減少了人工協(xié)調(diào)的主觀性，能夠科學(xué)客觀、及時準(zhǔn)確地實現(xiàn)優(yōu)化調(diào)度意圖。同時,結(jié)合流域水調(diào)情況,提升集控自主優(yōu)化調(diào)度空間，有效解決了水調(diào)與電調(diào)的協(xié)調(diào)配合問題。

烏江公司集控中心促進(jìn)了梯級水電廠調(diào)度模式新突破，加強(qiáng)了集控與調(diào)度機(jī)構(gòu)的技術(shù)與管理合作，建立了貴州中調(diào)、集控中心、電廠3方科學(xué)高效的新機(jī)制，形成了水調(diào)與電調(diào)一體化運(yùn)轉(zhuǎn)。建立集控中心與貴州中調(diào)實時雙向交互機(jī)制和信息共享模式，可有效提升烏江流域梯級調(diào)度的管理水平和經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 張勇傳.水電站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原理[M].北京：中國水利水電出版社,1998.

[2] 吳正義.清江梯級水電廠AGC的工程實現(xiàn)[J]. 水電自動化與大壩監(jiān)測,2002, 26(2):5-8.

[3] 譚華.三峽梯級調(diào)度自動化系統(tǒng)AGC的功能設(shè)計與實現(xiàn)[J].水電站機(jī)電技術(shù),2009,32(3):59-62.

(編輯：唐湘茜)

2015-04-09

曾體健，男，貴州烏江水電開發(fā)有限責(zé)任公司集控中心，助理工程師.

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