瀑布溝水電站特大型機組AGC安全技術

馮 迅，彭 放，湯 琦，黃 勇

（1.中國水利水電科學研究院，北京100038；2.國電大渡河大崗山發(fā)電有限公司籌備處，四川石棉625409；3.國電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川漢源625300）

瀑布溝水電站位于四川漢源縣境內(nèi)大渡河干流上，裝有6臺容量600MW的特大型機組，是四川省的骨干電站。瀑布溝電站選用北京中水科水電開發(fā)有限公司的H9000 v4.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)，在此平臺上開發(fā)了自動發(fā)電控制功能（AGC），接收省調(diào)能量管理系統(tǒng)（EMS）下發(fā)的全廠有功給定指令，實時分配和調(diào)節(jié)機組的有功，使全廠的實際出力與調(diào)度給定命令相一致。

瀑布溝電站是典型的特大型水電站，擔負電網(wǎng)實時調(diào)頻的任務，相對于其他特大型水電站，其對生產(chǎn)安全的要求更高，AGC必須有冗余的系統(tǒng)設計，制定嚴格詳細的安全保護策略，防止誤操作，消除各種突發(fā)異常情況造成的問題和故障。

同時，電網(wǎng)對于系統(tǒng)安全保留容量有嚴格的要求，AGC的分配必須兼顧到安控切機容量需要。

瀑布溝電站AGC在H9000 v4.0計算機監(jiān)控系統(tǒng)的基礎上建立了完善的架構，分別制定了安全和功能約束、異常監(jiān)視和應急處理，并將安控切機容量要求結(jié)合到AGC分配算法中，兼顧了上述各方面需求。

1 AGC總體框架和功能設計

1.1 AGC系統(tǒng)結(jié)構

四川省調(diào)向瀑布溝H9000監(jiān)控系統(tǒng)上位機下達全廠有功目標值，AGC程序運行在監(jiān)控系統(tǒng)上位機的兩臺應用程序服務器PBGAPS1和PBGAPS2上，兩臺服務器為完全冗余，并且互為熱備，主控和備用狀態(tài)可由操作員手動切換。兩機AGC程序的計算保持同步，但只有主控服務器對6臺機組LCU出口下令。當主控服務器故障退出時，備用機自動切為主控，若兩臺應用服務器均發(fā)生故障退出監(jiān)控，AGC功能也將自動退出，如圖1所示。

圖1 AGC系統(tǒng)結(jié)構

2 保護性策略

為了保障電網(wǎng)和機組設備長期安全、穩(wěn)定的運行，AGC功能設計要全面。在進行任意功能的投退和切換操作時，不能誤下令，不能對機組的狀態(tài)和出力產(chǎn)生不利干擾，確定全廠和機組安全運行AGC的閉鎖條件。如果設備發(fā)生事故和故障時能立刻退出相應設備的AGC成組狀態(tài)，切換到人工控制；當運行過程中出現(xiàn)突發(fā)的異常情況，如調(diào)度指令錯誤、實時數(shù)據(jù)采集故障時，AGC必須能夠以恰當?shù)姆绞教幚響薄?/p>

2.1 AGC功能約束設計

（1）在全廠AGC功能為退出時，其他功能開關會被自動復歸（機組成組復歸為單機，機組閉環(huán)復歸為開環(huán)）。這樣，要退出全部AGC功能只需退出全廠AGC功能開關即可。

（2）要使AGC進入省調(diào)控制狀態(tài)必須滿足：AGC已經(jīng)進入執(zhí)行狀態(tài)、AGC省調(diào)控制權投入、閉環(huán)控制方式投入。

（3）操作流程規(guī)定功能開關的投入必須按照如下5步順序進行操作：投入全廠AGC功能開關→全廠有功給定模式投入→各機組AGC有功成組投入→全廠AGC省調(diào)控制權投入→AGC閉環(huán)控制投入。

（4）為了防止AGC功能在從退出到投入的切換過程中，全廠給定值發(fā)生突變而造成負荷波動，在AGC不在執(zhí)行狀態(tài)時，令“全廠AGC有功人工給定值”、“省調(diào)AGC有功給定值”均跟蹤全廠的實發(fā)總有功。

（5）為了防止廠內(nèi)和省調(diào)控制權切換過程中發(fā)生給定值突變，令控制權在廠內(nèi)時，“省調(diào)AGC有功給定值”跟蹤“全廠AGC有功人工給定值”，而控制權在省調(diào)時，“全廠AGC有功人工給定值”跟蹤“省調(diào)AGC有功給定值”。

（6）運行AGC的應用服務器主站監(jiān)控系統(tǒng)故障退出后再次啟動時，AGC功能自動退出。

2.2 AGC邏輯閉鎖

2.2.1 機組AGC成組可控的運行條件

機組投入AGC成組，機組不在人工檢修或試狀態(tài)，機組處在并網(wǎng)發(fā)電狀態(tài)的一系列條件組合，調(diào)速器正常運行的條件組合，監(jiān)控LCU狀態(tài)正常的條件組合，無各種機組機械事故和電氣保護正常的條件組合等。

2.2.2 全廠AGC執(zhí)行必須滿足的運行條件

AGC應用服務器狀態(tài)正常，所有非檢修機組PLC網(wǎng)絡狀態(tài)正常，電網(wǎng)各線路保護正常的條件組合，與省調(diào)通訊正常相關的條件組合等。

2.3 AGC異常處理［4］

AGC對于突發(fā)事故故障的應對策略有退出AGC功能和將AGC暫時掛起兩種處理方式。AGC退出是指徹底將AGC功能開關全部置為復歸，當重新投入AGC時必須手動操作；而后者則僅僅在程序中跳過AGC的主計算程序流程，使得AGC暫時失效掛起，待異常解除后再自動恢復執(zhí)行。

無論是退出AGC功能還是將AGC掛起，都將對導致異常的原因報警。

2.3.1 有功給定錯誤的處理方式

（1）當AGC全廠有功給定值在全廠等值禁運區(qū)內(nèi)時，若給定值距離最近的禁運區(qū)邊界值大于8MW，將AGC掛起；小于8MW，則令其等于該邊界值。

（2）當全廠有功給定值與當前全廠實發(fā)值間的差值（ACE）超過設定的單步調(diào)節(jié)上限（設為300MW）時，將AGC掛起。

（3）當全廠有功給定值大于全廠可調(diào)容量上限（可調(diào)機組容量上限之和+單機機組實發(fā)值之和），且超出大于5MW，將AGC掛起；超出5MW以內(nèi)，令其等于上限值。給定值小于可調(diào)容量下限的情況也按類似方法處理。

2.3.2 水位異常的處理方式

庫水位是進行機組最大出力和振動區(qū)計算的基本參數(shù)，必須保證其有效性。

AGC設置了自動讀取水位和人工設置水位兩種方式，平時設置為自動讀取方式，這時每秒鐘讀取1次水位計上送水位數(shù)據(jù)點，并令人工設置的水位值跟蹤該值自動變化。但當水位計上送水位數(shù)據(jù)通道發(fā)生故障，或前后兩次自動讀取的水位值突變超過1m時，AGC自動切換為人工設置水位方式，開始讀取人工設置的水位值。

2.3.3 線路頻率異常的處理方式

當母線頻率大于50.05Hz且省調(diào)給定值為向上增負荷，或母線頻率小于49.95Hz且省調(diào)給定值為向下減負荷時，將AGC掛起。

2.3.4 機組數(shù)據(jù)采集故障的處理方式

（1）當機組在發(fā)電態(tài)時，若檢測到本機組有功功率數(shù)據(jù)通道故障或機組出口斷路器通道質(zhì)量故障，將AGC掛起。如果相隔一個計算周期（4s）后數(shù)據(jù)恢復正常就繼續(xù)運行，如再次檢測到故障，立刻將AGC退出。

（2）當機組顯示不在發(fā)電狀態(tài)和檢修狀態(tài)，但讀取到該機組有功實發(fā)值卻大于20MW時，采取第1次讓AGC掛起，第2次讓AGC退出的處理方式。

（3）當單臺機組連續(xù)兩次采集（相隔1s）的有功實發(fā)值相差100MW以上，超出機組可能的最大爬坡率，應立即將AGC退出。

2.3.5 機組有功調(diào)節(jié)超時的處理方式

機組PLC收到AGC發(fā)出的有功調(diào)節(jié)命令后5min內(nèi)若仍無法將有功調(diào)節(jié)到位，則將上送機組有功調(diào)節(jié)超時信號，AGC收到此信號后將該機組切到AGC單機控制，但不影響其他機組的AGC成組運行。

3 安控切機功能的實現(xiàn)

在出現(xiàn)某些緊急事故時，電網(wǎng)必須采用切除斷面潮流的方法保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定。

根據(jù)機組實時狀況，運行人員可以選擇機組投入安控切機模式，對于參與安控并且AGC成組可控的第i號機組，應保留最小的容量值平均分配，即

N保i=（P安-P安非AGC）/n

式中P安為電網(wǎng)要求的全廠安控保留總負荷；P安非AGC為參與安控切機，但未參與AGC控制的機組的實發(fā)有功之和；n為參與安控并且AGC成組可控的機組臺數(shù)。若在i機組的一個振動區(qū)內(nèi)，則令等于該振動區(qū)的上邊界值。

將設為第i號機組AGC的有功控制下限，即可使得該機組負荷分配結(jié)果不小于此值，從而保證足夠的安控保留容量。若大于機組當前有功容量上限，則無法達到安控要求，AGC發(fā)出“安控容量不足”報警。

4 結(jié)語

自2011年9月AGC投入省調(diào)實際控制以來，運行情況良好，保證了瀑布溝特大型電廠的正常生產(chǎn)，并對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定提供了有力支持，對今后大型水電站和機組的AGC功能設計具有一定的借鑒意義。

［1］劉維烈.電力系統(tǒng)調(diào)頻與自動發(fā)電控制［S］.北京:中國電力出版社，2006.

［2］龔傳利，黃家志，潘苗苗.三峽右岸電站AGC功能設計及實現(xiàn)方法［J］.水電站機電技術，2008，31（3）:26-28，35.

［3］孔德寧，朱華，單鵬珠，等.龍灘電站自動發(fā)電控制安全性策略［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2010，34（2）:9-12.

［4］龔傳利，黃家志，姚志凌.三峽右岸電站AGC安全性策略［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2008，32（1）:34-36，46.