AGC技術(shù)在恰甫其海水電廠的應(yīng)用分析

摘要：介紹了AGC技術(shù)在恰甫其海電廠的投入情況，分析了水電廠AGC的目標(biāo)、實現(xiàn)方式、以及實際運(yùn)用中存在的問題，對AGC技術(shù)進(jìn)行了分析說明。

關(guān)鍵詞：水電廠；自動發(fā)電控制

前言

恰甫其海水電廠位于新疆伊犁地區(qū)特克斯河上，裝有4臺80MW的立式混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量320MW，是新疆地區(qū)大型水力發(fā)電廠之一。該電廠2006年8月正式并網(wǎng)發(fā)電，自動發(fā)電控制（AGC）于2007年10月正式投運(yùn)，電廠具有良好的可調(diào)節(jié)性能，在新疆電網(wǎng)中承擔(dān)著調(diào)頻、調(diào)峰以及事故備用等重要任務(wù)，是新疆電網(wǎng)的重要直調(diào)水電廠之一。

自動發(fā)電控制（AGC）是現(xiàn)代電網(wǎng)控制中一項重要功能，水電廠自動發(fā)電控制的具體內(nèi)容是：根據(jù)水庫上游來水量或電力系統(tǒng)的要求，考慮電廠及機(jī)組的運(yùn)行限制條件，在保證電廠安全運(yùn)行的前提下，以經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為原則，確定電廠機(jī)組運(yùn)行臺數(shù)，運(yùn)行機(jī)組的組合和機(jī)組的負(fù)荷分配。在完成這些功能時，要同時避免由于電力系統(tǒng)符合短時波動而導(dǎo)致機(jī)組的頻繁啟、停，電廠主設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定、自動控制裝置動作可靠是自動發(fā)電控制正常投入運(yùn)行的前提條件。不同的水電廠考慮各自的特點和要求，實現(xiàn)的自動發(fā)電控制功能不盡相同，其核心內(nèi)容是電廠內(nèi)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

電廠生產(chǎn)過程是以機(jī)組運(yùn)行人員維持機(jī)組的物質(zhì)（燃料、空氣、水）與能量（化學(xué)能、熱能 、機(jī)械能、電能）的平衡和轉(zhuǎn)化的復(fù)雜系統(tǒng)。該系統(tǒng)運(yùn)行的目標(biāo)是在滿足一定的約束條件下（ 如社會需求、主輔機(jī)設(shè)備狀況等），爭取最大經(jīng)濟(jì)效益。這個目標(biāo)不能僅由系統(tǒng)自身給出， 而應(yīng)該來源于系統(tǒng)外部，即發(fā)電廠的上一級部門，如AGC信號。電廠在隨時跟蹤AGC信號，檢測偏差并進(jìn)行調(diào)整控制的基礎(chǔ)上消除偏差，實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。若考核目標(biāo)僅由本廠給出，則系統(tǒng)只有在出現(xiàn)偏差即發(fā)生事故后，才能檢測到并采取消缺措施糾正偏差，這往往帶來嚴(yán)重?fù)p失。建議在電廠達(dá)標(biāo)創(chuàng)一流等活動中將AGC列為電廠的考核目標(biāo)之一，以促進(jìn)電廠整體生產(chǎn)的安全經(jīng)濟(jì)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

中小型水電廠不具有大的調(diào)節(jié)水庫，這就使得中小水電廠在不同季節(jié)，其運(yùn)行控制方式存在較大差異。由于中小型水電廠的這一特性，AGC的目標(biāo)僅在貧水期和枯水期有實際的意義。

1. AGC控制方式

自動發(fā)電控制（AGC）就是在電力系統(tǒng)用戶負(fù)荷發(fā)生變化的情況下，及時地調(diào)整系統(tǒng)的發(fā)電出力，保證供電的連續(xù)性，并使頻率偏移指標(biāo)符合規(guī)定要求，實現(xiàn)負(fù)荷頻率控制。電力系統(tǒng)AGC系統(tǒng)由主站控制系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)、和電廠控制系統(tǒng)等組成。整個AGC系統(tǒng)可以簡單地分為兩大部分，即電網(wǎng)的AGC（決策控制層）及發(fā)電機(jī)的AGC（指令執(zhí)行層）。恰甫其海水電廠AGC控制方式采用網(wǎng)調(diào)直接控制機(jī)組的方式，省調(diào)下達(dá)的電網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行機(jī)組出力的調(diào)節(jié)指令，通過設(shè)置在電廠的RTU裝置，直接作用于各臺發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器，最終實現(xiàn)網(wǎng)調(diào)AGC控制。省調(diào)AGC負(fù)荷指令主要有以下幾種情況：

（1）調(diào)度員手動設(shè)置；

（2）接電網(wǎng)負(fù)荷變化規(guī)律預(yù)測進(jìn)行自動調(diào)度；

（3）按電網(wǎng)周波的變化讓部分機(jī)組參與調(diào)頻、自動分配負(fù)荷。

對于調(diào)度端AGC來說，通常只關(guān)心控制器所控制的機(jī)組表現(xiàn)出的總的外特性，而不是單臺機(jī)組的特性。即省調(diào)的AGC程序不能充分考慮水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行工況，在一定程度上影響了電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的積極性。

2.AGC運(yùn)行中存在的問題

（1）由于省調(diào)對電廠實時工況信息采集量有限，且對機(jī)組的實際運(yùn)行工況及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)了解不足，這種方式下運(yùn)行對電廠機(jī)組的安全帶來許多隱患。電網(wǎng)負(fù)荷變化非常頻繁，電網(wǎng)為及時平衡用電負(fù)荷，使投入AGC的機(jī)組始終處于相應(yīng)的變負(fù)荷狀態(tài)，對機(jī)組的壽命有較大負(fù)面影響，負(fù)荷調(diào)節(jié)頻繁帶來的問題主要是電氣設(shè)備和機(jī)械設(shè)備磨損明顯加快。因此單機(jī)AGC方式對機(jī)組的壽命、運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)型和穩(wěn)定性都有很大的影響。

（2）無法實現(xiàn)負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配。雖然AGC系統(tǒng)本身具有負(fù)荷優(yōu)化分配的功能，但由于調(diào)度端得到機(jī)組信息比較少，實際很難實現(xiàn)機(jī)組的優(yōu)化調(diào)度，而且隨著廠網(wǎng)分開，電網(wǎng)對于機(jī)組運(yùn)行職責(zé)更少，更不可能實現(xiàn)機(jī)組的優(yōu)化調(diào)度。

（3）多臺機(jī)組長時間帶負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組大多數(shù)時間在調(diào)節(jié)區(qū)中間位置，其一般負(fù)載都在60～80%，這種運(yùn)行區(qū)域的變化，使得機(jī)組的運(yùn)行特性變差。同時由于機(jī)組負(fù)荷在不停的變化，機(jī)組穿越或停留在振動區(qū)得機(jī)率大大增加，水輪機(jī)葉片的疲勞破壞帶來的一系列不利影響。

3.對策分析

通過對AGC普遍存在的問題和水電廠的特點分析，提出了以下幾方面的對策：

（1）結(jié)合機(jī)組工況，對AGC控制程序進(jìn)行了重新設(shè)計修改。程序修改后，AGC系統(tǒng)既能對單臺機(jī)組負(fù)荷設(shè)值，也能對全廠機(jī)組總負(fù)荷設(shè)值，每臺機(jī)組帶多少負(fù)荷也由程序根據(jù)機(jī)組水頭—負(fù)荷協(xié)聯(lián)曲線、躲過振動區(qū)等條件進(jìn)行計算后自動分配。這種控制方式的修改，消除了原程序中存在的弊病。省調(diào)可以直接設(shè)定一個總有功值分配給該廠，減少了單臺機(jī)組設(shè)定有功的重復(fù)操作，使操作效率提高了一倍；各機(jī)組所帶負(fù)荷依照躲過振動區(qū)就近原則進(jìn)行分配，避免機(jī)組在振動區(qū)內(nèi)運(yùn)行，使得機(jī)組因振動引起的元器件松動損壞現(xiàn)象大大減少。

（2）省調(diào)追求的目標(biāo)過于嚴(yán)格，從某種意義上看，即是賦予系統(tǒng)連接的一種“剛性”?，F(xiàn)代工程系統(tǒng)和自然界中的許多例子表明，具有一定“柔性”才是系統(tǒng)長期有效運(yùn)行的基礎(chǔ)。這種“柔性”主要體現(xiàn)在功率給定指令上，即下達(dá)總有功指令時，給出一定的有功誤差范圍，允許電廠根據(jù)具體情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定。表面看來，允許有功誤差是一種不確定性。實際上，在大電網(wǎng)多電源點的情況下，有功誤差的概率均值是趨于零的。AGC的長期控制性能，著重于電網(wǎng)頻率調(diào)整，減少AGC機(jī)組頻率調(diào)整造成的設(shè)備磨損，降低發(fā)電成本等。

（3）根據(jù)省調(diào)給定總有功，在廠內(nèi)AGC算法中，設(shè)置一定的優(yōu)化功率緩沖區(qū)，以機(jī)組數(shù)最少優(yōu)先原則選擇參與AGC機(jī)組，在優(yōu)化功率緩沖區(qū)內(nèi)，參與AGC的機(jī)組不進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免機(jī)組的頻繁調(diào)節(jié)。

4.結(jié)束語

在電力市場化的背景下，AGC的應(yīng)用涉及多個方面，以及經(jīng)濟(jì)效益和社會效益等多種問題。文中針對水電廠AGC運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，從機(jī)組運(yùn)行安全的角度進(jìn)行了一些分析和探討，對于改善電網(wǎng)調(diào)度和管理有積極的意義。

作者簡介：邢戰(zhàn)利，男，（1979-），工程師職稱，研究方向：水電站動力設(shè)備。