基于流域梯級水電站負(fù)荷智能調(diào)控模式分析

劉圳

四川華電雜谷腦水電開發(fā)有限責(zé)任公司 四川成都 610000

自動發(fā)電控制（AGC）系統(tǒng)是電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)最為基礎(chǔ)的核心功能之一，其通過控制調(diào)度區(qū)域內(nèi)發(fā)電機(jī)組的有功功率，使發(fā)電功率自動跟蹤負(fù)荷變化，維持系統(tǒng)頻率為額定值，維持電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線交換功率，以實現(xiàn)電力供需的實時平衡，保障電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運行。

近年來，一些流域集控中心對梯級AGC進(jìn)行了初步探索，依舊處在深入探究與試驗階段。立足于全流域的維度而言，怎樣達(dá)成全流域負(fù)載的即時智能控制，縮減人力操控頻次，提升工作實際效果，提高流域總體經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力，讓流域梯級水電站的遠(yuǎn)距離控制安全水平更高，效率更高，智能化水平更高依舊是目前探究的核心內(nèi)容。

通過對流域各水電站遠(yuǎn)控模式下運行安全風(fēng)險點梳理分析，結(jié)合多年梯級聯(lián)合調(diào)度經(jīng)驗，以電網(wǎng)調(diào)度總領(lǐng)，公司、集控中心、電站三級管控的工作思路，建立了一套遠(yuǎn)控模式下運行安全風(fēng)險管控新模式，有效降低了因電網(wǎng)運行方式變化對流域水電站運行安全的影響[1]。

1 流域型梯級智能水電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 安全分區(qū)

流域型梯級智能水電站的實際業(yè)務(wù)開展工作必須根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，按照一系列行業(yè)以及國家的明文規(guī)定的具體要求，流域型梯級智能水電站的左右業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以劃分為管理信息大區(qū)、非控制區(qū)以及控制區(qū)。相關(guān)工作人員嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定去進(jìn)行流域型梯級智能水電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的安全分區(qū)工作，保證流域型梯級智能水電站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建設(shè)工作貫徹落實。

1.2 系統(tǒng)分層

相關(guān)工作人員將流域型梯級智能水電站的監(jiān)控結(jié)構(gòu)根據(jù)相關(guān)建設(shè)要求的需要，分成不同的系統(tǒng)與區(qū)域，主要系統(tǒng)分成的內(nèi)容包括廠站層、單元層以及過程層。廠站層的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中包括通信工作站、控制數(shù)據(jù)庫、操作員工作站以及中央控制主站等，其主要的功能作用就是對流域型梯級智能水電站的監(jiān)控結(jié)構(gòu)中相關(guān)的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行控制操作以及遠(yuǎn)程監(jiān)控。單元層的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中包括勵磁調(diào)節(jié)器、調(diào)速器、監(jiān)控LCU等機(jī)械設(shè)備，可以直接與操作施工的現(xiàn)場機(jī)械設(shè)備進(jìn)行連接，其主要的功能作用是將過程層運行過程中應(yīng)運而生的各種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集與處理，并且將一定的操作控制命令有效傳遞給過程層。過程層的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中主要包括的系統(tǒng)裝置可以分為傳感裝置以及控制裝置，主要包含的機(jī)械設(shè)備有工業(yè)電視鏡頭、智能傳感器、智能控制器等，其主要的功能作用就是將流域型梯級智能水電站的監(jiān)控結(jié)構(gòu)運行過程中采集到的一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行控制輸出，保證對單元層中的機(jī)械設(shè)備的有效溝通連接。

1.3 業(yè)務(wù)系統(tǒng)劃分

結(jié)合水電站實際情況，相關(guān)工作人員將流域型梯級智能水電站的全部業(yè)務(wù)工作進(jìn)行了系統(tǒng)劃分，主要劃分成為流域型梯級智能水電站的管理區(qū)以及流域型梯級智能水電站的生產(chǎn)區(qū)。生產(chǎn)區(qū)包括控制區(qū)與非控制區(qū)，主要的典型業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、直流系統(tǒng)、電力市場報價系統(tǒng)等。管理區(qū)主要的典型業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括視頻監(jiān)控系統(tǒng)、廠房廣播系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)、項目管理系統(tǒng)等。管理區(qū)中包含的業(yè)務(wù)工作主要有流域型梯級智能水電站的安全管理工作以及流域型梯級智能水電站的經(jīng)營工作。

2 流域水電站運行安全風(fēng)險管控存在的問題

電力企業(yè)設(shè)備分布面廣，在電力調(diào)度運行管理中，存在較多的運行風(fēng)險。隨著遠(yuǎn)程控制管理工作的不斷深入，某流域集控中心遠(yuǎn)程控制的9座水電站共計32臺機(jī)組，線路出線共計33條，涵蓋500kV、220kV、110kV三個電壓等級，涉及總調(diào)、中調(diào)、地調(diào)三級調(diào)度機(jī)構(gòu)，在風(fēng)險管控工作中涉及多主體問題。從已有的工作歷程中可以看出，在原有的風(fēng)險管理流程中，存在公司、集控中心、電站職責(zé)不明確、流程不清晰、重點不突出等問題[2]。

3 流域梯級水電站負(fù)荷調(diào)控模式現(xiàn)狀

在新的運行模式下，水域集控中心制定了一系列措施來保證遠(yuǎn)程控制工作的穩(wěn)定開展，取得不錯的成果，但在傳統(tǒng)模式向遠(yuǎn)程集控模式過渡中，仍存在一些問題，不安全操作事件偶有發(fā)生。

一是在遠(yuǎn)程集控實施初期，安全管理機(jī)制、管理體系不夠健全，制度的具體細(xì)節(jié)方面不夠完善，個別措施實用性有待提高。

二是遠(yuǎn)控人員來自梯級不同電站，對各個電站間存在的差異掌握有限；加上長時間遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，對現(xiàn)場設(shè)備的更新不了解；另外，由于運行工種的特殊性，在來回倒班過程中，休息時間錯亂，從而影響人的精神狀態(tài)，易造成運行人員的安全意識不強(qiáng)，主動學(xué)習(xí)熱忱降低，人員素質(zhì)提升的速度滿足不了新管理模式發(fā)展的需要。

三是各個電站的監(jiān)控系統(tǒng)按照現(xiàn)場需求設(shè)計，對遠(yuǎn)程控制不夠?qū)嵱?，各廠監(jiān)控流程和畫面存在差異，監(jiān)控自動化水平不夠高，防誤功能不全，沒有很好地起到安全防線作用。

四是運行人員除負(fù)責(zé)操作外，還要負(fù)責(zé)調(diào)度聯(lián)系、監(jiān)視巡視工作，造成注意力分散；另外，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰與低谷切換時段以及發(fā)生電網(wǎng)事故時，操作比較集中，多臺機(jī)組操作同時進(jìn)行，操作人員容易忙中出錯。

基于上述，為避免不安全操作事件發(fā)生，保障設(shè)備和電網(wǎng)安全，需要采取更有效的措施，進(jìn)一步深化遠(yuǎn)程操作安全管理。

4 加強(qiáng)流域梯級水電站負(fù)荷智能調(diào)控模式必要性

面對新時代安全生產(chǎn)形勢，在黨的十九大報告中指出：要樹立安全發(fā)展理念，弘揚(yáng)生命至上、安全第一的思想。另外，2017年國家能源局南方監(jiān)管局對南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠“兩個細(xì)則”再次修編，細(xì)則內(nèi)容得到完善和改進(jìn)，對并網(wǎng)發(fā)電廠的操作安全管理、調(diào)度運行等方面加強(qiáng)了考核力度。

在新的運行模式下，流域集控中心制定了一系列措施來保證遠(yuǎn)程控制工作的穩(wěn)定開展，取得不錯的成果，但在傳統(tǒng)模式向遠(yuǎn)程集控模式過渡中，仍存在一些問題，不安全操作事件偶有發(fā)生。一是在遠(yuǎn)程集控實施初期，安全管理機(jī)制、管理體系不夠健全，制度的具體細(xì)節(jié)方面不夠完善，個別措施實用性有待提高。二是遠(yuǎn)控人員來自梯級不同電站，對各個電站間存在的差異掌握有限；加上長時間遠(yuǎn)離生產(chǎn)現(xiàn)場，對現(xiàn)場設(shè)備的更新不了解；另外，由于運行工種的特殊性，在來回倒班過程中，休息時間錯亂，從而影響人的精神狀態(tài)，易造成運行人員的安全意識不強(qiáng)，主動學(xué)習(xí)熱忱降低，人員素質(zhì)提升的速度滿足不了新管理模式發(fā)展的需要。三是各個電站的監(jiān)控系統(tǒng)按照現(xiàn)場需求設(shè)計，對遠(yuǎn)程控制不夠?qū)嵱?，各廠監(jiān)控流程和畫面存在差異，監(jiān)控自動化水平不夠高，防誤功能不全，沒有很好地起到安全防線作用。四是運行人員除負(fù)責(zé)操作外，還要負(fù)責(zé)調(diào)度聯(lián)系、監(jiān)視巡視工作，造成注意力分散；另外，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰與低谷切換時段以及發(fā)生電網(wǎng)事故時，操作比較集中，多臺機(jī)組操作同時進(jìn)行，操作人員容易忙中出錯[4]。

基于上述，為避免不安全操作事件發(fā)生，保障設(shè)備和電網(wǎng)安全，需要采取更有效的措施，進(jìn)一步深化遠(yuǎn)程操作安全管理[3]。

5 流域梯級水電站負(fù)荷智能調(diào)控模式應(yīng)用分析

5.1 單站AGC負(fù)荷計劃曲線自動跟蹤

流域內(nèi)一些單體電站地理位置孤立，輸電線路結(jié)構(gòu)特殊。它們對機(jī)組運行特性、水庫調(diào)節(jié)性能和電網(wǎng)調(diào)節(jié)有特殊要求。同時，它們不能與流域內(nèi)的其他電站緊密相連。目前該類電站只能采用單站AGC調(diào)度方式，但可以通過提高調(diào)節(jié)精度和減少人工調(diào)節(jié)頻率來優(yōu)化負(fù)荷調(diào)節(jié)方式。

水電站要結(jié)合電網(wǎng)調(diào)度要求，適時調(diào)整電站發(fā)電計劃，一般電站發(fā)電計劃符合波動較大，因此對值班人員工作頻率及難度較大，同時受限于人工調(diào)整精度印尼關(guān)系，發(fā)電計劃考核也將增加。

集控側(cè)設(shè)置負(fù)荷計劃曲線自動跟蹤功能。當(dāng)電站AGC投入集控閉環(huán)控制時，集控自動投入有功負(fù)荷自動調(diào)節(jié)功能。根據(jù)電站的負(fù)荷調(diào)整率，計算每次負(fù)荷調(diào)整的開始時間，并將相應(yīng)時間點的有功負(fù)荷值自動送至電站AGC，實現(xiàn)負(fù)荷的自動調(diào)整。通過負(fù)荷計劃曲線的自動跟蹤功能，可以根據(jù)電網(wǎng)有功負(fù)荷的復(fù)雜調(diào)節(jié)規(guī)律，準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換日前發(fā)電計劃，動態(tài)調(diào)整機(jī)組啟動組合和負(fù)荷調(diào)節(jié)，實現(xiàn)日前發(fā)電計劃的自動執(zhí)行。在滿足電網(wǎng)對負(fù)荷調(diào)節(jié)高精度、高頻率要求的前提下，大大降低了集控人員的操作頻率，有效提高了負(fù)荷調(diào)節(jié)的智能化水平[4]。

5.2 區(qū)域電站EDC負(fù)荷集中控制

流域內(nèi)有一類電站群，與水力、電力聯(lián)系密切，具有地理位置相近、輸電線路相同的特點。對于這類電站群，可以將其劃分為一個區(qū)域，電網(wǎng)調(diào)度中心將該區(qū)域內(nèi)的電站作為一個整體進(jìn)行調(diào)度，集控中心通過區(qū)域EDC實現(xiàn)區(qū)域電站間負(fù)荷的整體優(yōu)化分配[5]。EDC作為電網(wǎng)調(diào)度與電站AGC之間的運行控制層，根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度控制中心下達(dá)的區(qū)域電站總負(fù)荷和負(fù)荷分配策略，自動計算出各電站的負(fù)荷分配值，并同步發(fā)送給各電站AGC，然后AGC分配給機(jī)組。EDC負(fù)荷分配策略綜合考慮了水位、流量、棄水、機(jī)組性能和經(jīng)濟(jì)運行的約束?？梢蚤_發(fā)多種安全經(jīng)濟(jì)的調(diào)度分配模型，并根據(jù)實際調(diào)度需要選擇或匹配相應(yīng)的模型。

5.3 增強(qiáng)運行人員學(xué)習(xí)積極性

編寫“遠(yuǎn)程集控、少人維護(hù)”管理模式的運行專業(yè)人力資源提升實施方案。根據(jù)方案要求：一是開展調(diào)度規(guī)程、安全規(guī)程、現(xiàn)場運行規(guī)程、操作流程培訓(xùn)，并進(jìn)行事故演練，每月組織一次考試；二是要求遠(yuǎn)控運行人員每人每年結(jié)合工作要求寫一篇運行專項分析；三輪流派1至2人到電站進(jìn)行為期一個月的現(xiàn)場學(xué)習(xí)，并對電站設(shè)備和特殊運行要求寫一篇總結(jié)，最后在部門開展學(xué)習(xí)討論；四是要求每個值在第一個白班下班后到部門辦公室進(jìn)行現(xiàn)場考問，值長根據(jù)工作實際出題，由部門管理人員抽題考問講解，并適當(dāng)拓寬題目進(jìn)行討論。

5.4 大渡河流域負(fù)荷智能調(diào)控模式應(yīng)用

在國內(nèi)，大渡河流域是非常重要的一個水電基地，其所擁有的大規(guī)模水電站群是四川電力網(wǎng)絡(luò)主力調(diào)峰調(diào)頻的重要場所。當(dāng)前，該流域梯級水電站負(fù)載分置方式主要有2種，其一是處在相同輸出線路上的枕頭壩、深溪溝、瀑布溝三個水電站，已利用地區(qū)電站EDC軟件，達(dá)成三個水電站負(fù)載總量的站間即時智能配置。其二除了這三個水電站之外的集中控制電站，依托AGC負(fù)載計劃曲線智能化追蹤軟件，依據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的發(fā)電規(guī)劃，在固定時間固定地點智能化調(diào)節(jié)每個水電站的負(fù)載數(shù)值[6]。

6 結(jié)語

綜上所述，本文首先研究了流域梯級水電站負(fù)荷實時調(diào)控模式的現(xiàn)狀，從流域區(qū)域集中調(diào)控方面著手，提出了單站AGC負(fù)荷計劃曲線自動跟蹤和區(qū)域電站EDC負(fù)荷集中控制兩種智能調(diào)控模式。實現(xiàn)了電站間實時智能負(fù)荷分配，開創(chuàng)了我國大型流域梯級電站實時動態(tài)負(fù)荷控制的新模式。為流域梯級水電站群負(fù)荷實時調(diào)度智能化、智慧化發(fā)展提供思路和渠道。