（映秀灣水力發(fā)電總廠，四川 都江堰 6118300）

田灣河自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）

唐 娟

（映秀灣水力發(fā)電總廠，四川 都江堰 6118300）

由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助人工調(diào)節(jié)頻率（即自動(dòng)發(fā)電控制：AGC），保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已成為現(xiàn)代大電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。本文以田灣河水電站AGC為例，主要對(duì)AGC的發(fā)展、概念、原理、控制方式及過(guò)程做了簡(jiǎn)要介紹。

頻率負(fù)荷；自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）；經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（EDC）；偏差

引言

眾所周知，電網(wǎng)頻率是電能質(zhì)量三大指標(biāo)之一，電網(wǎng)的頻率反映了發(fā)電有功功率和負(fù)荷之間的平衡關(guān)系，是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要控制參數(shù)，與廣大用戶的電力設(shè)備以及發(fā)供電設(shè)備本身的安全和效率有著密切的關(guān)系。而頻率偏差反映了發(fā)電與負(fù)荷間的不平衡，特別是頻率偏高，反映發(fā)電量超出了用電的需求量，造成了用戶電費(fèi)的額外支出，以及能源的浪費(fèi)。為了滿足發(fā)電廠設(shè)備、用戶設(shè)備和電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要，必須根據(jù)各電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出頻率指標(biāo)和控制要求。近年來(lái)，隨著電力技術(shù)地不斷發(fā)展，大容量裝機(jī)電站如雨后春筍般涌現(xiàn)，電網(wǎng)的規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)系統(tǒng)頻率要求也越來(lái)越高，而傳統(tǒng)的依靠調(diào)度員指令或指定的調(diào)頻廠的調(diào)節(jié)來(lái)保持頻率的質(zhì)量已不能滿足要求。針對(duì)此問(wèn)題，早在1957年，我國(guó)電力系統(tǒng)已開(kāi)始對(duì)頻率和有功功率的自動(dòng)控制工作，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輔助人工調(diào)節(jié)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行已成為現(xiàn)代大電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）正是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要手段。田灣河作為單機(jī)達(dá)120MW的大中型水電站，于2009年11月20日正式投入全廠AGC，本文主要對(duì)田灣河AGC作簡(jiǎn)介。

圖1

圖2

1 AGC的概念及原理

早期的電力系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）原先稱為“電力系統(tǒng)頻率與有功功率的自動(dòng)控制”。AGC：自動(dòng)發(fā)電控制（Automatic Generation Control，簡(jiǎn)稱AGC）是指按預(yù)定條件和要求，以迅速、經(jīng)濟(jì)的方式自動(dòng)控制電廠有功功率來(lái)滿足系統(tǒng)需要的技術(shù)，它是在發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)全電廠自動(dòng)化的一種方式。根據(jù)水庫(kù)上游來(lái)水量和電力系統(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(tái)數(shù)、運(yùn)行機(jī)組的組合和機(jī)組間的負(fù)荷分配。

AGC基本原理：自動(dòng)發(fā)電控制的基本原則是要求控制區(qū)域負(fù)責(zé)供應(yīng)本區(qū)域的負(fù)荷，并經(jīng)常假設(shè)整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)中每個(gè)控制區(qū)的頻率基本相等。當(dāng)某控制區(qū)域負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，起初的這個(gè)負(fù)荷變化是由各發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能來(lái)提供的，隨著動(dòng)能的消耗，整個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)地頻率開(kāi)始下降，系統(tǒng)中的所有發(fā)電機(jī)組都將響應(yīng)這個(gè)頻率的變化，增加出力并使頻率達(dá)到一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)，此時(shí)，AGC的職責(zé)是經(jīng)濟(jì)地調(diào)整發(fā)電，使負(fù)荷的變化由本控制區(qū)域的電廠來(lái)供應(yīng)，并使頻率回升到它原來(lái)的整定值。

2 AGC的控制方式及實(shí)現(xiàn)

當(dāng)田灣河的AGC控制投閉環(huán)時(shí)，田灣河機(jī)組負(fù)荷給定方式有兩種：（1）曲線（即按省調(diào)預(yù)先下達(dá)的每日96點(diǎn)計(jì)劃負(fù)荷曲線調(diào)整全站出力）；（2）定值方式（按省調(diào)給定某一負(fù)荷運(yùn)行），一般情況下，AGC投定值方式。而負(fù)荷遠(yuǎn)方給定又分省調(diào)和集控中心，正常情況下，應(yīng)根據(jù)調(diào)度命令選用負(fù)荷遠(yuǎn)方給定方式。當(dāng)負(fù)荷給定投省調(diào)側(cè)時(shí)，省調(diào)根據(jù)系統(tǒng)頻率的變化以及網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷潮流在其主站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的人機(jī)界面下達(dá)田灣河全廠總有功命令，通過(guò)電廠與省調(diào)通訊網(wǎng)絡(luò)101或104兩互為備用的通道傳至我廠通訊工作站，在由其向廠站側(cè)AGC發(fā)布控制指令到機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，直接作用于全廠機(jī)組調(diào)速器，最終執(zhí)行新的給定負(fù)荷，當(dāng)機(jī)組出力進(jìn)行調(diào)整后，AGC將反饋執(zhí)行指令情況，由通訊工作站采集該信息通過(guò)通訊網(wǎng)絡(luò)反饋到省調(diào)主站，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制（如圖1所示）；當(dāng)負(fù)荷給定投集控方式時(shí)，電廠接到調(diào)度電話下達(dá)的負(fù)荷指令后，根據(jù)調(diào)度要求的爬坡率設(shè)置全廠有功負(fù)荷給定，電廠AGC接到負(fù)荷調(diào)整指令后，通過(guò)AGC的基值跟蹤模塊確定給定負(fù)荷基值功率，由AGC的控制模塊發(fā)令到機(jī)組監(jiān)控進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整并在AGC機(jī)組調(diào)節(jié)模塊工作下按程序預(yù)先設(shè)置的算法所得值按值分配到各臺(tái)機(jī)組后，由PLC控制模塊計(jì)算出期望值與出力的偏差并將偏差返回控制模塊，重復(fù)以上過(guò)程直至實(shí)發(fā)負(fù)荷與給定負(fù)荷差值小于等于AGC調(diào)節(jié)死區(qū)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電（如圖2所示）。

3 特殊情況下電廠AGC的運(yùn)行方式

綜合上述對(duì)AGC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制的原理不難看出，當(dāng)有功功率測(cè)點(diǎn)品質(zhì)壞、機(jī)組LCU通訊故障、機(jī)組LCU在現(xiàn)地控制或調(diào)試態(tài)、調(diào)速器電調(diào)手動(dòng)或故障、機(jī)組有功不可調(diào)等異常情況時(shí)，應(yīng)退出機(jī)組AGC運(yùn)行。

4 電廠EDC簡(jiǎn)介

以上僅對(duì)AGC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電功能做了初步的介紹，電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)為了整個(gè)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行而下達(dá)給電廠的總負(fù)荷是必須執(zhí)行的，這只是實(shí)現(xiàn)了AGC的一些控制目標(biāo)，AGC的另一重要目標(biāo)：在安全的前提下，使發(fā)電成本最小，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度也同樣值得關(guān)注。正如上面講述的AGC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電的過(guò)程所提到的，AGC接到負(fù)荷調(diào)整命令后會(huì)在其機(jī)組調(diào)節(jié)模塊工作下按預(yù)先設(shè)置的算法所得值分配到各臺(tái)機(jī)組，各臺(tái)機(jī)組在總負(fù)荷不變的情況下如何分配最合理？遵循哪些原則？這將是經(jīng)濟(jì)調(diào)度EDC必須考慮和解決的問(wèn)題。

所謂經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（Economic Dispatch Control，簡(jiǎn)稱EDC）是在滿足給定的負(fù)荷水平條件下來(lái)確定最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電調(diào)度。

4.1 電廠EDC方案及建模

田灣河電站“一庫(kù)三級(jí)”開(kāi)發(fā)。整個(gè)梯級(jí)水電站按“無(wú)人值班”原則設(shè)計(jì)，各電站均采用計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，由梯級(jí)集控中心統(tǒng)一控制。梯級(jí)從上至下依次由仁宗海、金窩和大發(fā)三級(jí)水電站組成。每站均有兩臺(tái)單機(jī)120MW的沖擊式立軸水輪機(jī)組。首級(jí)電站仁宗海有一具有年調(diào)節(jié)能力的調(diào)節(jié)庫(kù)容為0.91億m3的水庫(kù)，在同一河流上，處于下一級(jí)電站的來(lái)水量不僅取決于河流的徑流來(lái)水，還取決于上一級(jí)電站的放水情況。針對(duì)此現(xiàn)狀，在AGC運(yùn)行模式下，如何實(shí)現(xiàn)綜合準(zhǔn)確地計(jì)算出各梯級(jí)電站的出力和泄水量，做到最經(jīng)濟(jì)地利用水資源，多發(fā)電，便是EDC要解決的問(wèn)題。

田灣河三級(jí)電站的EDC，是指在滿足調(diào)度給定總負(fù)荷條件下，盡量少用水庫(kù)中的蓄水，盡最大可能利用區(qū)間來(lái)水，盡可能不棄水，達(dá)到經(jīng)濟(jì)的把調(diào)度總負(fù)荷分配到各個(gè)電站的目的。它根據(jù)各站之間的區(qū)間來(lái)水量，水庫(kù)下游各站的調(diào)節(jié)池水位，考慮電廠的運(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，保證用水量最少來(lái)確定各級(jí)電站的負(fù)荷分配。在滿足電力系統(tǒng)要求電量的前提下，同站兩臺(tái)機(jī)組平均分配負(fù)荷，站間在非首級(jí)電站庫(kù)水位未達(dá)到正常水位時(shí)盡量少發(fā)電，但要保證下游最小流量，使其庫(kù)水位迅速上升到正常水位；到達(dá)正常水位后，即按入流量等于出流量方式運(yùn)行以維持庫(kù)水位處于正常范圍。此時(shí)，實(shí)現(xiàn)的是流量調(diào)節(jié)加水位調(diào)節(jié)，即上游來(lái)水作為流量調(diào)節(jié)的設(shè)定值，控制電站的發(fā)電流量；當(dāng)上游水位偏差超過(guò)允許值，就進(jìn)行水位調(diào)節(jié)的原則，針對(duì)田灣河梯級(jí)水電站分布、庫(kù)容、裝機(jī)容量等特點(diǎn)，確定了電廠EDC方案并建立了數(shù)學(xué)模型，通過(guò)調(diào)試正常后已投運(yùn)，目前在全國(guó)尚屬首例。

4.2 電廠EDC投入后所遇問(wèn)題及解決方案

田灣河電站AGC、EDC投運(yùn)以來(lái)至今，期間遇到了不少問(wèn)題。諸如：當(dāng)控制方式為集控時(shí)總廠負(fù)荷調(diào)節(jié)爬坡率、當(dāng)出現(xiàn)某級(jí)電站溢流時(shí)軟件不能正常運(yùn)行，已通過(guò)設(shè)置最大調(diào)節(jié)步長(zhǎng)和優(yōu)化軟件功能得以解決。經(jīng)過(guò)運(yùn)行觀察，總的來(lái)說(shuō)能滿足經(jīng)濟(jì)調(diào)度基本要求。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著現(xiàn)代科技不斷邁進(jìn)，順應(yīng)電力行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，越來(lái)越多的發(fā)電廠已能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)電控制，給無(wú)人值班，少人值守提供了優(yōu)越的技術(shù)平臺(tái)，從而大大減小了人為誤差，節(jié)省了人力資源。為電力系統(tǒng)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。同時(shí)，我們也應(yīng)該看到其薄弱環(huán)節(jié)，比如：由于條件限制不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)停機(jī)、自動(dòng)化程度仍然不能完全達(dá)到人為控制水平等問(wèn)題仍需我們?nèi)で蠼鉀Q方法，已達(dá)到全智能控制的目標(biāo)。

[1]汪德星，楊立兵.自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）技術(shù)在華東電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].華東電力，2005（01）.

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