金沙江流域溪洛渡-向家坝电站梯级AGC功能设计与实施

谭华

金沙江流域溪洛渡-向家坝电站梯级AGC功能设计与实施

谭华

（三峡梯调通信中心成都调控中心，四川 成都 610041）

主要介绍了金沙江巨型梯级水电站群梯级AGC功能的整体设计与实现。重点关注介绍了梯级AGC一体化设计的技术路线，结合梯级电站“调控一体化”运行管理模式的新要求、新责任，从分阶段优化、完善站间及厂内经济运行的目标出发，逐步达到梯级集中控制系统自动发电功能的最优性。

梯级AGC；发电优化；远程控制；调控一体化

1　引言

金沙江下游河段水量大、落差集中，是金沙江流域乃至长江流域水能资源最丰富的河段，河段全长约783km，落差约729m，由上至下依次规划建设乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝4个梯级大型水利枢纽，4个梯级枢纽总装机容量约4000～4600万kW，年发电量约1960亿kW·h，是重要的电源基地。三峡梯调成都调控中心负责对金沙江下游的溪洛渡枢纽电站、向家坝枢纽电站和重庆河段电站进行远方集控和调度。金沙江流域溪洛渡－向家坝电站梯级AGC目前考虑溪洛渡和向家坝两个梯级水电站，并考虑未来重庆河段电站接入梯级集中控制的可靠、方便接入。

溪洛渡电站分为左岸和右岸两个地下电站，各装设9台770MW的水轮发电机组，分别以500kV出线接入不同的电力系统，即它们彼此在电气上将成为两个独立电站，分别参与不同电力系统的运行。其中左岸电站接入国家电网，主要向华东、华中地区及四川省送电，右岸电站接入南方电网，主要向广东和云南省送电。由于溪洛渡左、右岸电站分属不同的电网调度，电站的AGC按照左、右岸两个电站单独设计，其机组各自参与其所在电站的AGC。

向家坝水电站由左岸坝后电站和右岸地下电站组成，各装设4台单机容量888.9MW的混流式水轮发电机组。电站通过左、右岸各2回500kV交流出线至复龙换流站，向华东、华中等地区送电。电站AGC考虑左岸电站、右岸电站分开运行方式，以及左岸电站和右岸电站作为一个电厂运行的方式。

金沙江流域梯级AGC在实现梯级电站安全自动运行、负荷调节满足调度要求的基础上，追求实现整个流域梯级效益的最大化，安全、可靠地自动调节电站出力，实时保证电网的电能平衡。

2　功能设计

在总体设计上，梯级AGC包含了集控AGC、溪洛渡右岸电站AGC、溪洛渡左岸电站AGC、向家坝左岸电站AGC、向家坝右岸电站AGC、向家坝全厂AGC、远程操作各厂站AGC等多个功能模块。

金沙江流域梯级AGC功能主要有两大调节对象，①调节对象为电厂，将梯级总有功分配至各电厂或将各电厂总有功给定值转发给电厂，由电厂AGC执行分配；②调节对象为机组，将各电厂总有功给定值分配至机组，通过梯调与电厂监控系统数据通信，将分配值下发至机组LCU执行。后一部分只有在电厂AGC退出，梯级AGC直接分配至机组时才会启用。梯级AGC整体功能设计框图见图1。

2.1梯级AGC系统冗余设计

成都电调监控系统配置有两台应用服务器运行AGC程序，两台服务器硬件配置与运行软件完全相同，同时接受数据采集服务器发送的实时数据。AGC运行在两台应用程序服务器上，两台机互为热备，其中一台主控，一台备用，主控和备用两台机器数据同步，同时参与AGC计算，但只有主控机才将分配结果下发命令到LCU。当操作员将备用站切为主控，那么主控站就自动切为备用，则新的主控站（原备用站）才会向LCU下发命令。当两台机其中一台机发生故障（可能出现死机，网络中断，断电等）时，当备用站故障时，主控站不受影响；当主控站故障时，备用站自动切为主控。当两台机同时发生故障时，两台机不再对LCU发令，各机组保持原状态，AGC退出。当两台应用程序服务器主备切换时，全厂AGC功能退出。

2.2发电优化控制基本原则

（1）有功分配原则

1）机组不能运行在振动区；

2）不能频繁跨越振动区；

3）当给定总有功大于实发总有功时，机组尽可能不减负荷；当给定总有功小于实发总有功时，机组尽可能不增负荷；

4）机组不能频繁调节（小负荷变化由1或2台机移动）；

5）优化效率。

（2）为了避免机组磨损采用了以下原则

预定功率范围内仅改变1台机的设定值；

1）增加调整的时间间隔；

2）在预先定义的功率增量或减量（死区）范围内调整；

3）由这些调节引起的电站效率损失通常是忽略不计的。

（3）优化算法

1）修正等功率法；

2）动态规划法。

2.3梯级AGC运行模式

2.3.1梯级AGC控制模式

（1）控制单机模式

在此模式下，电厂AGC功能必须退出，梯级AGC把负荷直接分配给机组，机组加入联控及退出联控、机组有功优化值在梯级AGC画面里显示及操作。

（2）控制全厂模式

在此模式下，电厂AGC必须投入，梯级AGC只下发电厂的总有功值，电厂AGC把负荷分配给各个机组，电厂机组加入联控及退出联控、机组有功优化值在电厂AGC画面里显示及操作。

上述两种AGC控制模式，不能随意从一种模式切换到另一种模式，如需切换时要将梯级AGC退出。梯级AGC控制模式示意图如图2所示。

图1　梯级AGC功能框图

图2　梯级AGC控制模式示意图

2.3.2梯级AGC功能

AGC功能可执行“投入”/“退出”动作。当功能为“投入”时，AGC运行，当功能“退出”时，AGC不运行。当AGC退出时，机组联控状态自动切为“单控”方式，同时，AGC自动切为“开环”模式，调度模式自动切为“梯调”。

2.3.3梯级AGC开环/半开环/闭环功能

（1）开环模式

机组的设定值由软件计算但不能自动分配到机组，有功分配值可显示在操作员站的屏幕上，此模式下可手动设置或确认全厂有功设定值并自动分配到机组。

1）确认分配设定值；

2）确认开/停机。

（2）半开环模式

机组的设定值由AGC程序计算并直接自动分配到机组，不需要操作员确认。如果需要开/停机则显示开/停机请求且命令被送到机组前需要操作员确认。

1）自动分配设定值；

2）确认开/停机。

（3）闭环模式

机组的设定值由AGC程序计算并直接分配到机组，并自动执行开/停机而不需要操作员确认，每次开/停机只有1台。

1）自动分配设定值；

2）自动开/停机。

2.3.4机组加入/退出AGC

机组可以选择投入AGC，也可退出AGC。机组加入AGC，该机组将纳入AGC的联合控制。

2.3.5选择参考母线

AGC程序计算所需的电压或频率值以选择的参考母线值为准。同时，机组是否联控可调，也参考主母线的选择。

2.3.6AGC调度模式

梯级AGC总功能开关投入，调节模式为有功给定模式时，总有功给定有两个来源，即：国调/南网总调、梯调。

当梯级AGC所控电站控制权设置为“国调/南网总调”时，梯调仅接受国调/南网总调下发的全厂总有功给定值。

当梯级AGC所控电站控制权设置为“梯调”时，梯调下发全厂总有功给定值。

两种AGC控制权模式两两互斥，投入任一种模式，将自动退出另外一种模式。

2.3.7梯级AGC调节方式

梯级AGC调节方式包括有功给定、负荷曲线、频率补偿及全频率控制4种方式，运行操作员通过软开关进行方式的切换。

（1）有功功率给定方式

在有功功率给定方式下，当调节对象为“全厂”时，梯级AGC将全厂设定值经过安全校核后下发至电站AGC，由电站AGC分配至机组。当调节对象为“机组”时，梯级AGC将全厂设定值直接优化分配至机组。当所控电站AGC控制权设置为“国调/南网总调”时，梯级AGC接受国调/南网总调下发的给定值，并进行分配；当所控电站AGC控制权设置为“梯调”时,梯级AGC按梯调操作人员设定的给定值进行分配。

（2）负荷曲线方式

负荷曲线方式根据日负荷曲线调节各电站的有功，分今日负荷曲线和明日负荷曲线两种。在这种方式下，梯级AGC根据今日负荷曲线的当前时段值调节每个机组的有功。向家坝全厂及溪洛渡左岸电站负荷曲线为每隔15min一点，则1d96点；溪洛渡右岸电站负荷曲线为每隔5min一个点，则1d288点。每天23:59:55，程序自动将明日负荷曲线值拷贝给今日负荷曲线对应时段。AGC程序负荷分配时将每个时间段数据进行插值计算下发。

（3）调频方式

根据系统频率调节各电站的有功。

当实时频率与目标频率的偏差超过死区值时，AGC根据以下公式计算总有功，并分配给各机组：

P给定=P实发+Bf×（fa-fs）

其中：

P实发—电站的实发总有功（MW）

fs—目标频率（Hz）

fa—实时频率（Hz）

Bf—频率调差系数（MW/Hz）

频率调节共分3段，调频启动死区值由运行人员通过人机界面输入，一旦实时频率落入调频死区范围内，AGC将维持当前总有功，否则将根据上述公式计算总有功给定值，并对各机组进行调节，频率调差系数通过程序自适应自学习获得。

（4）频率补偿方式

根据频率限值调节各电站的有功。

在这种方式下，当系统频率偏差超过频率补偿死区时，即：“频率补偿”功能“投入”，当系统实时频率落入频率补偿区域时，AGC参与频率补偿，系统频率恢复正常后，AGC自动回到原运行方式。

根据以下公式计算总有功并分配给各机组：

P给定=P设定值+Bemg×（fa-fs）

其中：

P设定值—电站的原设定有功值（MW）

fs—目标频率（Hz）

fa—实时频率（Hz）

Bemg—频率补偿调差系数（MW/Hz）

频率补偿调差系数通过程序自适应自学习获得，Bemg×（fa-fs）绝对值不超过界面上设置的频率补偿功率变化幅度。

2.3.8电站切机模式

电站机组在切机模式下，机组有功下限及无功下限要求不同于其他非切机机组，需要单独设置，并在进行有功、无功分配时受该要求的限制。

2.3.9AGC操作权

设置了电站AGC操作权开关，用于管理厂站AGC的操作权限。当操作权在“厂站”时，电站AGC的所有操作由电厂管理；当操作权在“梯调”时，电站AGC的所有操作由成都调控中心远程管理，此时电厂将失去对厂站AGC的操作权。

2.4AGC主要安全策略

2.4.1机组有功运行最大、最小值限制

分配机组负荷必须小于当前水头下机组可发最大有功值，而且必须大于当前水头下机组可发最小有功值。

2.4.2有功设定值变化最大值限制

操作员可以在人机界面上设置有功设定值变化最大值，如果两次有功设定值变化过大，程序将恢复原有功设定值，并给出报警信息“有功设定值变化过大”，负荷曲线方式两个点之间变化不受该限值约束。

2.4.3有功给定值禁运区限制

操作员可以在人机界面上设置全厂有功设定值，如果设定值设置在全厂禁运区内，机组就无法完全分配负荷，导致负荷缺额。如果设定值设置在全厂禁运区内，程序将恢复原有功设定值，并给出报警信息“有功设定值在禁运区内”。

2.4.4通讯中断情况处理

当AGC的控制权切在梯调时，梯级电站同梯调所有通讯中断情况下，梯级/厂站AGC会在通讯中断5s后自动退出，保证全厂有功出力不会发生波动，同时发送通讯中断报警信息和全厂AGC功能退出报警信息。

当AGC的控制权切在国调/南网时，电站或梯调与国调/南网所有通讯中断情况下，梯级/厂站AGC会在通讯中断5s后自动退出，保证全厂有功出力不会发生波动，同时发送通讯中断报警信息和全厂AGC功能退出报警信息。

2.4.5负荷曲线值异常情况处理

负荷曲线方式下，如果当前时段负荷曲线值出现零值，全厂AGC将自动退出，并报警“曲线有功值过低退AGC！”。

负荷曲线方式下，如果电脑时钟1s时间突然变化超过10min以上，则认为时间发生突变，程序自动退出全厂AGC，并报警“主机时间突变！”。因为负荷曲线运行方式，AGC跟踪调度有功设定值完全依赖于时间，如果时间出现较大变化，有可能引起负荷大幅波动。

当电站当前时段的负荷曲线值与实发值偏差小于20MW时，电站调节方式可以顺利切换为负荷曲线方式，当偏差大于20MW时，AGC调节方式拒绝切换，并报警“偏差大于20MW切换失败！”。

2.5AGC与一次调频的关系

AGC功能不受一次调频的影响，当一次调频动作时，AGC调节优先,出力变化是二者叠加的效果。

2.6AGC水头处理方式

溪洛渡、向家坝水电站水头数据采集来源有：梯调通讯水头、电厂自采水头、手动设置水头。3个水头数据具有优先级高低之分，手动设置水头优先级最高，其次是梯调通讯水头、电厂自采水头。电站监控系统对水头数据均采取了相应的安全检查与闭锁措施，防止水头数据的不正常突变影响AGC的安全运行。

成都电调监控系统在下发水头数据前进行了安全滤波处理。成都梯级AGC采用的是向家坝及溪洛渡电站经过安全处理后返送给梯调的水头。

3　调试与运行

成都电调监控系统梯级AGC与溪洛渡、向家坝电站AGC从2012年至今已联合开展调试工作达20多次，其中包括单机联合调试、全厂联合调试以及成都远控厂站AGC调试等。

调试分开环与闭环两个阶段进行。在开环阶段，主要内容有：AGC软件安全测试、AGC硬件安全测试、AGC指令安全测试及异常情况处理功能测试、厂站AGC操作权切换及集控远方操作试验、AGC有功给定模式分配试验、AGC负荷曲线模式分配试验。在闭环阶段，主要内容有：单机AGC电厂闭环测试、单机AGC集控闭环测试、单机AGC调度闭环测试、AGC与一次调频联合测试、多机AGC联调电厂闭环测试、多机AGC联调调度闭环测试、多机AGC联调集控闭环测试、集控中心远程操作电站AGC闭环测试等。

经过多次调试结果验证，电厂AGC及成都调控梯级AGC的性能及调节指标完全满足上级调度的运行要求。表1为成都与向家坝AGC联合调试数据。

表1　成都梯级AGC对向家坝全厂有功给定调节闭环试验数据

梯级AGC分配100MW负荷，通过缺额平均分配原则，调节到位时间约为10～14s之间，而厂站AGC直接分配到机组平均调节时间为9～12s，均满足电网调度对负荷调节实时性的安全要求。

目前，溪洛渡右岸电站AGC已投入正式运行，溪洛渡左岸电站已完成厂内AGC以及与成都调控中心之间的AGC联合调试工作，于2015年7月投入试运行。

向家坝电站在完成左岸、右岸、全厂AGC厂内及与成都调控中心的联合调试后，在2015年3月已投入正式运行。

4　总结

成都电调监控系统梯级AGC以梯级枢纽的经济运行为目标，又与厂站AGC互为备用，共同保证厂内发电的安全运行，在运行需求与实际工作中逐渐凸显它的功能与运行条件，这将是一个长期、渐进的发展过程。所以，我们在实施过程中，在完善设计梯级AGC的同时，也稳妥地增加了在成都调控中心侧远程控制厂站AGC运行的特殊功能，作为“调控一体化”运行的一个保障手段。

下阶段，AGC的工作重点为南网总调AGC对溪洛渡右岸电站的联合调试，孤岛运行方式下右岸电站AGC与直流控制系统FLC功能的联合调试，这些工作将较大影响梯级AGC与厂站AGC的功能设计与参数设定。我们相信通过AGC调试、运行的不断检验、完善，金沙江梯级电站AGC的安全稳定将是“调控一体化”管理长期、优质运行的可靠保障。

TV736

B

1672-5387（2016）08-0010-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.08.003

2016-06-29

谭华（1969-），男，高级工程师，从事梯级水电站集控自动化系统的运行与管理工作。