不同容量水电机组AGC策略研究

王明军，刘德龙，吴昊潼，王丹阳

（1.北京中水科水电科技开发有限公司，北京100038；2.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222；3.中国水利水电出版社，北京100038）

水电厂在电网调峰、调频中担任非常重要的角色，自动发电控制作为水电厂并网发电必备功能之一发展越来越成熟，但水电机组容量不同，振动区差异很大，在电网中扮演的角色、承担的任务也有所不同。尤其是三峡、溪洛渡、向家坝、瀑布沟等一些特大型水电站建成，AGC设计思路与普通电站发生了较大变化，AGC分配策略也有较大改变。

1 特大型水电机组

三峡、溪洛渡、向家坝、瀑布沟电站是典型的特大型水电站，这些电站的平稳运行，极大关系到电网安全和稳定。目前，特大型水电站的AGC研究多注重于对机组的安全保护，以及如何避免负荷上下波动，而对如何通过优化负荷分配策略提高水电站发电效率的研究较少。考虑到特大型机组运行安全稳定对电网安全的重要性，特大型水电站一般不会非常频繁地执行调节指令，对负荷爬坡率和机组的调节精度的考核也相对宽松（瀑布沟电厂除外）。

1.1 三峡、溪洛渡、向家坝水电站分配策略

三峡水电站等大型水电机组往往只有一个振动区（以三峡、向家坝为例）。为了满足经济效益，大型水电机组往往功率可调范围较大，所以AGC在负荷调节过程中，不必过多关注跨越振动区，只要保证分配到机组的负荷不要落到振动区即可。具体分配策略如下：

（1）负荷调节在尽量少的机组上进行，按设定步长循环分配。增有功时，由实发有功最小的机组优先增加负荷，最大增加一个步长，超过步长部分负荷在其他机组（依照从小到大顺序）进行分配。采用相同逻辑直到负荷分配完毕，分配过程中保证机组不跨越振动区。减负荷时，分配策略类似。这就保证了小负荷变动调节时，减少了参与负荷调节的机组数量，也减少了多台机组参与调节造成的累计调节偏差，提高调节精度，较好地跟踪有功设定值。

（2）正常运行时各机组轮流调节，尽量保证各台机组之间负荷相差不大。考虑到各机组负荷的平均性，可设置机组调节次序。

（3）合理跨越振动区。当机组运行在振动区域上限以上时，如果AGC计算负荷分配结果处于振动区，则将负荷分配至振动区上沿；反之，机组运行在振动区域下限以下时，如果AGC计算负荷分配结果处于振动区，则将负荷分配至振动区下沿。剩余负荷由其他机组负责调节，保证机组不运行在振动区内[1]。

1.2 瀑布沟水电站分配策略

瀑布沟水电站虽然属于特大型水电站，但在四川电网中担负调频、调峰、安全防控等任务。四川省电力调度中心对频率要求较高，瀑布沟电站接受的AGC调节指令非常频繁，而频繁的负荷调节对机组损伤很大。为了保护机组，瀑布沟电站AGC要进一步优化负荷分配策略，让尽量少的机组参与全厂负荷分配，进一步减少全厂机组调节次数。除此之外，省调对电站AGC调节精度和负荷调节速度的考核也很严格。具体分配策略如下：

（1）设置机组调节优先级及调节步长。瀑布沟6台机组来自不同的生产厂家，其负荷调节响应速率、机组运行工况、振动区大小均存在个体差异。为此，针对不同机组设置机组调节优先级和调节步长，各机组调节步长应大于振动区宽度，避免负荷分配至振动区内。当负荷调节量大于单机步长时，由多台机组参与分配。首先，由优先级最高的机组调节一个步长的负荷，剩余负荷由其他机组按优先级由高至低进行调节。当必须跨越振动区时，采用单机跨越，其他机组作为辅助。

（2）设置全厂有功调节死区。当给定的调节量或全厂ACE（全厂有功实发值与给定值得偏差）超过了该值时，AGC重新分配负荷。结合调度考核精度，合理设置死区值，全厂有功调节死区越小，控制精度越高，但机组调节越频繁。

（3）增加单机负荷补偿功能。当需要单机负荷补偿时，投入该功能，机组切为单机状态（可手动调节）。AGC将监视该单机机组PLC命令区中的负荷设定值变化，若有变化，则说明手动负荷指令已下达到该机组。此时，AGC将该机组负荷变化量反向调节给其他AGC成组机组。这种方式使AGC成组机组的反向调节可以与单机的负荷变化同时进行，进一步改善了AGC调节精度[2]，以满足省调要求。

1.3 小结

特大型机组AGC调节策略注重负荷调节的平稳性，所以采用了单步调节、机组轮流调整的控制方式，并尽可能的减少调节机组台数，以减少产生的负荷波动和机组跨越振动区的次数。瀑布沟电厂进一步优化了AGC分配策略，保证调节过程中，ACE在省调要求的范围中。

2 普通水电机组

中小型水电站往往在电网中承担着调峰调频职能，对负荷调节的响应速度和精度要求非常高。中小型水电机组往往有1～2个中间振动区，负荷调节时要充考虑到机组不能频繁跨越振动区，以减少机组磨损。

2.1 常规分配方式

对于一般的水电站，采用最多的负荷分配方式是等容量分配。公式如下：

式中，Pt表示全厂负荷给定值，Mt是：

等容量分配的初次分配结果极有可能在机组振动区内。因此，为了确保机组安全运行，防止机组频繁调节，要采用多种优化策略对初始分配结果进行修正[3]。修正策略如下：

（1）同一台机组不能连续跨越振动区。跨越振动区对机组的损害较大，如必须跨越，应让尽量少的机组跨越振动区，同一台机组一次调节不能连跨两个振动区，且同一台机组不连续跨越振动区。

（2）当实发总有功大于全厂给定值时，机组应尽量向下跨越振动区，避免机组反方向调节，造成其他机组调节幅度过大；反之，机组尽量向上跨越振动区。

2.2 经济运行方式

随着AGC负荷分配策略越来越成熟，不少水电厂开始探索AGC经济运行方式。水电厂经济运行方式是指在给定电厂有功总出力时，通过优化负荷分配使电厂消耗的水量最少。同时，还要满足机组不能在振动区运行等安全运行条件。可建立如下数学模型：

约束条件；

在式（3）～ 式（6）中，N为机组总台数，Q（iH，P）i为在水头H下，第i台机组出力为Pi时的用水流量。Pma（xH）和Pmi（nH）是指水头为H时，机组的最大出力和最小出力。有功出力区间[Pvmin,j（H），Pvmax,j（H）]为当水头为H时，机组的第j个振动区。3个约束条件中，式（4）为全厂有功给定值与实发有功值平衡约束，式（5）为机组的最小、最大负荷限制约束，式（6）为机组躲避振动区约束。

2.3 小结

中小型水电站AGC对响应速度和调节精度要求较高，电厂各机组的容量又往往有所不同，等容量分配是比较行之有效的分配方式。为了同时保证水电厂负荷分配的经济性和机组运行的安全性，可采用多种策略进行修正。

3 结束语

负荷分配是AGC最重要的一部分，制定AGC策略时要根据电厂机组具体情况编写相应算法，同时要兼顾电厂设备安全和运行效率，避免机组频繁跨越振动区对机组产生损害。文中对不同容量机组水电厂AGC控制策略进行了分析和阐述，对其他水电厂机组的功能设计具有一定的借鉴意义。