梯級集控模式下AGC功能完善及試驗分析

曾體健(貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司 水電站遠程集控中心，貴州 貴陽 550002)

梯級集控模式下AGC功能完善及試驗分析

曾體健(貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司 水電站遠程集控中心，貴州 貴陽 550002)

為配合烏江梯級水電站的聯(lián)合運行和優(yōu)化調度，建立了梯級自動發(fā)電控制(AGC)系統(tǒng)。從安全性、準確性和一致性方面，詳細介紹了烏江梯級水電站群AGC的功能優(yōu)化完善和約束條件，分析了梯級AGC單站閉環(huán)試驗方法，在廠控、集控和調度3種模式下檢測AGC系統(tǒng)的性能，并對試驗結果和運行效果作出了評價。

梯級水電站自動化; 監(jiān)控系統(tǒng);AGC系統(tǒng);自動發(fā)電系統(tǒng);試驗分析

貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司(以下簡稱“烏江公司”)開發(fā)的9座電站已于2013 年6 月全部建成投產(chǎn)，該公司水電總裝機容量達866.5萬kW。經(jīng)過多年的探索與實踐，2005 年5 月，該公司成立了水電站遠程集控中心(以下簡稱“集控中心”)。2007年，該中心正式納入電力調度體系，2014年已實現(xiàn)對其中的8座水電站進行遠程控制。

自動發(fā)電控制(AGC)是梯級水電廠聯(lián)合運行和優(yōu)化調度的重要工具。AGC在大量應用于電網(wǎng)調度自動化后，經(jīng)過不斷完善和發(fā)展，現(xiàn)已廣泛應用于電廠負荷分配與經(jīng)濟運行[1]、流域梯級電站遠程調度中。梯級AGC是流域梯級集控中心計算機監(jiān)控系統(tǒng)的高級應用功能，是與電網(wǎng)調度的主要接口。電網(wǎng)負荷平衡、電廠機組振動區(qū)、電廠機組最大出力限制、水量平衡、電網(wǎng)接入點等因素均是AGC的重點。烏江公司在協(xié)調優(yōu)化控制策略研究的基礎上，建設了與貴州電網(wǎng)公司電力調度通訊中心 (以下簡稱“貴州中調”)聯(lián)網(wǎng)在線運行的梯級AGC系統(tǒng)，促進了電網(wǎng)AGC與梯級AGC之間的統(tǒng)籌優(yōu)化。

1 AGC運行概況

烏江梯級水庫上下游之間存在密切的水文聯(lián)系，不同調節(jié)性能的水庫間水量平衡關系十分復雜。各電站分布在貴州電網(wǎng)的不同區(qū)域，經(jīng)不同的接入點并入電網(wǎng)，電網(wǎng)安全約束條件十分嚴格，對梯級水電站群的AGC運行提出了更高的要求。

烏江公司通過兩個階段完成梯級AGC的理論算法及其工程實現(xiàn)： ①采用梯級AGC與電網(wǎng)AGC聯(lián)網(wǎng)運行的模式，貴州中調將烏江梯級水電站的總負荷下發(fā)到集控中心，通過梯級AGC系統(tǒng)實現(xiàn)電網(wǎng)安全約束自動校核后，實現(xiàn)開環(huán)運行，完成優(yōu)化分配演算并模擬執(zhí)行;② 經(jīng)過觀察論證后，在流域各電站完成梯級AGC的工程實現(xiàn)[2,3]。

通常，電廠AGC僅考慮電廠與中調之間負荷調整與分配的問題。在增加梯級AGC調節(jié)模式后，需在集控中心搭建專門的梯級AGC通道，完成接受中調梯級AGC總負荷指令。經(jīng)優(yōu)化分配后，對流域各電站下發(fā)指令。在工程實施過程中，梯級AGC功能可能涉及諸多異常情況，例如電廠同時接收中調和集控兩方負荷指令、遙調指令落在電廠振動區(qū)范圍內、遙調指令超過電廠最大出力等。為保證梯級AGC正式投運時功能運行正常，需在工程實施階段對電站側和集控側AGC功能進行完善，優(yōu)化約束條件。

2 AGC功能完善

由于梯級AGC負荷指令需要從中調下發(fā)，所以在中調側新增1套AGC系統(tǒng)，即在原有AGC系統(tǒng)上裝設1套梯級AGC專線系統(tǒng)。兩套系統(tǒng)相互獨立，當電廠AGC運行在中調模式時，由原系統(tǒng)下發(fā)指令；當電廠AGC運行在集控模式時，由新系統(tǒng)下發(fā)指令，并相互閉鎖指令信號。為使系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，烏江公司從安全性、準確性、一致性3個方面進行了研究。

2.1 增加集控模式后的功能閉鎖及實現(xiàn)

針對控制權閉鎖問題，要求在任一模式下只接受特定對象單一的有功調節(jié)命令。在中調模式時，只接受中調負荷指令；在集控模式時，只接受集控負荷指令。

在電廠AGC程序中，增加AGC控制權閉鎖功能。將AGC負荷給定設為“調度”時，AGC只按中調下發(fā)的負荷進行調節(jié)控制，不受集控、廠端負荷給定的影響；將AGC負荷給定設為“集控”時，AGC只按集控下發(fā)的負荷進行調節(jié)控制，不受調度、廠端負荷給定的影響；將AGC負荷給定設為“電廠”時，AGC只按廠端負荷給定進行調節(jié)控制，不受調度、集控負荷給定的影響。

在集控AGC程序中，增加AGC控制權閉鎖功能，將AGC負荷給定設為“調度”或“電廠”時，集控不再對電廠下發(fā)指令。只有電廠AGC控制權在集控側且AGC負荷給定設為“集控”時，集控才能下發(fā)負荷指令信號。這樣在集控與電廠兩側都加入閉鎖功能，保證了負荷指令下達的安全性。

2.2 AGC約束條件完善

為避免在電廠側出現(xiàn)遙調指令落入振動區(qū)、超出調節(jié)范圍的情況，需要優(yōu)化電廠和集控采集、上送的振動區(qū)和調節(jié)范圍，以保證采集數(shù)據(jù)的一致性。

在電廠側、集控側計算機監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行修改，將AGC負荷給定設為“集控”時，電廠上送中調的振動區(qū)上下限、運行上下限強制為“總有功實發(fā)值”，電廠上送集控的振動區(qū)上下限、運行上下限為AGC計算值，集控上送中調的以上信號則不作處理；將AGC負荷給定設為“電廠”或“中調”時，電廠上送中調和集控的振動區(qū)上下限、運行上下限均為AGC計算值，集控上送中調的電廠振動區(qū)上下限、運行上下限強制為“總有功實發(fā)值”。

在不同模式下，對振動區(qū)、調節(jié)范圍信號進行強制，更有利于中調側兩套系統(tǒng)的計算，例如在“中調”模式下，原系統(tǒng)正常采集數(shù)據(jù)，計算后正常下發(fā)負荷調節(jié)指令，但新系統(tǒng)采集的振動區(qū)和調節(jié)范圍均為電廠實發(fā)值，調節(jié)空間為零，即不會使新系統(tǒng)誤發(fā)指令。

2.3 數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化

在電廠及集控側分別優(yōu)化上送中調的數(shù)據(jù)，以提高梯級AGC系統(tǒng)的準確性。

在電廠側進行修改、將AGC負荷給定設為“集控”時，電廠上送中調的全廠AGC功能和各機組AGC功能強制為“退出”，電廠上送集控、集控上送中調的全廠AGC功能和各機組AGC功能不作處理；將AGC負荷給定設為“中調”或“電廠”時，電廠上送中調和集控的AGC功能和各機組AGC功能均不作處理，集控上送中調的電廠AGC功能和各機組AGC功能強制為“退出”。

在不同模式下，對全廠、機組AGC信號進行強制，更有利于中調側兩套系統(tǒng)的安全，例如在“中調”模式下，原系統(tǒng)正常監(jiān)視電廠AGC的實時狀態(tài)，但新系統(tǒng)采集的AGC狀態(tài)均為“退出”狀態(tài)，不會使運行人員產(chǎn)生歧義，新系統(tǒng)也不再參與運算，即不會在新系統(tǒng)誤發(fā)指令。同時，為了完成梯級AGC功能，在電廠、集控、中調之間完善了測點信號，包括在電廠與集控間增加1個遙控點用作“負荷給定模式”在集控、調度、電廠之間切換。增加1個模擬量用作“負荷給定模式”在集控、調度、電廠之間的狀態(tài)返回。增加遙調點，作為全廠有功功率目標值；增加遙測點，作為電廠全廠遙調指令返回值等。

3 聯(lián)合試驗結果及分析

梯級AGC的單站閉環(huán)控制功能實施，需要電廠監(jiān)控系統(tǒng)AGC增加集控模式后，進行三方聯(lián)合測試，測試廠控、集控和調度3種模式下電廠監(jiān)控系統(tǒng)AGC指令的分配功能，驗證各種模式下的指令閉鎖功能。

試驗主要工作內容包括電廠AGC增加集控模式和切換安全閉鎖功能測試。電廠與集控上行測點核對和下行指令核對，以及防誤安全閉鎖測試。在不同模式下，檢查并測試全廠/機組AGC系統(tǒng)在各種運行方式下的安全性和可靠性。

3.1 單站廠內試驗

廠內實驗項目主要包括AGC功能完善、功能測試、閉鎖功能檢查、安全校核功能測試、振動區(qū)及調節(jié)范圍測試，以及開環(huán)狀態(tài)下AGC廠內實驗。廠內實驗的主要目的是檢查AGC功能修改后的正確性,檢驗新增AGC功能在開環(huán)狀態(tài)下是否完善。在實驗過程中，需保證AGC功能在開環(huán)狀態(tài)，通過在電廠監(jiān)控機房用工程師站模擬主機，強制相關測點信號狀態(tài)的方法進行。

3.2 電廠與集控兩方聯(lián)調試驗

集控與電廠兩方聯(lián)調實驗主要包括集控側AGC功能完善、AGC接口測試、閉鎖功能檢查、安全校核功能測試、振動區(qū)及調節(jié)范圍測試，以及開環(huán)、閉環(huán)狀態(tài)下兩方聯(lián)調實驗。兩方聯(lián)調實驗的主要目的是檢查AGC功能修改后,電廠監(jiān)控系統(tǒng)與集控監(jiān)控系統(tǒng)之間與AGC功能有關的各遙測、遙信數(shù)據(jù)和遙調指令是否準確，極限容量、運行上下限、響應速率和調節(jié)增量設定是否正確。

在實驗過程的第一階段，需保證AGC功能在開環(huán)狀態(tài)，在集控監(jiān)控機房用工程師站模擬主機搭建實驗用AGC調試系統(tǒng)，通過人工設定負荷調節(jié)值，檢查電廠接收的負荷指令以及負荷分配情況。在第二階段,使AGC在閉環(huán)狀態(tài)，通過與中調聯(lián)系負荷調節(jié)范圍，手動設定集控AGC調節(jié)范圍值，主要觀察電廠機組負荷分配，調節(jié)響應時間，機組跨越振動區(qū)運行工況，以及對指令落入AGC調節(jié)死區(qū)的閉鎖情況。

3.3 電廠、集控、中調三方聯(lián)調試驗

三方聯(lián)調實驗項目主要包括AGC接口測試、閉鎖功能檢查、安全校核功能測試、振動區(qū)及調節(jié)范圍測試，以及閉環(huán)狀態(tài)下三方聯(lián)調實驗。檢測電廠、集控與中調之間和AGC功能有關的各遙測、遙信數(shù)據(jù)和遙調指令是否準確，運行上下限、響應速率和調節(jié)增量設定是否正確。對于安全功能,由現(xiàn)場實驗人員模擬異常信號，集控和中調核查AGC功能運行狀態(tài)。同時在AGC正式投運前，對AGC功能進行連續(xù)長時間觀察，測試中調通過梯級AGC連續(xù)控制電廠的調節(jié)響應及控制性能情況，保證AGC功能正常運行。

經(jīng)過實驗論證及長時間運行觀察，梯級AGC調節(jié)速率滿足電網(wǎng)要求。在實驗過程中,檢查各項閉鎖功能，使安全功能符合實際運行需要，保證了梯級AGC功能的正常穩(wěn)定運行。

4 運行效果及展望

烏江梯級AGC建設的最終目的是在原有“電網(wǎng)直接控制電廠”模式的基礎上，改變?yōu)椤半娋W(wǎng)控集控、集控控電廠”的高效互動、互信依存新模式，電網(wǎng)向梯級AGC下達總負荷，由梯級AGC經(jīng)過優(yōu)化計算、通過安全約束自動校核后控制電站AGC調整負荷。梯級AGC的實現(xiàn)，減少了人工協(xié)調的主觀性，能夠科學客觀、及時準確地實現(xiàn)優(yōu)化調度意圖。同時,結合流域水調情況,提升集控自主優(yōu)化調度空間，有效解決了水調與電調的協(xié)調配合問題。

烏江公司集控中心促進了梯級水電廠調度模式新突破，加強了集控與調度機構的技術與管理合作，建立了貴州中調、集控中心、電廠3方科學高效的新機制，形成了水調與電調一體化運轉。建立集控中心與貴州中調實時雙向交互機制和信息共享模式，可有效提升烏江流域梯級調度的管理水平和經(jīng)濟效益。

[1] 張勇傳.水電站經(jīng)濟運行原理[M].北京：中國水利水電出版社,1998.

[2] 吳正義.清江梯級水電廠AGC的工程實現(xiàn)[J]. 水電自動化與大壩監(jiān)測,2002, 26(2):5-8.

[3] 譚華.三峽梯級調度自動化系統(tǒng)AGC的功能設計與實現(xiàn)[J].水電站機電技術,2009,32(3):59-62.

(編輯：唐湘茜)

2015-04-09

曾體健，男，貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司集控中心，助理工程師.

1006-0081(2015)04-0064-03

TV734.4

A