水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)分析

朱長云

水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)分析

朱長云

（信陽市鲇魚山水庫管理局綜合經(jīng)營管理站 河南省信陽市商城縣 465350）

保障電網(wǎng)穩(wěn)定并安全運(yùn)行的重要措施就是水電站自動(dòng)發(fā)電控制，所以要結(jié)合實(shí)際水電站發(fā)電情況，采取有效的水電站發(fā)電控制措施，以便實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化水電站的發(fā)電，促進(jìn)我國電力系統(tǒng)以及水電站的可持續(xù)健康發(fā)展。本文主要介紹水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的基本功能與任務(wù)，并探討水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的控制措施、實(shí)現(xiàn)條件以及基本結(jié)構(gòu)。

水電站；自動(dòng)發(fā)電；控制系統(tǒng)

1 水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的基本概述分析

水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)主要是按照預(yù)定的要求與條件，采用自動(dòng)、經(jīng)濟(jì)并快速的方法來對水電站有功功率進(jìn)行控制，以便滿足電力系統(tǒng)的基本運(yùn)行需求。

水電站自動(dòng)發(fā)電控制功能主要是根據(jù)全站系統(tǒng)目標(biāo)值或者總有功給定值來計(jì)算分配全站的有功功率，在分配時(shí)主要根據(jù)耗水量微倍率來進(jìn)行，當(dāng)水電站機(jī)組存在相同的倍增率時(shí)，可以按照機(jī)組容量來進(jìn)行有功功率的分配。為了保證可以合理的分配機(jī)組負(fù)荷，還需要結(jié)合運(yùn)行限制條件來檢驗(yàn)機(jī)組負(fù)荷分配值的合理性。而實(shí)際運(yùn)行限制條件就是機(jī)組在震動(dòng)區(qū)或者汽蝕等不可運(yùn)行區(qū)域下機(jī)組水頭下的出力限值。在保證電力系統(tǒng)以及水電站運(yùn)行安全的條件下，水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的運(yùn)行還要結(jié)合經(jīng)濟(jì)性原則，以便確定運(yùn)行機(jī)組、運(yùn)行臺(tái)數(shù)的優(yōu)化組合，確保機(jī)組在運(yùn)行過程中可以合理的安排啟用、停止工程，從而對全站系統(tǒng)頻率變化以及有功功率作出及時(shí)并準(zhǔn)確的反應(yīng)，滿足電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本要求。

2 水電站自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)應(yīng)用的基本條件

2.1 科學(xué)制定水電站生產(chǎn)技術(shù)

水電站不像火力發(fā)電站一樣只需要儲(chǔ)備足量的煤炭資源即可滿足電力生產(chǎn)需求的功率負(fù)荷，水電站的負(fù)荷功率相關(guān)于水力資源的充足性與否。也就是水電站自動(dòng)發(fā)電控制功率負(fù)荷并不是一成不變的恒定值，而是基于實(shí)際情況呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性。若是可以分析每年水電站的電力生產(chǎn)功率負(fù)荷大小，還可以實(shí)現(xiàn)合理調(diào)頻的目標(biāo)，一次調(diào)頻有時(shí)并不能滿足水電站的電力生產(chǎn)需求，因此可能需要多次進(jìn)行調(diào)頻處理。

2.2 儲(chǔ)備足夠備用容量

電力生產(chǎn)需要大量備用功率，倘若水電站備用功率不足的話還會(huì)導(dǎo)致電力生產(chǎn)效率比較低。一些小型或中型水電站若是沒有足夠的備用容量時(shí)會(huì)導(dǎo)致電力無法生產(chǎn)，因此出現(xiàn)供電緊張現(xiàn)象，在調(diào)節(jié)時(shí)還需要拉閘限電來完成。水電站發(fā)電控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是要儲(chǔ)備足夠的備用容量并合理規(guī)劃電力生產(chǎn)需求。

2.3 水電站自動(dòng)化發(fā)電控制的條件

目前水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)將電力生產(chǎn)調(diào)頻作為控制方式，以便達(dá)到最優(yōu)電力的生產(chǎn)數(shù)量。水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)可以對每臺(tái)發(fā)電機(jī)的功率進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，將調(diào)節(jié)后的分量輸送到水電站控制器當(dāng)中，就可以實(shí)現(xiàn)有效功率的自動(dòng)控制。水電站機(jī)組還可以將自動(dòng)控制的結(jié)果傳送到水電站調(diào)節(jié)機(jī)組，以便將頻率的偏差及時(shí)糾正與調(diào)節(jié)，并結(jié)果反復(fù)多次的甜品作業(yè)來實(shí)現(xiàn)電力最優(yōu)生產(chǎn)的目標(biāo)。

3 水電站自動(dòng)發(fā)電控制的結(jié)構(gòu)分析

水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括機(jī)組控制、區(qū)域調(diào)節(jié)控制以及計(jì)劃跟蹤等。水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的計(jì)劃跟蹤就是依照水電站的預(yù)定計(jì)劃，來科學(xué)提供自動(dòng)發(fā)電所需要的功率。水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)密切相關(guān)于水電站的負(fù)荷預(yù)測、非發(fā)電計(jì)劃、機(jī)組經(jīng)濟(jì)組合、交換功率等。而系統(tǒng)區(qū)域調(diào)節(jié)控制就是依照區(qū)域的控制偏差來及時(shí)做好校正工作，以便將區(qū)域控制偏差準(zhǔn)確消除掉。一般控制回路調(diào)節(jié)機(jī)組是水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)應(yīng)用最廣泛的機(jī)組，幾乎不存在調(diào)節(jié)的頻率偏差。通過一臺(tái)控制器就可以同時(shí)控制水電站多臺(tái)機(jī)組，系統(tǒng)將信號傳輸?shù)娇刂破鳟?dāng)中，然后控制器將信號載分配傳輸?shù)礁鱾€(gè)機(jī)組當(dāng)中。

電網(wǎng)決策控制層與發(fā)電組指令執(zhí)行層構(gòu)成了水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)，執(zhí)行層可以依照電網(wǎng)實(shí)際電力需求來調(diào)節(jié)機(jī)組的控制回路，并將電力系統(tǒng)控制命令及時(shí)下達(dá)到各機(jī)組。而控制層一般在大電網(wǎng)或省調(diào)度中心運(yùn)行，結(jié)合終端單元RTU、終端通道以及SCADA軟件來實(shí)時(shí)采集例如頻率、機(jī)組頻率、時(shí)差、頻差、下限功率等測量數(shù)據(jù)，以便及時(shí)將水電站控制命令發(fā)送出去。

4 水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)的實(shí)施措施

4.1 控制功率

水電站自動(dòng)發(fā)電控制從本質(zhì)上來看就是調(diào)節(jié)與分配有功功率問題。所以水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)最根本也是最重要的功能就是要實(shí)現(xiàn)功率的自動(dòng)控制。結(jié)合電網(wǎng)與水電站的運(yùn)行控制要求可以將功率控制劃分為3種運(yùn)行方式，分別為瞬時(shí)電網(wǎng)負(fù)荷給定值、日負(fù)荷給定曲線以及水電站負(fù)荷給定值，這3種功率控制的運(yùn)行方式有著相同的運(yùn)行原理，關(guān)鍵的區(qū)別就是水電站給定有功設(shè)定值的方式不同，所以可以結(jié)合水電站具體設(shè)計(jì)運(yùn)行與生產(chǎn)的情況來采取合適的功率控制方式。

4.2 控制調(diào)頻

電力系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分就是水電站，水電站主要是按照電網(wǎng)運(yùn)行的具體情況來進(jìn)行調(diào)頻任務(wù)的執(zhí)行。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行處于非調(diào)頻模式下的情況下，若是電網(wǎng)的頻率瞬時(shí)偏差或頻率偏差積分超過設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，可以結(jié)合自動(dòng)控制技術(shù)來將水電站更換到自動(dòng)調(diào)頻控制模式。若是水電站本身就位于調(diào)頻模式下，水電站自動(dòng)發(fā)電控制機(jī)組負(fù)荷與當(dāng)前水頭的下負(fù)荷與上負(fù)荷限制一致并滿足，那么就可以使水電站維持在下負(fù)荷與上負(fù)荷限制的運(yùn)行狀態(tài)下，這也是我國水電站控制調(diào)頻措施應(yīng)用的主要依據(jù)。

若是電力系統(tǒng)中的水電站屬于獨(dú)立調(diào)頻站時(shí)，那么可以由水電站來對電網(wǎng)區(qū)域的控制誤差進(jìn)行計(jì)算，而此時(shí)水電站可以采用恒定頻率控制方法來對頻率進(jìn)行調(diào)整與控制。

4.3 合理并經(jīng)濟(jì)的分配機(jī)組間功率

水電站機(jī)組功率的經(jīng)濟(jì)分配主要是按照操作員或者電力調(diào)度中心設(shè)定的總功率、水電站備用容量、電力設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況要求進(jìn)行，將水電站機(jī)組間的最優(yōu)機(jī)組組合以及經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配計(jì)劃自動(dòng)計(jì)算出來，還要充分并全面的考慮各臺(tái)機(jī)組與水電站附屬設(shè)備的安全條件，在滿足水電站給定總功率以及各種限制條件的情況下，實(shí)現(xiàn)水電站發(fā)電耗水量的盡可能減少，同時(shí)還要繞開水電站的震動(dòng)區(qū)，避免水電站頻繁的調(diào)整啟停機(jī)組設(shè)備以及運(yùn)行功率，確保水電站自動(dòng)發(fā)電控制下系統(tǒng)的穩(wěn)定與正常運(yùn)行。

4.4 發(fā)電時(shí)按照給定水頭進(jìn)行

根據(jù)給定的水頭來進(jìn)行水電站的發(fā)電實(shí)際上就是按照電力系統(tǒng)、灌溉以及航運(yùn)等方面的實(shí)際要求，來對水電站進(jìn)行合適水頭值的設(shè)定。將水電站的水頭調(diào)節(jié)處理好，在水頭值原有設(shè)定狀態(tài)下正常運(yùn)行，以便提高水電站自動(dòng)發(fā)電的效率與質(zhì)量，縮減水電站自動(dòng)發(fā)電運(yùn)行的費(fèi)用與成本，提高水電站運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)利益與效益。

水電站主要由工作人員手動(dòng)輸入給定的水頭值，當(dāng)實(shí)際水電站水位在給定水頭值設(shè)定的允許誤差范圍內(nèi)情況下，水電站各機(jī)組的運(yùn)行在一定時(shí)間段內(nèi)可以處于恒定負(fù)荷狀態(tài)。當(dāng)實(shí)際水電站水位超過給定水頭值設(shè)定的允許誤差范圍時(shí)，需要結(jié)合給定水位值的設(shè)定程序來將水電站機(jī)組處理進(jìn)行調(diào)整，以便將水電站的入庫流量與出庫流量保持在平衡狀態(tài)下，維持水電站各機(jī)組運(yùn)行的平整與穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)束語

總而言之，如今我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展速度不斷加快，因而社會(huì)各行各業(yè)對電力的需求不斷上升，這在某種程度上促進(jìn)了我國水電站的發(fā)展，也推動(dòng)了自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)在水電站中的應(yīng)用。水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)具有較高的應(yīng)用價(jià)值與優(yōu)勢，而結(jié)合水力來進(jìn)行電力系統(tǒng)的發(fā)電不僅可以縮減發(fā)電成本，還不會(huì)排放污染物，具有較高的綠化環(huán)保效果。另外水資源屬于可再生資源，因此水電站的自動(dòng)發(fā)電控制具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率，在一定程度上促進(jìn)了我國社會(huì)主義的建設(shè)與發(fā)展，因此研究水電站自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)與技術(shù)具有重要作用與意義。

[1]單東霞.自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)在小型水電站的應(yīng)用研究[J].湘潭大學(xué)，2012，01（12）：20～21.

[2]凌勝軍，馮廷琳，郭大安.水電站油壓裝置控制系統(tǒng)故障分析與處理[J].電氣自動(dòng)化，2012，06（9）：22～25.

[3]馬 波.淺析水電站自動(dòng)發(fā)電控制技術(shù)[J].科學(xué)導(dǎo)報(bào)，2014，01（7）：12～13.

TV736

A

1004-7344（2016）33-0169-02

2016-10-22

朱長云（1979-），女，助理工程師，主要從事水利發(fā)電方面管理工作。