水電廠機組AGC運行影響分析及控制策略

鄭錫恩　武廣輝　寇吉田

摘 要：近年來中國經濟保持了快速發(fā)展，社會工業(yè)生產與人們生活模式的變化都導致用電量不斷增加，這既給我國電力行業(yè)發(fā)展帶來了嚴峻挑戰(zhàn)，同時也給電力行業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了寶貴機遇。水電廠建設既能夠有效利用水力資源進行發(fā)電，同時也能夠通過其它水工等設施的建設為農業(yè)生產及水利工程提供重要幫助，因此水電廠也是實現資源合理利用及可持續(xù)發(fā)展的重要電力設施。

關鍵詞：水電廠；AGC運行；影響；控制

中圖分類號：TV737 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）15-0125-02

Abstract： In recent years， China's economy has maintained a rapid development， and the changes in social industrial production and people's life mode have led to a continuous increase in electricity consumption， which has brought severe challenges to the development of China's electric power industry. At the same time， it also creates golden opportunities for the development of the electric power industry. Hydropower plant construction can not only effectively utilize hydraulic resources to generate electricity， but also provide important help for agricultural production and water conservancy projects through the construction of other hydraulic facilities. Therefore， hydropower plants are also important power facilities to realize rational utilization of resources and sustainable development.

Keywords： hydropower plant； AGC operation； influence； control

引言

水電廠運行優(yōu)化對于減少人員工作負擔、提升運行整體性、減少事故發(fā)生率、增加運行效率及經濟性都具有非常重要的意義，自動發(fā)電AGC系統的投入將有助于水電運行的進一步優(yōu)化，這也是實現水電廠運行與水電網絡協調性和可控性的最重要手段。

1 AGC系統簡析

AGC系統是Automatic Generation Control的簡稱，即自動發(fā)電控制技術，它主要是根據設定的負荷曲線及其它自動控制系統共同實現機組運行的自動控制，有效減少了人為操作。AGC的投入是依據用戶用電需求的變化而展開，它能夠更加精準地控制水電機組的發(fā)電情況，同時也能夠有效控制不同機組的同步運行。隨著水電機組規(guī)模的不斷擴大和機組數量的不斷增多，以及用戶對于用電需求的變化，AGC控制已經成為水電網絡運行控制必不可少的基本設備。在現代社會中，能源供應的方式更加多樣化，煤電、水電、風電、核電、光電等等電能都能夠為用戶提供能源供應，而用戶的用電情況也在變化，例如在工作時間的用電需求較大，而在休息時間和夜晚則會迅速降低，這時就要通過調整機組運行來實現負荷加減，這既能夠避免能源浪費，又能夠較少電網負擔。AGC系統的投入能夠實現快速的機組控制，它既能夠實現某臺機組的精準可控制，更能夠通過多臺機組的協調控制實現符合變化，例如筆者工作的兩江水電站共有3臺20MW機組，利用AGC控制即可同時調整三臺機組的運行情況，快速調整總體負荷供應。AGC自動控制可以實現整個水電站機組的實時控制與分級控制，通過水電設備運行狀態(tài)的調整最終實現負荷的調整與變化。AGC系統能否實現精確和高速控制是衡量AGC系統有效性的最重要衡量標準，如果整個控制過程出現各個設備之間配合不當則很容易導致機組的運行穩(wěn)定性與安全性受到影響，同時AGC調整的過于頻繁或速度過快也可能導致水電機組設備出現磨損老化，影響到設備的使用壽命，帶來比較嚴重的經濟損失。因此水電廠要對AGC運行影響及控制策略展開深入探究，尋找最優(yōu)化的控制策略。

2 水電機組AGC運行影響分析

水電廠機組投入AGC運行能夠實現機組負荷控制及整體協調性的全面提升，有效提升電廠運行的經濟型。但是AGC的投入也可能會對整個機組的運行產生很多影響，最終導致設備運行出現問題，影響到整個機組運行的穩(wěn)定。因此我們要圍繞水電機組投入AGC后可能產生的運行影響展開全面分析，為AGC控制策略的調整提供借鑒與參考。

（1）AGC調整過快帶來的影響。AGC快速調整是很多水電廠都在進行機組調整嘗試，根據理論研究可以發(fā)現，AGC調整速度的提升將會更好地實現機組電量控制，在最短時間內將機組的運行狀態(tài)調整至目標值，能夠避免能源浪費，實現機組輸出控制的最優(yōu)化。而在實際運行過程中我們發(fā)現，AGC調整速度的加快就要求其靈敏度必須保持在較高狀態(tài)，調速器需要在短時間內迅速完成大量調度工作，而調速器在快速工作中很容易產生機械磨損，調速器的使用壽命及整體穩(wěn)定性都可能會受到影響，后期出現風險的幾率也大大增加。而設備機械磨損也會導致導水器械的間隙逐漸增大，當間隙增大后，漏水現象將會出現且逐漸加劇，在經過一段時間的運行后，整個密封圈甚至會因為磨損過大而損壞，機組的整體運行效率也因此而受到影響。水電機組的額定負荷是其設計時所決定的最有負荷，在這個負荷下機組的總體運行效率及設備情況都處于最佳狀態(tài)，而如果機組長期處于較低負荷狀態(tài)時，整個機組設備的效率也會出現下降，這不但會導致機組運行經濟性下降，同時也會使得所有設備都無法處于最優(yōu)的工作狀態(tài)，而且廠用電率也會快速上升，這些問題都嚴重影響到整個機組的正常工作及工作可靠性。

（2）AGC頻繁調整帶來的影響。近年來我國電力設施建設速度不斷加快，各種發(fā)電機組大量上馬，這也使得局部區(qū)域出現了電力過剩的現象，為了適應不同機組的供電需求和社會用電需求，很多水電廠會頻繁進行AGC調節(jié)，這也導致機械設備經常處于工作狀態(tài)變化之中，機組的故障率增加。水電機組處于工作狀態(tài)時，因為外部水文情況的變化，它的工作壓力也處于頻繁變化之中，整個機組的導水機構及相關設備都在通過往復運動完成運行，而當AGC發(fā)出調整指令后，相關設備的運動頻率和運動狀態(tài)都會迅速發(fā)生變化，這時就會因為設備間及水流的作用而出現更加明顯的機械磨損。例如本廠機組曾經出現水導軸承磨損現象，進而導致機組振動大，影響機組的正常運行。而長期較為頻繁的調整也可能會導致導葉筒體的L型法蘭出現損壞現象，特別是法蘭圈位置的胎體很薄，它在長期的工作扭動過程中會因為出現整體形變甚至破損，影響到設備的工作效率。另外AGC頻繁調整也會導致機組壓油裝配的工作量快速上升，AGC的調整要求導水設備處于更加頻繁的變化與調整之中，這也會導致油量的消耗量增加，油泵工作量和工作壓力大大增加，嚴重影響到油泵的正常工作壽命，油泵的頻繁啟停導致油泵工作的間歇時間減少，進一步加劇了磨損。另外AGC控制和調整水輪機進行調整變化時，葉片在不同工作狀態(tài)下所承受的應力也有所差異，在AGC工作狀態(tài)，這種應力的變化也十分明顯，長時間的金屬應力作用下會導致葉片的可靠性及壽命受到顯著影響，可能會到機組運行穩(wěn)定性產生影響。

（3）AGC調節(jié)幅度過大帶來的影響。AGC對于水電機組負荷變化幅度調整過大也會導致機組出現隱患。例如水電機組未處于滿負荷運行狀態(tài)時，機械尾部就會出現旋渦，而旋渦快速增大則會導致裝置在沖擊下出現機組振動過大。另外滿負荷下的水力壓頭與其它負荷也存在較為明顯的差異性，當AGC快速調整機組負荷時，水力壓頭也會快速增加或減少，進而對機組產生非常明顯的影響。AGC對于負荷狀態(tài)進行調整時的最直接影響因素是裝置的機械葉片，葉片的開關狀態(tài)在短時間內迅速發(fā)生變化，在這個過程中會大大增加葉片破損或脫落的風險。

3 AGC控制優(yōu)化策略分析

當前電網在負荷調度方面已經實現了完全市場化運行，水電機組的機組負荷相對較小，負荷變化與調整能力較強，在新的市場形勢下，水電機組應該充分揮發(fā)自身優(yōu)勢，有效滿足用戶用電需求變化和電網負荷調整要求。AGC控制有助于降低電廠的運行成本，確保機組的經濟性。針對AGC控制中可能存在的問題，我們要采取有效措施進行優(yōu)化調整，避免運行過程中出現問題和隱患。

（1）根據負荷對設備進行調節(jié)及再分配。傳統的AGC控制是通過電網的AGC控制室對各個機組的裝置進行控制，而采用現代化智能AGC控制則可以進一步細化整個調整過程，機組設備可以將各種訊息自動反饋給只能控制中心，整個控制過程將得到進一步細化，智能AGC控制可以根據系統反饋信號對某一個控制點展開更有針對性的控制，根據負荷變化的需要來改變控制點運行狀態(tài)，特別要對峰值變化保持重視。另外水電廠要根據自身情況安排一臺備用機組，以便能夠適應AGC控制變化帶來的運行狀況變化。

（2）及時替換或更新老舊設備。AGC控制過程中，機組的各項配套設備將會處于處于頻繁啟停及運行狀態(tài)變化之中，這也會加大設備的工作壓力，降低設備運行穩(wěn)定性。因此水電機組要根據機組的實際運行情況及時更換老舊設備，特別是一些無法適應AGC控制的精度較差設備。例如本廠機組整體壽命已經超過二十年，其中很多設備已經經過多次更新，但是在全新的AGC控制需求之下仍然無法有效滿足使用需要。例如發(fā)電機的閥門在AGC調整下就會非常頻繁的投入或切出，閥門的精確性無法得到有效保證，使用壽命也在持續(xù)下降。因此我們要根據機組原設計需求及AGC調整需要對設備進行更新與調整，更換為現代化設備，這也有效的提升了整個水電機組的工作效率。

（3）改善并加強受力部件。隨著社會用電需求的變化，水電機組的負荷調整頻率也在不斷加大，設備在調整過程中的過快和過頻繁現象時有發(fā)生，針對這種情況我們一方面要合理控制AGC系統，確保負荷變化速度能夠控制在機組設計條件之內，盡量減少AGC調整對機組穩(wěn)定性的影響。另一方面，AGC調整會導致機組的工作機械因為水流和外力作用而承受較大的工作壓力，負荷變化過程中出現的磨損幾率大大增加，因此我們可以及時對整個設備的關鍵部位進行材料更換，例如工作密封、空氣圍帶和軸套等部件，有效改善和加強受力部件，避免設備在工作過程中出現破損。

4 結束語

在電力行業(yè)高速發(fā)展和變革的背景下，水電廠的運行同樣也要進行優(yōu)化調整，全面提高水電廠的經濟效益與生態(tài)效益，實現水電資源的合理分配與利用。AGC運行能夠有效優(yōu)化水電廠的運行狀態(tài)，根據社會用電負荷的變化及電網調度要求及時增減負荷，實現電廠運行效益的最大化和資源利用的合理化。

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