遠(yuǎn)程集控模式下水電站功率調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)控制策略研究

王 義

（1.五凌電力有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

0 引言

五凌電力發(fā)電集控中心成立于2010年3月，接入公司在湘、黔兩省管轄的13座常規(guī)水電廠，控制機(jī)組56臺(tái)，受控容量469萬(wàn)kW，全部接入湖南電網(wǎng)?，F(xiàn)集控中心將13個(gè)水電廠劃分為“三掛白托”、“五凌”、“洪碗落近”、“東株馬”4個(gè)值班區(qū)域，實(shí)行“一人一席多廠”的區(qū)域值班模式。洪江電廠2012年接入五凌電力發(fā)電集控中心，目前受控于“洪碗落近”值班區(qū)域，洪江電廠地處湖南省懷化市洪江區(qū)上游4.5 km，裝設(shè)6臺(tái)45 MW燈泡貫流式機(jī)組，總裝機(jī)容量27萬(wàn)kW，年設(shè)計(jì)發(fā)電量10.54億kW·h，兩回220 kV出線接入湖南懷化黔城變電站。

1 背景

伴隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化，特高壓的高速發(fā)展，以及風(fēng)電、光伏等新能源裝機(jī)的不斷增大，系統(tǒng)負(fù)荷變化、不確定性越發(fā)增強(qiáng)，水電機(jī)組因啟停、負(fù)荷調(diào)節(jié)響應(yīng)快，往往是電力系統(tǒng)負(fù)荷控制、頻率調(diào)節(jié)的首選對(duì)象。洪江電廠電網(wǎng)位置地處湖南電網(wǎng)的湘西南斷面，是湖南省調(diào)的重要電源負(fù)荷調(diào)節(jié)點(diǎn)，電廠機(jī)組投產(chǎn)至今將近20年，因設(shè)備老化、設(shè)備特性等特點(diǎn)，一般情況下單機(jī)單次負(fù)荷調(diào)節(jié)控制在5 MW以內(nèi)，40 MW以上時(shí)先調(diào)至43 MW，再調(diào)至45 MW。6臺(tái)機(jī)運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷從最低至滿負(fù)荷值班人員最多時(shí)需手動(dòng)調(diào)整48次。正常值班時(shí)五凌集控“洪碗落近”區(qū)域值班員1人監(jiān)視控制洪江、碗米坡、落水洞、近尾洲4個(gè)電廠，洪江、碗米坡屬湖南省調(diào)調(diào)度，落水洞、近尾洲分別屬于湘西和衡陽(yáng)地調(diào)調(diào)度。碗米坡電廠正常情況下投入AGC功能，負(fù)荷自動(dòng)調(diào)節(jié)，落水洞和近尾洲屬地調(diào)調(diào)度，機(jī)組啟停和負(fù)荷調(diào)節(jié)次數(shù)相對(duì)較少，洪江電廠負(fù)荷手動(dòng)調(diào)節(jié)則較為頻繁。在“一人一席多廠”集控模式下，值班人員工作量相對(duì)較大，為提高運(yùn)行管控水平，提高運(yùn)行工作效率，減輕值班人員勞動(dòng)強(qiáng)度，結(jié)合實(shí)際控制需求，提出遠(yuǎn)程集控模式下水電站功率調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)控制策略，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有功自動(dòng)分配功能。

2 集控模式下功率調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)控制

2.1 有功分配策略

采用步長(zhǎng)修正等容量負(fù)荷分配策略。洪江電廠設(shè)計(jì)分配區(qū)域已去除振動(dòng)區(qū)，負(fù)荷分配遵從下述原則：

（1）增減機(jī)組有功基本原則。當(dāng)給定總有功大于實(shí)發(fā)總有功時(shí)，機(jī)組盡可能不減負(fù)荷；當(dāng)給定總有功小于實(shí)發(fā)總有功時(shí)，機(jī)組盡可能不增負(fù)荷。

（2）機(jī)組不能頻繁調(diào)節(jié)（小負(fù)荷變化由1或2臺(tái)機(jī)移動(dòng)）

其中：Ρ為電廠給定總出力；

Ρi為每臺(tái)機(jī)組分配有功；

factor[i]為洪江電廠各機(jī)組該系數(shù)設(shè)置為1；

factor總為成組機(jī)組發(fā)電態(tài)機(jī)組比例系數(shù)總和。（3）非成組機(jī)組有功變化分配超過(guò)5 MW，程序?qū)⒅匦掠?jì)算分配。為了防止機(jī)組頻繁調(diào)節(jié)，程序設(shè)定每臺(tái)機(jī)的步長(zhǎng)循環(huán)分配，全廠有功設(shè)定值增加時(shí)，機(jī)組實(shí)發(fā)有功最小的機(jī)組優(yōu)先增加負(fù)荷，全廠有功設(shè)定值減少時(shí)，機(jī)組實(shí)發(fā)有功占最大的機(jī)組優(yōu)先減負(fù)荷。譬如：增有功幅度在步長(zhǎng)范圍內(nèi)，那么就只增加該機(jī)組有功即可，如果超出步長(zhǎng)，再增下一個(gè)優(yōu)先級(jí)高的機(jī)組，直至分配至目標(biāo)負(fù)荷。分配過(guò)程中需考慮機(jī)組在該水頭下最大最小有功限制和振動(dòng)區(qū)限制。這樣負(fù)荷變幅不大時(shí)，只有一臺(tái)或兩臺(tái)機(jī)組采用調(diào)節(jié)，可以防止機(jī)組過(guò)于頻繁調(diào)節(jié)，同時(shí)也可減少多臺(tái)機(jī)組參與小負(fù)荷波動(dòng)造成累計(jì)負(fù)荷偏差，較好地跟蹤有功給定值。

2.2 安全策略

（1）當(dāng)線路總有功與機(jī)組總有功偏差超過(guò)20 MW且持續(xù)超5 s時(shí)，退出有功自動(dòng)分配功能。

（2）五凌集控與電廠通信中斷保護(hù)。當(dāng)五凌集控與洪江電廠所有IEC104鏈路均故障且持續(xù)60 s時(shí)，有功自動(dòng)分配功能自動(dòng)退出，并維持當(dāng)前負(fù)荷。

（3）非維護(hù)態(tài)機(jī)組有功通道質(zhì)量故障保護(hù)。當(dāng)某臺(tái)非維護(hù)態(tài)機(jī)組有功通道故障且持續(xù)5 s時(shí)，有功自動(dòng)分配功能自動(dòng)退出，并維持當(dāng)前負(fù)荷。

（4）有功設(shè)定越變幅保護(hù)。操作員設(shè)定值超過(guò)全廠調(diào)節(jié)上下限時(shí)，或操作員設(shè)定值與實(shí)發(fā)有功值差值大于預(yù)先設(shè)定的有功變幅60 MW時(shí)，有功自動(dòng)分配維持當(dāng)前指令不變，且報(bào)警提示運(yùn)行人員。

（5）有功自動(dòng)分配程序進(jìn)程重置保護(hù)。集控監(jiān)控系統(tǒng)廠內(nèi)通信機(jī)有功自動(dòng)分配主機(jī)進(jìn)程復(fù)位（重啟）：保持出力不變并退出有功自動(dòng)分配。

（6）開(kāi)關(guān)站離線保護(hù)。開(kāi)關(guān)站LCU離線，退出全廠有功自動(dòng)分配。開(kāi)關(guān)站線路設(shè)置維護(hù)態(tài)，操作員可通過(guò)退出超差功能，閉鎖線路與機(jī)組有功超差及開(kāi)關(guān)站離線退出有功自動(dòng)分配功能。

（7）全廠控制權(quán)保護(hù)。全廠控制權(quán)在廠控，退出全廠有功自動(dòng)分配。

（8）機(jī)組離線保護(hù)。每臺(tái)機(jī)組LCU設(shè)置“機(jī)組維護(hù)態(tài)”，當(dāng)該點(diǎn)為“投入”狀態(tài)時(shí)，該機(jī)組認(rèn)為是處于檢修狀態(tài)，有功作為0 MW處理；如果該點(diǎn)為“退出”時(shí)，當(dāng)機(jī)組LCU連接狀態(tài)為“離線”或“故障”時(shí)，將會(huì)退出全廠有功自動(dòng)分配功能。

（9）機(jī)組有功突變保護(hù)。程序以1 s為周期讀取機(jī)組有功值，如果兩次某臺(tái)機(jī)組有功值變化超過(guò)全廠有功最大變幅一半時(shí)，退出全廠有功自動(dòng)分配功能。

2.3 運(yùn)行方式

（1）五凌集控側(cè)洪江有功自動(dòng)分配程序運(yùn)行到兩臺(tái)廠內(nèi)通信機(jī)上，互為主備用，主控機(jī)計(jì)算并下發(fā)指令，備用機(jī)同步計(jì)算但不下發(fā)指令。五凌集控側(cè)洪江有功自動(dòng)分配程序讀取對(duì)應(yīng)有功給定值，并對(duì)指令有效性進(jìn)行校核，通過(guò)優(yōu)化計(jì)算，分配到電廠各機(jī)組，并通過(guò)集控與該電廠104通信程序下發(fā)到對(duì)應(yīng)機(jī)組LCU執(zhí)行。

（2）界面設(shè)置程序總功能投退、開(kāi)環(huán)/閉環(huán)功能、機(jī)組有功成組等開(kāi)關(guān)，進(jìn)行投退與控制。自動(dòng)分配功能一次分配各機(jī)組目標(biāo)值，機(jī)組下發(fā)有功時(shí)采用分步（40 MW以下步長(zhǎng)5 MW，40 MW以上3 MW）下發(fā)，每步時(shí)長(zhǎng)為10 s。有功自動(dòng)分配計(jì)算全廠總有功為處于發(fā)電態(tài)的機(jī)組有功之和。

（3）機(jī)組有功運(yùn)行上、下限值設(shè)置。根據(jù)電廠實(shí)際運(yùn)行需求，設(shè)置每臺(tái)機(jī)組的最小和最大有功值3號(hào)機(jī)組為15～45 MW，其余均為7～45 MW，機(jī)組最小和最大有功值跟水頭無(wú)關(guān)。

2.4 機(jī)組成組可調(diào)和功能策略投入條件

（1）有功自動(dòng)分配投入條件

1)有功自動(dòng)分配功能投入；2)開(kāi)關(guān)站LCU在線；3)至少有一臺(tái)機(jī)組成組可調(diào)。

（2）機(jī)組成組可調(diào)條件

1)機(jī)組成組；2)機(jī)組LCU在線；3)機(jī)組發(fā)電態(tài)；4)機(jī)組無(wú)停機(jī)令；5)機(jī)組LCU遠(yuǎn)方；6)機(jī)組控制權(quán)集控；7)機(jī)組非維護(hù)態(tài)。

3 實(shí)施與應(yīng)用效果

3.1 功能調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)控制實(shí)施

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)修改。在集控中心監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)XHJ_SYS.ANA、XHJ_SYS.SYS內(nèi)新增需要邏輯點(diǎn)，例如新增“有功自動(dòng)分配計(jì)劃線路總有功”，內(nèi)容如下：

ENTRY NAME = XLZYG_AUTO

LONGNAME = ‘有功自動(dòng)分配計(jì)算線路總有功’

D_BAND = 1

HDB_BAND = 2

ENG_CVT = 1

HI_RANGE = 180

LO_RANGE = -180

CMD_MSG = 0

ID = 86570106

PNT_ADD = 106

AOR_GRP = GEN

新增“總有功超差報(bào)警”，內(nèi)容如下：

ENTRY NAME = ZYGCCBJ

LONGNAME = ‘總有功超差報(bào)警’

PROCTYPE = RELAY

MSG_DEF = 0

CMD_MSG = 0

ID = 86620265

PNT_ADD = 265

AOR_GRP = GEN

（2）畫(huà)面修改。新增五凌集控側(cè)洪江電廠全廠有功自動(dòng)分配控制、全廠有功自動(dòng)分配監(jiān)視畫(huà)面。如圖1所示。

圖1 洪江水電廠有功自動(dòng)分配圖

（3）模擬試驗(yàn)

在對(duì)原文件進(jìn)行備份后，在監(jiān)控系統(tǒng)工程師站完成內(nèi)容修改，生成數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)報(bào)錯(cuò)、檢查修改后的畫(huà)面鏈點(diǎn)正確無(wú)誤。然后將監(jiān)控系統(tǒng)工程師站上的所有修改內(nèi)容傳送至監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)用調(diào)度通信機(jī)，除畫(huà)面文件使用“二進(jìn)制”外，其余修改文件均需使用“文本”格式進(jìn)行傳送；檢查試驗(yàn)用調(diào)度通信機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行正常。

在監(jiān)控系統(tǒng)試驗(yàn)用調(diào)度通信機(jī)上進(jìn)行開(kāi)環(huán)、閉環(huán)試驗(yàn)，檢查試驗(yàn)結(jié)果正常，試驗(yàn)項(xiàng)目包含：

（1）有功自動(dòng)分配投入條件試驗(yàn)；（2）有功自動(dòng)分配退出條件試驗(yàn)；（3）機(jī)組成組可調(diào)條件試驗(yàn)；（4）機(jī)組有功功率量測(cè)為壞數(shù)據(jù)；（5）五凌集控與電廠通信中斷保護(hù)；（6）有功給定值越全廠可調(diào)節(jié)上/下限保護(hù)；（7）有功給定值步長(zhǎng)越最大調(diào)節(jié)幅度；（8）線路總有功與機(jī)組總有功偏差保護(hù)；（9）程序重置保護(hù)；（10）非成組有功變化重新分配有功；（11）成組機(jī)組臺(tái)數(shù)發(fā)生變化重新計(jì)算分配有功；（12）單機(jī)有功突變保護(hù)；（13）增有功試驗(yàn)；（14）減有功試驗(yàn)；

3.2 應(yīng)用效果

為防止操作失誤引發(fā)不可控因素，制定《五凌集控側(cè)洪江電廠全廠有功自動(dòng)分配功能的運(yùn)行人員操作步驟》說(shuō)明，指導(dǎo)運(yùn)行值班人員精準(zhǔn)操作，確保不發(fā)生誤操作。自2021年11月五凌集控洪江電廠功率調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)控制策略投入使用以來(lái)，在確保安全穩(wěn)定情況下，大大減輕了運(yùn)行值班人員的工作強(qiáng)度，提高運(yùn)行工作效率，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)和效果。

4 結(jié)語(yǔ)

洪江電廠機(jī)組于2005年全部投產(chǎn)，2006年AGC功能曾投入調(diào)度側(cè)，但因燈泡貫流式機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)頻繁，對(duì)設(shè)備損壞較大，后續(xù)經(jīng)研討后退出AGC功能。自2012年接入五凌發(fā)電集控中心后，遠(yuǎn)程集控模式下手動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷頻繁問(wèn)題一直存在。近幾年來(lái)，五凌電力發(fā)電集控中心順應(yīng)行業(yè)智能發(fā)展趨勢(shì)，不斷提高遠(yuǎn)程集控運(yùn)行管控水平，提高運(yùn)行工作效率，積極開(kāi)展智慧氣象、監(jiān)控報(bào)警智能化、運(yùn)行“區(qū)域”合并等智慧集控項(xiàng)目建設(shè)。遠(yuǎn)程集控模式下水電站功率調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)控制策略的分析和應(yīng)用，進(jìn)一步提高了五凌集控的自動(dòng)化水平，大大減輕了值班人員的工作勞動(dòng)強(qiáng)度，起到了良好的實(shí)際效果。