基于發(fā)電機組推薦運行區(qū)間的AGC 應用

董 峰，李 甍，吳 云，秦里銘

（湖北清江水電開發(fā)有限責任公司，湖北 宜昌 443000）

目前，國內(nèi)各大型流域梯級電廠采用集控調(diào)度運行模式，這種模式下，由集控中心工作人員對梯級電廠發(fā)電運行進行控制、調(diào)節(jié)與管理。集控中心采用計算機監(jiān)控系統(tǒng)對梯級電廠發(fā)電機組進行開停機、負荷調(diào)節(jié)、運行監(jiān)視，監(jiān)控系統(tǒng)中AGC 功能接收電網(wǎng)系統(tǒng)負荷指令，并將該負荷指令分配至各發(fā)電機組。

1 當前流域梯級電廠集控中心監(jiān)控系統(tǒng)AGC 運行情況

流域梯級電廠集控中心監(jiān)控系統(tǒng)AGC 功能接收電網(wǎng)系統(tǒng)的負荷指令，并對負荷指令的正確性進行校驗，經(jīng)過校驗的負荷指令由AGC 功能進行分配，合理的分配至各發(fā)電機組，完成電網(wǎng)系統(tǒng)負荷指令執(zhí)行工作[1，2]。

流域梯級電廠集控運行后，可以通過梯級電廠水庫調(diào)度結(jié)合電力調(diào)度，發(fā)揮出最大的集控運行效益，但是AGC 運行策略未考慮到發(fā)電機組的高效運行及梯級電廠之間的聯(lián)合調(diào)度情況，因此存在一定的不足之處。

2 發(fā)電機組推薦運行區(qū)間設(shè)計

發(fā)電機組推薦運行區(qū)間主要設(shè)計依據(jù)為該類型發(fā)電機組的運行效率及運行工況，同時以發(fā)電設(shè)備長期穩(wěn)定運行參數(shù)為輔助設(shè)計依據(jù)，發(fā)電機組在工況較好的負荷區(qū)間內(nèi)運行，發(fā)電耗水率降低、運行的穩(wěn)定性高、發(fā)電設(shè)備損傷小，以該負荷區(qū)間為發(fā)電機組的推薦運行負荷區(qū)間。

2.1 發(fā)電機組運行效率

發(fā)電機組運行效率對經(jīng)濟效益影響較大，同時發(fā)電機組效率越高其運行工況越佳，可作為設(shè)計推薦運行區(qū)間的重要依據(jù)[3]。以梯級電廠中的某一級電廠為例，進行發(fā)電機組運行效率試驗，試驗結(jié)果如圖1 所示。

圖1 發(fā)電機組運行效率情況

2.2 發(fā)電機組發(fā)電耗水率

發(fā)電耗水率直接影響梯級電廠發(fā)電效益，發(fā)電機組在耗水率較小的區(qū)間內(nèi)運行，可提高發(fā)電量[4]，從而提高經(jīng)濟效益，某發(fā)電機組耗水率情況如圖2 所示。

圖2 發(fā)電機組發(fā)電耗水率

2.3 發(fā)電機組振動情況

發(fā)電機組振動情況對發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行產(chǎn)生較大影響，尤其是發(fā)電機組振動區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)發(fā)電機組振動加劇，運行工況較差，嚴重影響了設(shè)備健康狀態(tài)，某發(fā)電機組振動情況如圖3 所示。

圖3 發(fā)電機組振動情況

2.4 發(fā)電機組擺動情況

發(fā)電機組擺動嚴重影響設(shè)備健康狀態(tài)，嚴重時可能導致導軸承軸瓦燒毀，在發(fā)電機組并網(wǎng)運行狀態(tài)下需要盡可能的保證發(fā)電機組運行在擺動較小的負荷區(qū)間內(nèi)，某發(fā)電機組振動情況如圖4 所示。

圖4 發(fā)電機組擺動情況

根據(jù)上述發(fā)電機組運行效率、耗水率、振動、擺動情況，結(jié)合發(fā)電機組運行參數(shù)情況及檢修維護情況，設(shè)計發(fā)電機組禁止運行、不推薦運行區(qū)間、振動區(qū)間、推薦運行區(qū)間。禁止運行區(qū)間主要為發(fā)電機組負荷初始階段，此區(qū)間內(nèi)發(fā)電機組運行經(jīng)濟性最差，并且發(fā)電機組穩(wěn)定運行情況同樣最差，不適宜發(fā)電機組運行，因此設(shè)計為禁止運行區(qū)間，發(fā)電機組并網(wǎng)運行后，運行負荷快速離開此區(qū)間。不推薦運行主要為發(fā)電經(jīng)濟性一般的負荷區(qū)間，此區(qū)間內(nèi)發(fā)電機組各項運行參數(shù)情況一般，發(fā)電機組可在此區(qū)間內(nèi)長期運行。振動區(qū)間為發(fā)電機組不可運行區(qū)間，該負荷區(qū)間內(nèi)發(fā)電機組振動加劇，嚴重影響發(fā)電機組穩(wěn)定運行，對發(fā)電設(shè)備健康水平產(chǎn)生較大影響，因此，發(fā)電機組運行負荷只能短暫的穿越此區(qū)間。推薦運行區(qū)間為發(fā)電機組高效穩(wěn)定運行區(qū)間，在此區(qū)間內(nèi)，發(fā)電機組運行工況最佳，可長期穩(wěn)定運行并能提高發(fā)電生產(chǎn)效益。同時，在自動發(fā)電控制系統(tǒng)中進行運行策略優(yōu)化，結(jié)合推薦運行區(qū)間模式，完善系統(tǒng)控制策略，使流域梯級電廠發(fā)電機組保持長期高效穩(wěn)定運行，以某梯級電廠為例，該廠發(fā)電機組最大出力為460 MW，設(shè)計運行區(qū)間，具體設(shè)計如表1 所示。

表1 A 電廠發(fā)電機組運行區(qū)間設(shè)計情況 單位：MW

3 基于發(fā)電機組推薦運行區(qū)間的梯級電廠AGC 運行策略

3.1 流域梯級電廠聯(lián)合調(diào)度運行

該應用充分考慮到梯級電廠的水力聯(lián)系與電力聯(lián)系，引入經(jīng)濟調(diào)度因素設(shè)計運行策略，結(jié)合流域梯級電廠優(yōu)化調(diào)度情況，持續(xù)優(yōu)化其運行策略[5，6]。

3.2 發(fā)電機組運行水頭自適應

當發(fā)電機組運行水頭低于額定水頭后，自動適應不同運行水頭下的推薦運行區(qū)間等負荷區(qū)間，確保該AGC 應用可有效的執(zhí)行電網(wǎng)系統(tǒng)負荷指令。

3.3 發(fā)電機組躲避振動區(qū)間

基于發(fā)電機組的振動區(qū)間，在進行負荷指令分配計算時，自動避開發(fā)電機組振動區(qū)間，并將振動區(qū)間設(shè)定為非法值，在負荷指令分配計算中出現(xiàn)振動區(qū)間的負荷時，認為此次計算為非法計算，不執(zhí)行此次分配計算結(jié)果。

3.4 發(fā)電機組優(yōu)先運行在推薦運行區(qū)間

結(jié)合發(fā)電機組推薦運行區(qū)間，進行負荷指令分配計算時，盡可能多的將發(fā)電機組負荷分配在推薦運行區(qū)間內(nèi)，如無法將發(fā)電機組負荷分配在推薦運行區(qū)間內(nèi)，通過計算，使無法分配在推薦運行內(nèi)的發(fā)電機組負荷盡量靠近推薦運行區(qū)間。

3.5 降低發(fā)電機組穿越振動區(qū)間次數(shù)

在進行負荷指令分配計算時，采集當前發(fā)電機組運行負荷，以數(shù)量最少的發(fā)電機組穿越振動區(qū)間為計算目標，即負荷指令較當前實際運行負荷為增長時，運行于振動區(qū)間上方的發(fā)電機組可調(diào)負荷空間與運行于振動區(qū)間下方發(fā)電機組調(diào)整至振動區(qū)間下限值的可調(diào)負荷空間滿足負荷指令調(diào)節(jié)情況時，即可按照所有發(fā)電機組都不穿越振動區(qū)間為依據(jù)進行負荷指令分配計算。同樣，負荷指令較當前實際運行負荷為降低時，運行于振動區(qū)間上方的發(fā)電機組調(diào)整至振動區(qū)間上限值的可調(diào)負荷空間與運行于振動區(qū)間下方發(fā)電機組的可調(diào)負荷空間滿足負荷指令調(diào)節(jié)情況時，即可按照所有發(fā)電機組都不穿越振動區(qū)間為依據(jù)進行負荷指令分配計算。如無法滿足所有發(fā)電機組都不穿越振動區(qū)間的情況下，采取由一臺至多臺發(fā)電機組穿越振動區(qū)間的方式進行負荷指令分配，取最少數(shù)量發(fā)電機組穿越振動區(qū)間的負荷指令分配計算方式。

3.6 預留可調(diào)負荷空間

負荷指令分配計算時，在滿足負荷指令執(zhí)行情況時，預留負荷向上可調(diào)空間及向下可調(diào)空間，減少發(fā)電機組頻負荷調(diào)節(jié)幅度過大的情況。

3.7 梯級電廠負荷轉(zhuǎn)移分配

基于發(fā)電機組推薦運行區(qū)間，進行負荷指令分配計算時，允許進行梯級電廠間負荷轉(zhuǎn)移分配，從而使更多臺數(shù)的發(fā)電機組運行在振動區(qū)間內(nèi)，即在某一級電廠接收到新的負荷指令時，在本廠運行的發(fā)電機組無法全部分配至推薦運行時，可將多余負荷空間或者缺少的負荷空間，在梯級電廠之間進行轉(zhuǎn)移分配，從而使盡量多的發(fā)電機組在推薦運行區(qū)間內(nèi)。

3.8 發(fā)電機組輪換調(diào)節(jié)負荷

為避免單一發(fā)電機組頻繁調(diào)節(jié)負荷導致的該機組調(diào)速器系統(tǒng)頻繁動作，進行負荷指令分配時，所有并網(wǎng)運行的發(fā)電機組輪換進行發(fā)電機組負荷調(diào)節(jié)。

4 基于發(fā)電機組推薦運行區(qū)間的梯級電廠AGC 報警策略

該AGC 應用具備完善的報警策略，在監(jiān)控系統(tǒng)AGC 應用運行后，對負荷指令的執(zhí)行及負荷分配工作進行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常，及時報警，提示集控中心工作人員檢查并處理異常情況，確保AGC 功能及發(fā)電設(shè)備正常運行。

該應用結(jié)合電網(wǎng)系統(tǒng)考核指標及發(fā)電設(shè)備穩(wěn)定運行因素設(shè)計了完善的的報警策略，確保在異常情況下及時報警，避免因負荷指令執(zhí)行不到位而造成的考核，主要報警策略如下：①電網(wǎng)系統(tǒng)負荷指令執(zhí)行不到位，監(jiān)控系統(tǒng)進行報警；②電網(wǎng)系統(tǒng)負荷指令執(zhí)行時間過長，監(jiān)控系統(tǒng)進行報警；③發(fā)電機組有功功率反饋值突變，監(jiān)控系統(tǒng)進行報警；④負荷分配值與負荷指令差值過大，監(jiān)控系統(tǒng)進行報警；⑤AGC功能退出，監(jiān)控系統(tǒng)進行報警；⑥運行水頭異常，監(jiān)控系統(tǒng)進行報警。

5 基于發(fā)電機組推薦運行區(qū)間的梯級電廠AGC 安全退出策略

在監(jiān)控系統(tǒng)及梯級電廠發(fā)電機組無故障時，該應用可以完成各項控制與調(diào)節(jié)工作，當監(jiān)控系統(tǒng)運行異常或者梯級電廠發(fā)電設(shè)備異常時，無法調(diào)節(jié)負荷或者頻繁調(diào)節(jié)負荷導致發(fā)電設(shè)備受損，需要及時退出AGC 功能，避免因AGC 功能投入造成繼續(xù)進行負荷指令執(zhí)行或者負荷分配工作，進而影響到負荷指令執(zhí)行或者發(fā)電設(shè)備的安全穩(wěn)定運行。

該應用結(jié)合發(fā)電機組推薦運行區(qū)間設(shè)計了完善安全退出策略，確保在異常情況下，及時退出AGC功能，保證發(fā)電設(shè)備安全穩(wěn)定運行，主要功能退出策略如下：①當發(fā)電機組實際發(fā)電負荷與負荷指令差值過大，退出AGC 功能；②發(fā)電機組頻率異常時，退出AGC 功能；③發(fā)電機組調(diào)速器系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、LCU 工作方式切換，退出AGC 功能；④梯級電廠集控中心監(jiān)控系統(tǒng)與梯級電廠監(jiān)控系統(tǒng)通信異?；蛘咛菁夒姀S監(jiān)控系統(tǒng)與發(fā)電機組通信異常，退出AGC 功能；⑤發(fā)電機組有功功率突變并超過定值，退出AGC 功能；⑥發(fā)電機組狀態(tài)不定，退出AGC 功能；⑦發(fā)電機組出口斷路器非全相運行，退出AGC功能。

6 應用效果

該應用于2020 年在某流域梯級電廠應用后，效果較好，各梯級電廠發(fā)電機組運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟運行指標大幅提升。

6.1 發(fā)電機組穿越振動區(qū)間情況

發(fā)電機組穿越振動區(qū)間次數(shù)進一步減小，發(fā)電機組健康水平進一步提升，A 電廠發(fā)電機組穿越振動區(qū)間次數(shù)情況如表2 所示。

表2 A 電廠發(fā)電機組穿越振動區(qū)間情況 單位：次

6.2 發(fā)電機組小負荷運行時間情況

發(fā)電機組小負荷運行時間進一步減小，發(fā)電機組健康水平進一步提升，A 電廠發(fā)電機組小負荷運行時間（以該電廠運行在100 MW 以下的時間計算）情況如表3 所示。

表3 A 電廠發(fā)電機組小負荷運行時間情況 單位：h

6.3 發(fā)電機組平均運行負荷、耗水率情況

發(fā)電機組平均運行負荷逐漸提高、耗水率逐漸減少，發(fā)電機組經(jīng)濟運行指標進一步提升，具體情況如表4 所示。

表4 A 電廠發(fā)電機組經(jīng)濟運行指標情況

6.4 發(fā)電機組運行在工況較差負荷區(qū)間的時間占比情況

發(fā)電機組雖然可以在不推薦運行區(qū)間內(nèi)長期運行，長期在此負荷區(qū)間內(nèi)運行，對發(fā)電設(shè)備造成一定的損傷，且嚴重影響發(fā)電機組的經(jīng)濟效益，具體占比情況如表5 所示。

表5 A 電廠發(fā)電機運行在工況較差負荷區(qū)間的時間占比情況

6.5 發(fā)電機組機械設(shè)備損傷情況

發(fā)電機組運行在小負荷時，對發(fā)電機組的機械設(shè)備會產(chǎn)生一定的影響，在該應用投入使用前，該電廠在發(fā)電機組歷次檢修時發(fā)現(xiàn)并處理水輪機葉片裂縫7 次，在該應用投入使用后，歷次檢修均未發(fā)現(xiàn)水輪機葉片出現(xiàn)裂縫情況。

7 結(jié)語

該應用投入使用后，在開展流域電廠優(yōu)化調(diào)度、經(jīng)濟調(diào)度工作中效果明顯，在提高發(fā)電效益的同時，使機組長期運行在最優(yōu)工況下，保障了機組安全穩(wěn)定運行。