水电厂等值禁止运行区及动态应用技术

段振国,王永国,周怀念,吴双杰,李艳丽

(1.北京中水科水电科技开发有限公司,北京100038；2.贵州东风发电厂,贵州清镇551408)

0 引言

由于水电厂具有机组起、停过程相对简单，负荷调整迅速等特点，如果水电厂水库具有一定的调节性能，通常在电网中担负调峰、调频及事故备用任务。具有调节性能水库的水电厂一般都参加电网的远方自动发电控制功能，由上级调度机构实时控制水电厂的全厂出力来满足电网的需求。通常水电厂计算机监控系统配备电厂自动发电控制(AGC)功能软件，电厂AGC将上级调度机构实时下达的全厂总负荷需求分配到各台可以控制的机组中，来满足电网的需求[1]。

由于大中型水轮发电机组一般都具有一定的振动区或气浊区，机组不能在该区域内长时间连续运行，导致机组的负荷调节范围通常不能连续，电厂AGC的任务之一是保证在机组间进行负荷分配时，要躲避机组的禁止运行区域，同时还要尽量使机组少跨越这些禁止运行区域。例如一台190MW的水轮发电机组，有一段60MW到120MW的振动区，这时机组就分成了两个可运行区域:(1)120MW到190MW;(2)0MW到60MW。

上级调度机构的AGC实施对电厂全厂总负荷控制，对电厂下达全厂负荷调节指令，现在一般采用以下两种方式实现电厂和上级调度机构控制系统的协调:

(1)电厂上送调度机构的是电厂全厂调节下限和上限方式，电网AGC在全厂调节下限和上限范围内下达的全厂负荷调节指令，电厂AGC负责进行机组间负荷分配和躲避机组的禁止运行区域。假设只有一台前面提到的190MW机组，这样送调度的全厂调节下限和全厂调节上限是0MW和190 MW，如果下达的负荷指令落在禁止运行区域内，电厂AGC按偏差最小的原则躲避禁止运行区域。所以这种方式有可能因躲避禁运区，而带来较大的控制偏差。

(2)电厂上送调度机构的是电厂当前调节下限和上限方式。电网AGC在当前调节下限和上限范围内下达全厂负荷调节指令，电厂AGC负责进行机组间负荷分配。假设只有一台前面提到的190MW机组，当机组在120MW到190MW运行时，上送调度的当前调节下限和调节上限是120MW和190MW；当机组在0MW到60MW运行时，上送调度的当前调节下限和调节上限是0MW和60MW。当上级调度机构AGC发现当调节范围不能满足负荷调整要求时，由运行人员设定下达一个到另一连续运行区的负荷指令，实现连续运行区的转移。所以这种方式不会出现因躲避禁运区，带来控制偏差问题，但是运行区域的转移自动化程度不高。

针对以上电厂和上级调度机构控制系统协调方式的不足，本文提出了采用全厂等值禁止运行区域及其动态上送方案，并成功在贵州东风电厂应用。

1 水轮发电机组禁止运行区域

水轮发电机组的禁止运行区域通常指振动区和气浊区，在本文中是指考虑机组所有运行要求后的禁止运行区，主要考虑以下因素:(1)机组的振动区和气浊区;(2)机组投入PSS功能要求的最小出力;(3)考虑一次调频动作要求的裕度。图1是机组一、二段振动区情况下机组禁止运行区示意图。

图1 机组禁止运行区示意图

2 全厂动态等值禁止运行区域

采用全厂动态等值禁止运行区域方式下，我们对几个状态(见图2)进行如下定义:

全厂当前运行区:当参加AGC的所有机组都在可调节的运行区中运行时，称全厂在可调节区运行；

跨越振动区过程:从一个全厂当前运行区向另一个可运行区过渡时，必定是有机组在跨越振动区；

全厂当前上振动区、全厂当前下振动区都是相对于全厂当前运行区而定义的；

全厂调节上限=参加AGC机组的调节上限+未参加AGC机组的当前实际出力；

全厂调节下限=参加AGC机组的调节下限+未参加AGC机组的当前实际出力。

图2 全厂动态等值禁止运行区域示意图

送上级调度机构信息的原则:

(1)上送全厂调节上限、全厂调节下限。

(2)上送全厂当前上振动区上限、下限。如果不存在上振动区，则这两个限值都送全厂调节上限。当有机组在跨越振动区时，这两个限值都维持不变，直到机组跨越振动区完成时再送新限值。

(3)上送全厂当前下振动区上限、下限。如果不存在下振动区，则这两个限值都送全厂调节下限。当有机组在跨越振动区时，这两个限值都维持不变，直到机组跨越振动区完成时再送新限值。

3 在贵州东风发电厂的应用

3.1 东风发电厂概况

贵州东风发电厂位于贵州省清镇市鸭池河，装机有4台水轮发电机组，其中1到3号机组是190MW，4号机组是125MW，每台机组都有一段较强振动区[2]。

贵州东风发电厂是贵州省水电厂中最早实现自动发电控制(AGC)功能的水电站之一，并通过原国家电网公司的无人值班(少人值守)验收。东风发电厂自动发电控制(AGC)功能最早是在2000年应用的，当时控制三台190MW水轮发电机组。电厂扩机后对AGC软件实施升级，增加了对4号机组的自动发电控制功能。

东风发电厂自动发电控制(AGC)功能一直参加贵州省中调的自动发电远方控制，省中调对该电厂按全厂方式控制，下发全厂总遥调值，控制全厂总出力。电厂自动发电控制(AGC)功能将依据省中调下发的全厂总遥调值和发电但不参加AGC控制机组的出力情况，计算出要在AGC可控机组中分配的出力要求，然后在发电运行的AGC可控机组中间进行负荷分配，分配准则采用按机组耗水等微增率原则，在各AGC成组可控机组中间进行有功负荷分配，在进行有功分配时要考虑下列约束条件:

各台机组P-Q运行图;

设置的机组有功限值(振动区等):

上式中,Pagc是AGC要在AGC可控机组间进行分配的总负荷;Preq是全电厂当前总有功出力需求;Pnoagc是没有参加AGC运行的发电状态机组的总出力。

原来实现中调远方AGC控制电厂出力时，采取的模式是:东风电厂AGC根据电厂机组参加的AGC情况、不参加AGC机组的出力情况以及机组禁止运行区情况，动态计算全厂当前连续可调节上、下限值并送给中调。

3.2 试验及应用情况

按全厂动态等值禁止运行区域方式的电厂AGC功能在东风电厂进行了实施，于2009年6月同贵州省中调EMS进行了联合试验并成功投入运行。表1、表2是同省调进行联合试验时记录的一组数据。1号、2号机为有功成组;3号、4号机为单机状态;1号、2号、3号机组振动区:40MW～120MW;运行下限:31 MW;运行上限:150MW(由于实际水头限制)，做了三组试验。

4 结束语

计算水电厂等值禁止运行区域，并动态上送上级调度机构，这种技术有利于远方自动发电控制功能控制品质的提高，实现电网、电厂对负荷的智能化、高精度控制。这一技术在贵州东风发电厂得到成功应用，也可为类似工程提供借鉴。

[1]周全仁,张海.现代电网自动控制系统及其应用[M].中国电力出版社，2004.

[2]冯德才.东风水电厂自动发电控制技术[J].水电站机电技术,2004,(3).

[3]陈凯,耿瑞杰,等.白山电厂计算机监控系统网调AGC功能的实现[J].水力发电,2002,(4).

[4]段振国，等.白山发电厂自动发电控制(AGC)功能的应用[J].水电站机电技术,2008,(3).