雅都和柳坪梯级水电站EDC系统建设

曾义昌 王伟

[摘    要]根据雅都和柳坪是黑水河流域梯级开发水电站并由现地集控中心统一调度和控制，以及两个电站电能由一个并网点接入省电网和由省调一个调令管理等特点，为提高电站机组运行效率、水能利用效率、安全性和经济性，开发建设一套EDC经济调度控制系统，通过EDC的数学模型、求解算法、模块功能设计和运用，实现了黑水河流域梯级电站经济优化调度的目的，对其他梯级电站有重要参考价值。

[关键词]梯级电站;经济调度控制;模型;算法

[中图分类号]TV737 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–00–03

EDC System Construction of Yadu and Liuping Cascade Hydropower Stations

Zeng Yi-chang，Wang Wei

[Abstract]According to Yadu and Liuping are cascade-developed hydropower stations in the Heishui River Basin， they are uniformly dispatched and controlled by the on-site centralized control center， and the power of the two power stations is connected to the provincial power grid from a grid point and the province is transferred to a dispatch order management In order to improve the operating efficiency， water energy utilization efficiency， safety and economy of power station units， a set of EDC economic dispatch control system was developed and constructed. Through the mathematical model， solution algorithm， module function design and application of EDC， the Heishui River Basin was realized. The purpose of economic optimal dispatching of cascade power stations has important reference value for other cascade power stations.

[Keywords]cascade power station; economic dispatch control; model; algorithm

隨着电网调度自动化水平的提升以及电网安全性、稳定性要求进一步提高，要求很多发电厂都纳入省调AGC控制。雅都和柳坪是黑水河流域梯级开发的两个电站，雅都装机（3×50） MW，调节库容88万m3;柳坪装机（3×40 ）MW，调节库容65.7万m3，两站水库具备日调节能力。雅都和柳坪由流域集控中心实现统一调度和控制，由集控中心实施总发电负荷在各站间的经济合理分配，并纳入省调统一调度管理。在原有计算机监控系统的基础上开发建设设一套EDC经济调度控制系统，利用该系统来实现最经济的自动发电控制和负荷分配。

1 EDC简介

EDC（Economic Dispatch Control）经济调度控制是对梯级电站有功负荷进行联合调配的控制模型。EDC控制以梯级电站各级水库计算期末总蓄水量最大为基本原则，满足调度控制给定的梯级总负荷，兼顾电网安全稳定约束条件和机组安全稳定运行约束条件（如避开振动区等），其目标可简述为“省水多发”。EDC系统开发围绕基本原则进行数学建模、求解算法。

1.1 EDC数学模型

1.1.1 目标函数

（1）

式（1）中N为电站的个数;Zui为第i级电站上游水位;Zsi为第i级电站上游设定水位;Qi为第i级电站发电流量。当|Zui–Zsi|≥△Zi时，=1;当|Zui–Zsi|<△Zi时，=0;△Zi为第i级电站上游设定水位的死区值。

1.1.2 约束条件

①电网负荷平衡

（2）

式中Pi为第i级电站出力;Ps为整个梯级电网调度给定负荷。

②水量平衡条件

（3）

式（3）中Vi，t为第t时段初i水库库容;Vi，t+1为第t时段末i水库库容;Δt为时段间隔;QINi，t为第i级电站t时段入库流量;Qi，t为第i级电站t时段综合利用流量。

（4）

式（4）中为第i级电站t时段的区间天然来水;为第i-1级电站到第i级电站的水流到达时间。

③水库库水位约束

（5）

式（5）中为第i级电站上游水位下限;为第i上限。

④电站出力约束

Pimin≤Pi≤Pijl                                             （6）

Pijh≤Pi≤Pikl                                               （7）

Pimh≤Pi≤Pimax                                            （8）

式（6）（7）（8）中Pijl为第i级电站第j个不可运行区域的出力下限;Pijh为第i级电站第j个不可运行区域的出力上限;m为不可运行区的个数;j=1～m;k=j+1。

1.2 求解算法

1.2.1 计算各级电站发电流量

因梯级各电站各台机组型号、容量基本一致，可将某个电站等效成一台机组，由机组出力计算公式可得到某级电站发电出力：

（9）

式（9）中为等效机组的效率。

水轮发电机组的工作水头的一般计算公式为：

（10）

式中为第i级电站拦污栅后的上游水位;为第i级电站尾水位。

由式（2）（4）（9）可得首级电站的发电流量：

（11）

根据式（4）可计算得到其它各级电站的发电流量。

1.2.2 计算各级电站发电出力

在得到、的条件下，根据式（9）可计算得到各级电站发电出力，称为初始解。

1.2.3 负荷调整

针对上述初始解，需检查非首级电站库水位，并根据其库水位适当调整，尽量使库水位在正常范围内。梯级电站EDC负荷调整策略的主要是当非首级的某级电站库水位过高时，该级电站多带负荷，反之，该级电站少带负荷。对于某级电站库水位来说，可能出现过高、正常、过低三种状态，那么非首级的各级电站库水位的状态组合就有3（N-1）种。

梯级电站的最大调整负荷△Pmax：

（12）

式（13）中：为单位库水位的负荷调整值;为梯级各级电站中库水位与正常水位差值绝对值的最大值。

根据负荷调整策略可以确定某种库水位组合下的各级电站负荷增减情况，增加负荷值与减少负荷值相等，具体增加负荷值△P+i、减少负荷值△P-i分别见下式：

（13）

式中：，为第i级电站增加负荷份数（即“+”个数），若第i级电站负荷不变或需要减少，则为0。

（14）

式（14）中：，为第i级电站减少负荷份数（即“-”个数），若第i级电站负荷不变或需要增加，则为0。

1.2.4 负荷校核

在非首级电站库水位处于最低水位与最高水位之间时，若出现控制其水位与满足调度负荷要求相矛盾时，优先满足调度负荷要求;反之，在非首级电站库水位高于最高水位或低于最低水位条件下，优先考虑控制库水位。因上述调整造成调度设定值与EDC分配值相差大于调度设定值与梯级电站EDC分配值差值的允许值Pd时，需对库水位处于最低水位与最高水位之间的电站负荷重新调整，直到最大限度地满足调度负荷要求。

1.3 雅都、柳坪EDC算法

以上数学模型和求解算法为较为通用的方法。针对雅都、柳坪库容较小，调节能力有限等特点，2站EDC控制侧重安全稳定原则，简化分配方案，尽量维持库水位稳定。

（1）负荷分配算法概括为以下公式

P1=Ps*dQ2/（dQ1+dQ2）                                              （15）

P2=Ps*dQ1/（dQ1+dQ2）                                               （16）

Ps為调度设定的流域总有功，P1为雅都有功分配值，P2为柳坪有功分配值，dQ1为雅都单位发电流量，dQ2柳坪单位发电流量。

（2）水位控制

电站运行期间应维持两个电站上游水位在正常范围内，雅都正常水位1871～1873m，柳坪正常水位1776.5～1780m。当某一电站上游水位过高或过低时，EDC将在可控范围内进行负荷调整，以调节两站上游水位。雅都水位返回死区为0.2m，柳坪水位返回死区0.4m，为此设两级控制水位，控制水位定值可由人工设定。

负负荷校核即判断分配值是否超过电站可调上下限、是否落入电站振动区等，如超出范围，则进一步判断，设定为极限值时与调度设定值差值在允许范围内，则按极限值分配，否则拒绝执行。

2 雅都、柳坪EDC功能

2.1 雅都、柳坪EDC模块

EDC软件模块部署在集控监控系统中，按集控EDC和各电站的AGC两层设计，系统结构，如图1所示。

EDC负责集控总负荷在各电站间的最优分配和水位动态控制，主要考虑最优蓄放水次序、站间联合躲避振动区等;而AGC负责电站总负荷在投入AGC的所有机组间最优分配，躲避单机振动区。

2.2 雅都、柳坪EDC具体功能

2.2.1 正常负荷分配

在常规负荷分配时，需考虑流量平衡、躲避机组振动区等要素。在两站库水位正常时，EDC按照等流量原则分配2站负荷，同时需避开机组振动区。根据两站机组振动区，当投入3台以上机组运行时，2站联合振动区不大于1 MW，小于调节死区2 MW，故此种情况均可正常分配。当两站各投入一台机组时，设定值在某范围内将无法计算出合理分配值，不能在躲开振动区的同时又满足流量平衡，故此该设定值作不可运行区处理，测试确定该设定值为46～78 MW。

2.2.2 水位控制

受上游来水量、站间支流来水量、实际发电流量与理论计算误差等因素的影响，实际运行时，两站水位难以保证长期稳定不变，甚至会超出正常范围。为此EDC需要具备水位控制功能，当水位超出控制范围时，及时调整负荷分配，从而调整库水位至正常范围。

出于经济性以及防汛等要求，枯水期库水位通常需维持在高位，丰水期库水位需维持在低位。为此EDC水位控制范围设计为可调节，在丰期和枯期可设置不同的范围，以便EDC投入时，自动维持水位在设定范围。

2.2.3 小负荷分配

小负荷分配是针对总负荷设定值相对总出力变幅较小时，为避免分配到单台机组的变幅小于调整死区，导致总出力执行不到位，而将小负荷变幅分配到一台机组。EDC设值死区为2 MW，即总负荷设定值变幅总大于2 MW，故此小负荷功能由电站AGC模块实现，即当分配到电站的总负荷变幅较小时，由电站AGC模块将设定值变幅分配到单台机组。

2.2.4 报警与异常退出

当系统出现异常时，EDC具备自动退出或报警功能。EDC自动退出的情况包括：水位异常，即水位超过最高限或低于死水位;系统频率异常;关键数据采样故障，即水位采样、功率采样等;通信异常，包括与电站现地控制单元通信故障、与调度通信故障等。EDC报警的异常情况包括：水位超出正常控制范围、设定值落入振动区等。

2.3 雅都、柳坪EDC功能试验

EDC功能试验包括开环试验和闭环试验。试验主要目的是验证EDC功能、校验各控制参数。

开环试验主要测试基本功能，包括负荷分配功能、水位控制功能、报警功能、自动退出功能等。开环试验可以验证负荷分配是否和理论计算一致，而不会实际执行分配结果。

闭环试验在开环试验完成的基础上进行，重在验证实际执行结果是否正确合理。长时间闭环运行，校驗水位控制范围设定值、单位耗水量参数等设值是否合理。

3 结语

经过试验并优化配置参数后，雅都、柳坪EDC控制系统已完成24 h联网试运行。从试验和试运行结果来看，雅都、柳坪EDC控制系统各项功能和性能指标达到设计要求，满足投入调度控制的运行条件。EDC控制系统自动根据调度给定总负荷调整2个电站的有功出力，较人工调整负荷的运行模式而言，提高了有功出力响应速度和水能利用效率，有利于电网安全稳定运行，同时减轻了电站运行人员工作负担，对其他流域实施梯级电站经济调度控制有重要参考价值。

参考文献

[1] 吴建斌，王洪英.田湾河流域梯级水电站EDC系统分析与调试[J].水电站机电技术，2010，33（4）：57-60，64.

[2] 李蓬路.经济调度控制（EDC）在四川黑水河集控的运用[J].水电厂自动化，2016，37（1）：17-18，30.