浅析自动发电控制技术在水电厂的应用

摘要：自动发电控制是现代电网控制中的一项重要功能，电力市场环境下，水电厂需要通过竞价确定服务容量。针对水电厂提出了一种机组调节策略，综合考虑了机组组合、负荷分配和机组启停，并解决了避免机组频繁调整的负荷经济分配问题，减少了机组启停次数。这种方法为电力市场下水电厂的自动发电控制提供了一种经济实用的解决方案。

关键词：自动发电 应用

中图分类号：TB857+3 文献标识码：A

自动发电控制技术组合策略提出

水电厂自动发电系统在满足电厂运行各项安全限制条件下，合理安排电厂机组的启停及所带负荷，使全厂耗水量最小。为满足自动发电的实时性要求，可采用分阶段决策方法，即将问题分解为若干个子阶段：确定电厂最佳运行机组数、机组间负荷分配和负荷调节等几个阶段。每个阶段侧重于运行的安全性或经济性解决问题，分别采用合适的方法求解。分阶段决策的方法确定电厂最佳运行机组数能满足电厂总出力要求以及自动发电容量的要求。

自动发电机组分组调节策略

自动发电服务容量是电厂可以被电网调用的最大自动发电容量，而在实际运行中电厂被调用的自动发电容量一般并没有达到可调用的最大自动发电容量。因此，在大多数情况下电厂只需在确保安全性的前提下以经济的方式协调厂内机组，为系统提供自动发电服务而并不需要调用所有自动发电机组去参与调节。为避免机组响应负荷波动而造成机组频繁调节，可以考虑采用机组分组调节策略，将全厂参与自动发电运行的机组分为即时机组和后备机组。自动发电即时机组可以随时响应自动发电系统的调节指令，以最快的速度参与负荷调节；而自动发电后备机组在一般情况下并不参与自动发电负荷调整，只在电网存在较大负荷波动时或负荷快速增长和降落时参与负荷的调整。自动发电即时机组和后备机组的数量可以根据电厂自动发电服务被调用的实际情况确定。在负荷波动不大时，仅调用自动发电即时机组响应负荷调整指令，满足负荷平衡的要求；当负荷波动较大或机组运行工况点已累积偏离优化工况的容许范围时，则扩大负荷调整的机组范围，调用全部自动发电机组，响应大负荷调整指令或恢复电厂最优工况，实现负荷经济分配。在电厂水头和出力要求一定时，可以采用动态规化法求出电厂最佳运行机组组合。但在确定电厂运行机组数时，不仅要考虑当前时刻电厂出力要求，并且还要考虑将来时段出力趋势，避免机组频繁启停。

自动发电负荷分配策略

自动发电机组间的负荷分配以水电厂水流的总流量最小为目标。负荷分配在机组特性满足要求时可以用动态规划法解算，也可采用等微增率方法。若机组特性无差异，则可采用等容量比例分配方式，或根据机组的实际负荷与最大容量的关系采用修正等容量比例分配方式：全厂有功设定值增加时，机组实发有功占最大容量比例小的机组优先增加负荷;全厂有功设定值减少时，机组实发有功占最大容量比例大的机组优先减负荷。在进行负荷分配时，机组负荷设定点应避开机组的气蚀振动区，如果某台机组的负荷设定值落入气蚀振动区，则应调整机组负荷设定值至汽蚀振动区的上限或下限，使机组避开汽蚀振动区运行。

自动发电机组启停策略

为了防止频繁启停机组，自动发电系统设置了启停机死区值，只有当总发电负荷给定目标值大于当前机组可发的最大容量，且差值大于机组启停机死区时，自动发电系统才会控制机组开机；当总发电负荷给定目标值小于当前停掉一台机组的可发最大容量，且差值大于启停机死区，自动发电系统才会控制机组才会停机。启停机死区值可由操作人员设置。电厂操作人员可定义机组的启停机顺序。如果需要机组启动或停止，则按照启停机顺序来选择机组。操作人员可为各机组设置优先级，开机优先级高的机组优先开机，停机优先级高的机组优先停机。操作人员可根据需要改变优先级。如果操作人员没有设置启停机顺序，所有机组的启停优先级均相同，则程序按照运行时间长的机组先停机、停机备用时间长的机组先开机的原则选择机组启停。

水电厂内AGC（自动发电控制技术）运行问题

多台机组长时间带部分负荷运行

参加AGC运行后，为保证调节裕度，机组大多数时间运行在调节区中间位置，其一般负载都在60～80％，这种运行区域的变化，使得机组的运行特性变差。同时由于机组负荷在不停的变化着，机组穿越或停留在振动或气蚀区的机率大大增加，水轮机叶片的疲劳破坏、汽蚀破坏加剧，以及尾水管压力脉动带来的一系列不利影响。

负荷调节频繁，负荷变动幅度大

负荷调节频繁带来的问题主要是，机械设备和电气设备磨损明显加快。

电网AGC的影响

1)由于网调EMS对电厂实时工况信息采集量有限，且对机组的实际运行工况及设备运行状态了解不足，这种方式下运行对电厂机组的安全运行带来许多隐患。

2)网调AGC分配给电厂的负荷经常落入机组的振动区，电厂运行人员需及时到机组旁了解机组运行状况。

3)远方AGC使全厂机组间配合不当，负荷调整过频、幅度过大。

4)当系统解列后，存在高频增出力低频率减出力的重大安全隐患。这些问题属于水电厂AGC系统的共性问题。

AGC（自动发电控制技术）运行对策分析

从目前自动发电控制在国内水电站的投运情况来看，基本上还处在探索和逐步成熟阶段，加上自动发电控制技术本身又和各电网及电厂实际情况的关系极为密切，因此，相关的技术要求和规范很难进行统一。通过对AGC普遍存在的问题和中小水电厂的特点分析，提出了以下几方面的对策：

EMS与AGC的“柔性”连接

EMS系统追求的目标过于严格，从某种意义上看，即是赋予系统连接的一种“刚性”。现代工程系统和自然界中的许多例子表明，具有一定“柔性”才是系统长期有效运行的基础。FACTS设备在电力系统的应用就是一个成功的例子。当大批AGC机组均参与调整频率或联络线ACE方式运行效果不是最佳，经常发生在运行一段时间后，一部分机组调整到本身控制出力上限，一部分机组调整到本身控制出力下限，使电网某时段失去调整能力。这是EMS和电厂AGC之间的“刚性” 连接失效的例子。

基于上述分析，提出EMS与电厂AGC“柔性”连接的思想。这种柔性主要体现在功率给定指令上，即下达总有功指令时，给出一定的有功误差范围，允许电厂根据具体情况进行优化设定。表面看来，允许有功误差是一种不确定性。实际上，在大电网多电源点的情况下，有功误差的概率均值是趋近于零的。新的CPS／DCS标准中，强调AGC的长期控制性能，着重于电网频率调整，减少AGC机组频繁调整造成的设备磨损，降低发电成本等。从一定程度上反应了这种“柔性”连接的思想。这一方式在实际调度中也有体现。这里作为一种指导思想提出，目的在于明确功率给定误差带的作用，并能从管理政策和技术措施两方面进行分析研究。

厂内AGC采用次优化策略

根据EMS给定总有功，在厂内AGC算法中，设置一定的优化功率缓冲区(或功率设定值缺额)，遵循两条原则：

原则一：以机组数最少优先原则选择参与AGC机组；

原则二：在优化功率缓冲区内，参与AGC的机组不进行调节，避免机组的频繁调节。上述策略的基本思想是：以有功分配的次优化换取机组运行的稳定性和安全性。

针对中小水电厂的AGC指导

1)由于中小水电厂运行的特殊性，建议开发多种优化类型的AGC算法模块，运行人员根据季节和实际来水情况，灵活选择AGC优先算法模块。

2)对于已建或运行条件较差的小电厂，可以请有关专家设计制作机组经济运行指导表格，作为优化运行的辅助决策支持。运行人员根据来水情况和调度命令，参照经济运行指导计划表，手动设置机组运行组合。