锦西电厂自动发电控制策略分析及优化

刘 江 红， 梁 成 刚， 杨 自 聪， 梅 沈 锋， 王 凯

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051)

0 前 言

在稳定状态情况下，电力系统的频率是全系统一致的运行参数。当总出力和总负荷发生不平衡时，就会产生频率的偏差。由于负荷是经常发生变化的，任何一处的负荷变化都会引起全系统的功率不平衡，因而导致系统频率的波动。所以，电力系统运行中的重要任务之一就是对频率的监视与调节。频率调节的任务就是当系统有功功率不平衡而使频率偏离额定值时，调节发电机出力以达到新的平衡，从而保证将频率偏移限制在允许的范围内。

AGC(自动发电控制)是指按预定条件和要求，以迅速、经济的方式自动控制水电厂有功功率来满足系统需要的技术，它是在水轮发电机组自动控制的基础上，实现全电厂自动化的一种方式。

根据水库上游来水量和电力系统的要求，考虑电厂及机组的运行限制条件，在保证电厂安全运行的前提下，以经济运行为原则，确定电厂机组运行台数、运行机组的组合和机组间的负荷分配[1]。在完成这些功能时，要避免由于电力系统负荷短时波动而导致机组的频繁起、停。AGC控制系统是电力系统三次调频的重要技术手段，AGC控制系统的安全稳定运行是电网安全稳定运行的重要前提。

1 锦西电厂AGC投运背景

渝鄂背靠背直流工程于2018年12月底投产。投产后，西南电网与华北、华中电网异步运行，使长链式交流联网结构性风险得以降低；西南电网内水电送出通道输电能力得到提升。与此同时，频率稳定和超低频振荡问题又成为西南电网新的运行风险。西南电网与华北、华中异步运行后，由于水电装机占比高达65%，系统存在超低频振荡风险。仿真试验表明，西南电网多种方式下均可能出现发散的全网频率振荡，振荡频率约为0.06 Hz。

为建立兼顾稳定状态和事故情况的频率控制体系，优化分省协同控制，进一步释放四川、重庆自身的调频资源，最大限度稳定西南电网频率，西南电力调控分中心上线AGC主站控制系统，目的在于：(1)优先保障西南电网频率稳定，兼顾联络线偏差控制；(2)提升AGC控制精益化水平，提高稳定状态频率质量；(3)辅助大频偏下较快的频率恢复速率。

同时，国家电力调度控制中心要求锦西电厂应具备自动发电控制功能，并纳入西南电网AGC主站控制。为实现西南电网AGC主站对锦西电厂AGC子站的远方闭环控制，满足西南主站AGC系统控制品质要求，锦西电厂先后进行了AGC站内静态调试，与西南电网联调，AGC试运行后，正式投入西南网调远方控制。

2 锦西电厂AGC控制策略

2.1 AGC负荷的分配原则

锦西电厂AGC按与容量成比例分配、等微增率分配、多目标规划分配、小负荷分配等策略进行负荷分配。AGC在满足避开机组振动区运行、避免机组频繁跨越振动区及满足系统稳定性要求等限制条件的前提下，采用按与容量成比例分配或按小负荷分配的策略进行负荷分配[2]。当 AGC 相邻两次全厂有功分配值偏差小于或等于小负荷分配差值范围(60 MW)时，采用按小负荷分配的策略进行负荷分配。除此之外，AGC 均采用按与容量成比例分配的策略进行负荷分配。

2.2 小负荷分配原则

锦西电厂全厂AGC有功调节死区为20 MW，而每台机组有功调节死区为6 MW，当全厂日调度计划曲线变化较小时，调度下发全厂有功设定值相邻两次之差一般在2.5～3.0 MW之间，若按照等容量原则分配到6台机组，每台机组有功设定值与实发值将在死区内，每台机组都不会进行调节，导致全厂有功调节不到位。

为此，锦西电厂AGC设置小负荷分配功能，即当相邻两次电网调度设值较小时，可选择一台机组进行小负荷调整，若一台机组进行小负荷调整不能满足要求，可再增加一台参与调整。这样就有效避免全厂AGC有功调节死区与机组单机有功调节死区之间配合的矛盾。

2.3 避免机组频繁穿越振动区

2.3.1 自动避开振动区的策略

在发电机组的负荷控制中，经常会碰到不可运行区，即水轮机的振动、汽蚀区等问题。锦西电厂已完成所有机组全水头稳定性试验，精确地划分了机组各水头下的振动区，并导入AGC控制系统。AGC在进行负荷分配时可自动躲避振动区，并根据机组振动区段数及大小，确定电厂负荷的可运行区域，并按照避振原则优化计算得到机组间最优负荷分配[3]。锦西电厂AGC在进行负荷调整时的设计原则是：能不跨就不跨越振动区。

2.3.2 快速跨越振动区策略

当由于全厂负荷变化而必须跨越振动区时，必须快速跨越振动区，避免机组长时间运行在振动区。锦西电厂AGC在机组跨越振动区时，同时调节需穿越振动区的机组与反向调节的机组，跨越振动区的机组两次有功设定值之差按照最大限制来执行，以便使机组快速跨越振动区，直到有功设定值在振动区以外为止。

2.3.3 AGC水头滤波处理策略

机组振动区随水头变化而变化，而机组振动区又直接影响到AGC负荷分配，所以AGC水头数据采样就显得至关重要。锦西电厂AGC用水头值采用流域集控中心下发的上游水位与下游水位之差，当上游水位或下游水位数据质量发生故障时，进行告警处理并保持原值不变，同时可将水头给定方式修改为“手动”，此时，可采用人工设定的方式设定水头，水头显示只能代表人工判断后的设定值。在AGC程序组态中设定了水头变化梯度闭锁，而且AGC程序设定4 秒(AGC程序运转周期)读1次水头，考虑到水电厂下游水位会有一定的变化幅度，因此，当读取的水头与上次有效水头值之差小于水头梯度时，认为该水头有效，超过水头梯度，则认为水头无效，将该值丢弃；当水头测值超过最高/最低限值时，机组AGC禁止投入。

2.4 AGC与一次调频的配合逻辑

西南电力调控分中心对接入西南电网AGC主站电厂明确要求：西南电网异步运行后电厂侧机组一次调频应与AGC、监控指令相互协调；一次调频动作期间不能闭锁AGC和监控指令；当一次调频动作期间接受到新的AGC和监控调节指令后，机组应能执行新的AGC和监控指令。所以，目前锦西电厂一次调频、监控系统有功调节及机组AGC的配合逻辑是：

(1)闭锁关系：一次调频动作期间与AGC无闭锁关系；一次调频动作期间与监控有功闭环无闭锁关系。

(2)配合关系：①一次调频调节过程中AGC不进行干预，若在AGC调节过程中，且一次调频动作，则AGC和一次调频同时调节；当全部机组投入AGC时，全厂总有功设定值不变，则AGC分配策略不变，AGC调节到位后，如果一次调频动作，AGC不进行调节。②当只有部分机组投入AGC时，如果一次调频动作，引起全厂总有功实测值与设定值相差超过10 MW(0.5倍调整死区)，AGC会进行调节；这种情况，虽然全厂总有功设定值不变，但未投入机组有功实测值会实时发生改变，会导致AGC可分配值发生相应变化，所以，AGC分配策略发生改变，每4秒会重新分配下发机组分配值。③如果调度下发设定值在10 MW之外，接受新下发值，如果调度下发设定值在10 MW之内，此时须判断全厂总有功实发值与设定值的偏差，若偏差在20 MW之外，则接受新下发值，否则拒绝。

(3)一次调频与监控有功闭环逻辑配合关系：①一次调频调节过程中监控有功闭环不进行干预，若在监控有功闭环调节过程中，且只有一次调频动作，则监控有功闭环和一次调频同时调节。②监控有功闭环调节机组有功测值进入死区10秒后闭锁输出，如果一次调频动作引起有功设定值与实测值偏差超过死区，监控有功闭环也不再进行调节；当有新的有功设定值下发或实发值大于610 MW，监控有功闭环才进行调节；当检测到机组有功设定值与实发值相差超过12 MW时，监控系统自动报警，提醒运行人员进行干预。

2.5 AGC与安控策略的配合逻辑

国调中心调控运行规程明确要求：正常方式下，锦西电厂并网运行机组中安排1台计划出力最低的机组不投切机压板，其余运行机组投切机压板；锦西电厂出力超过2500MW时，锦西电厂投切机压板的机组单机出力应不低于400MW。AGC负荷分配为满足此要求，特制定以下策略：

(1)按与容量成比例分配策略进行负荷分配时，在同一段可调区间，保留机组分配值与切机机组分配值相同；按小负荷分配策略进行负荷分配时，在同一段可调区间，保留机组分配值小于或等于切机机组分配值。

(2)向下穿越振动区时，优先选择保留机组向下穿越振动区，使保留机组分配值低于其他投切机压板机组。

(3)向上穿越振动区时，优先选择投切机压板的机组向上穿越振动区，使投切机压板的机组分配值高于保留机组分配值。

(4)无论在何种工况下，保留机组分配值小于或等于投切机压板机组分配值。

(5)当全厂总有功设定值大于或等于2 500 MW时，安控切机最小限制标记自动投入，使投切机压板的机组有功分配值不低于400 MW。

(6)无论安控切机最小限制标记启动与否，维持全厂可调出力上下限不变，保证调度设定值能够正常下发。

(7)小负荷分配计算时，如果安控切机最小限制标记已投入，且有切机机组的分配值低于400 MW，则小负荷分配失败，采用按与容量成比例分配策略重新进行分配，确保AGC分配策略能及时响应安控切机负荷的要求。

3 AGC运行期间存在的问题及解决方案

3.1 实际负荷偏离计划曲线

锦西电厂每天会收到国调中心下发的调度计划曲线(96点负荷曲线)，但该计划是指电厂送出线路的负荷，若调度侧严格按照计划曲线下发全厂总有功设定值，由于未考虑厂用电的消耗问题，线路总有功将会比计划曲线少15 MW左右，导致偏离计划曲线。

为此，锦西电厂与西南调度中心协调，在负荷稳定时，将全厂总有功设定值在计划曲线的基础上增加15～20 MW，以便更好的执行计划曲线。同时，锦西电厂在监控系统增加负荷曲线报警功能，在计算机监控系统中，提供计划负荷曲线的人工输入功能，将线路总有功与计划负荷进行对比，差值超过20 MW报警提示。

3.2 安控切机不能退出全厂AGC

锦西电厂退出全厂AGC控制功能的判据中无安控切机的判断逻辑，使用安控切机后，AGC 将切机负荷自动增加至运行机组，从而导致误加负荷，严重威胁电网安全运行。

为此，锦西电厂将安控装置动作信号加入全厂总事故的判断逻辑中，全厂总事故信号将退出全厂AGC控制功能，以确保安控装置动作切机收到信号后，安全退出全厂AGC，保持全厂负荷不变，有效避免误加负荷的风险。

3.3 开关站总事故信号不能退出全厂AGC[4]

由于500 kV系统相关保护动作后，保护装置发出的保护动作信号为脉冲信号，通常只能保持几十毫秒，所以“开关站事故总信号”也只能保持几十毫秒。另一方面，“开关站事故总信号”为“全厂总事故”的输入信号，且“全厂总事故”是通过上位机数据库对象运算来实现的。对象运算周期最短为2秒，远大于只能保持几十毫秒的“开关站事故总信号”，以致“全厂总事故”无法采集到“开关站事故总信号”，进而导致“全厂总事故”信号无法动作，最终造成无法退出全厂AGC。

为此，锦西电厂将监控系统上位机程序升级，保证保护动作信号为毫秒级脉冲信号时，输出信号保持10 s，以保证500 kV保护动作后能够退出全厂AGC。

3.4 机组检修后试验导致全厂AGC退出

机组检修后会在空转或空载状态下进行紧急停机试验，以验证相关功能是否正常。在试验过程中，相应紧急停机流程将启动，引发全厂总事故信号，从而退出全厂AGC。

为了防止设备正常检修工作误退出AGC，在监控系统上设置AGC专用的机组检修标记。当投入相应的检修标记后，机组相应保护动作及紧急停机流程启动不会误将AGC退出。并将监控系统机组检修态与机组AGC检修标记区别开来，且设置以下逻辑关系：

(1)机组检修时期工况：机组检修态，机组AGC检修标记自动投入。

(2)机组检修后开展试验工况：机组非检修态，机组AGC检修标记由运行人员手动投入或退出。

(3)机组发电运行工况：机组非检修状态且为发电状态，若机组AGC检修标记误投入，触发上位机报警且将机组AGC检修标记自动退出。

3.5 调度下发全厂有功设定值非法导致全厂AGC退出

调度设值非法定义为：设值在全厂联合振动区内或超过全厂可调容量上下限或超过设定有功梯度限值 200 MW。当调度连续 3 次设值非法将退出全厂AGC。由于锦西电厂水库水位变幅较大，所以机组振动区大，当2台机组并网运行时将出现全厂联合振动区，而调度无法识别。所以，在调度计划曲线跨越联合振动区时，负荷调整过程中就会退出全厂AGC情况。

为此，锦西电厂积极协调西南调度处，将全厂AGC联合振动区上送至西南调度，在计划负荷制定时，避免稳定负荷处于联合振动区内。同时，在负荷调整过程中，若调度下发值在联合振动区内，则不下发，待跨过联合振动区后再正常下发，有效避免了调度下发全厂有功设定值非法的情况发生。

4 结 语

对锦西电厂AGC运行期间存在的典型问题进行优化，并得到有效解决，从中得到以下体会：

(1)电站应该全面梳理退出单机AGC及退出全厂AGC判断条件是否正确完备，确保机组或开关站发生故障时能及时退出单机AGC或全厂AGC，防止事故扩大。

(2)对于机组振动区跨度大，当低负荷运行期间存在联合振动区的实际情况，电站应积极与调度协调，取得调度支持，从AGC主站程序源头上解决问题。

(3)AGC的设计应综合考虑运行监视，机组检修工作等因素，增加人性化设计。锦西电厂为更好的执行调度负荷曲线，增加了负荷曲线报警功；为更安全的进行机组检修后相关试验增加了AGC专用检修标记。该两项功能均运行良好，既保证了电站安全运行，又有效的减轻了运行监视压力。