陈 鹏

(雅砻江流域水电开发有限公司集控中心，成都 610051)

0 引 言

锦官梯级水电站位于四川凉山州境内雅砻江上，由锦西、锦东、官地三站组成，是国家“西电东送”战略重要电源。三站以发电为主，共有18台600 MW水轮发电机组，总装机10 800 MW，在系统中三站同步运行，承担调峰调频任务。

锦官梯级所在西南电网有锦苏、复奉、宾金三大特高压直流输电系统，总输送能力21 600 MW，当直流发生换相失败故障且西南、华中同步联网运行时，系统暂态冲击将传递至华中、华北电网，严重情况下可能导致西南、华中、华北交流联网解列，运行风险较大。为降低该风险，西南、华中将调整为“背靠背”直流联网运行，调整后直流换相失败引起的暂态冲击将局限于西南电网，电网结构性风险将得到缓解。但西南电网转动惯量将降低，频率稳定水平会下降，为缓解系统频率稳定风险，提高调频能力，西南电网组建了区域电网AGC，并将国调直调锦官梯级电站纳入AGC系统控制。在2018年4月开展的西南电网异步运行试验中，锦官梯级AGC可靠动作，完成系统二次调频，同时也出现了流域水量平衡破坏、负荷分配违反稳定运行规定等异常情况。本文将分析试验中流域AGC暴露的相关问题，并提出相应的完善策略。

1 锦官梯级AGC系统

锦官梯级AGC采用南瑞监控AGC模块，结构如图1所示。图中锦官AGC在主站EMS系统AGC模块中等值为一台AGC可控机组，主站根据系统频率偏差，结合其控制策略计算下发功率调节目标至各AGC子站执行。子站接收主站总有功设定值后按预定分配策略计算下发至各机组执行。

锦官梯级AGC配有主子站数据交互、异常工况应对和负荷分配等功能。其中主子站数据交互用于子站相关参数上送和主站调节控制令下达，如上述机组振动区、功率调节上下限、子站AGC控制模式等。异常工况应对主要用于AGC运行期间发生安控切机动作、机组有功测量故障、调速器故障等异常时AGC应采取的措施。负荷分配策略实现总有功设定值的快速计算分配，是子站的核心功能，基本分配原则包括省水多发、避免机组频繁穿越振动区等，系统目前采用等比例分配和小负荷分配相结合的分配方式，其负荷计算如式(1)所示：

图1 锦官梯级厂站AGC结构图

(1)

式中：Pi为第i台AGC控制机组负荷分配值；Pagc为AGC控制机组分配目标值；Pimax为第i台AGC控制机组当前水头下最大出力；n为参加AGC控制机组台数。

2 锦官梯级AGC问题分析

2.1 流域水量平衡破坏

梯级厂站上下游间存在水力联系，由表1所示锦官梯级电站特征参数可知，锦西为龙头水库，具有年调节能力，官地为日调节水库，而锦东基本无调蓄能力。此外锦西、锦东两库还采用“首尾连接”布局，在靠近锦西坝址下游建锦东拦河闸坝拦蓄锦西出库水流形成锦东水库，库区再通过长约16.67 km引水隧洞截弯取直获取约310 m发电水头用于锦东机组发电。实际运行中由锦西水库进行流域来水调蓄，锦西、锦东负荷严格匹配来确保锦东水库入出库流量平衡。在本次锦苏直流功率升降试验中，流域AGC响应调度主站AGC调节，站间负荷分配未考虑锦东运行实际，从而导致锦东入出库流量失衡，试验具体情况如下。

表1 锦官梯级电站特征参数

(1)锦苏直流提升100 万kW试验。试验时系统频率由50.04 Hz降低为49.96 Hz，流域AGC按调度主站AGC控制策略参与二次调频，锦西、锦东、官地增加功率设值分别为240、108、286 MW。该负荷分配将使锦东入出库流量差增加112 m3/s，锦东水位按0.48 m/h速率加速上涨。以该库正常运行水位1 644 m、原始入出库流量平衡为例，充分考虑系统故障安控切机后闸门紧急操作期间水库不漫坝需要，该方式运行约2 h后水位逼近1 645 m，锦东需开闸增加弃水，对流域经济运行不利。

(2)锦苏直流速降功率200万kW试验。试验时系统频率由49.94 Hz升高为50.13 Hz，流域AGC按调度主站AGC控制策略参与二次调频，锦西、锦东、官地降低出力设值分别为334、424、203 MW。该负荷分配将使锦东入出库流量差减少80 m3/s，锦东水位按0.36 m/h速率加速下降，该方式长时间运行时为避免水库拉空需减少泄水，可能不满足大河湾减水河段生态下泄需要。

从试验结果可知，主站进行锦官梯级负荷分配时未考虑流域水量平衡，锦西、官地水库调蓄能力较强，水量平衡破坏对水库运行影响较小，而锦东调蓄能力极弱，其水量平衡破坏将威胁水库运行安全、经济运行。

2.2 负荷分配违反稳定运行规定

电网下发的稳定运行规定是系统调度运行依据，并网运行厂站须严格遵行。锦官梯级厂站典型规定有“正常方式下，各站安排1台出力最低并网机组不投切机压板；锦西出力超250 万kW时，锦西可切机组单机出力不低于40 万kW，锦东4机及以上运行时，锦东可切机组单机出力不低于50 万kW”等。由本次试验过程中流域AGC负荷分配结果可知AGC分配策略未考虑稳定运行规定相关限制条件，导致负荷分配结果不满足稳定运行规定相关要求。以锦苏直流升功率100 万kW为例，试验中锦西5号机为安控不切机组，按规定出力应最低，而升功率分配时5号机先上跨振动区，分配负荷较可切机组4号机高，同样情况在官地也出现。

2.3 AGC异常策略与调速器报警逻辑不匹配

西南电网异步运行期间锦苏直流速降200 万kW时，投入AGC闭环控制的官地4号机调速器A套功率采样故障及总故障报警，调速器A/B套调节器切换同时4号机退AGC控制，导致官地AGC调频能力大幅下降，不利于系统二次调频。

经分析，试验期间调速器A套功率采样故障报警，触发A套调节器总故障、调节器A/B套切换及4号机退AGC控制，而功率采样故障则源于调速器“三选二”逻辑。锦官调速器 “三选二”逻辑通过比较三个不同变送器的信号，筛选出异常元件，从而有效防止功率、开度、频率等关键控制参数传感器软故障引起的功率调节失常。以功率采样为例，其故障判断逻辑由原来单个功率信号故障改为三个功率信号的综合判断，判断逻辑如图2所示。由图可知，五个判据任意满足一个即报功率采样故障。查询监控及调速器信息可知异常瞬间三个功率反馈测量元件均无故障报警，而功率曲线显示1号、2号功率反馈偏差24.05 MW，1号、3号功率反馈偏差50.70 MW，2号、3号功率反馈偏差27.15 MW，满足功率采样故障判据5，从而触发功率采样故障报警。根据调速器总故障判断逻辑，调速器发生功率反馈采样故障、功率给定采样故障、导叶采样故障、液压故障、伺服故障等故障时触发单调节器总故障报警。

图2 调速器功率反馈采样故障判断逻辑

此外，查询AGC异常工况程序模块可知调速器故障退单机AGC逻辑如图3所示，当机组调速器满足A/B套调节器总故障及A/B套调节器功率给定采样故障四个判据中的任一判据时，该机组将退出AGC控制。综合调速器及AGC逻辑可知，验中官地4号机满足调速器功率反馈采样故障判据5触发功率反馈采样故障及A套调节器总故障，经AGC异常工况逻辑退单机AGC控制。

图3 AGC模块调速器故障退单机AGC逻辑

3 流域AGC优化

3.1 流域水量平衡优化

由前文可知，流域AGC二次调频将导致流域流量失衡，威胁调蓄能力极弱的锦东水库安全经济运行，其理想优化策略如图4(a)所示。由图可知在流域AGC与调度主站间布置EDC模块，增加该模块后锦官三站在调度AGC主站中等值为一台AGC可控机组，主站下发锦官综合调整令至EDC主站，EDC模块考虑水量平衡情况下计算下发各站负荷至流域AGC执行，该模式需增添EDC主站软硬件设备。考虑当前电网调度接受EDC分配有限，同时简化计算分配层级和减少软硬件投资，可通过锦西或锦东AGC子站来实现锦西、锦东两站间负荷平衡分配功能，其优化策略如图4(b)所示。

3.2 与稳定运行规定协调优化

因稳定运行规定须严格遵行，故应将相关要求纳入AGC负荷分配原则。从不切机组出力最低原则来说，可采用如下两种方式实现：一是AGC模块中增加机组负荷分配优先级手动设置功能，将可切机组设为高优先级，负荷分配时在遵循等比例分配及小负荷分配基本原则基础上，优先加负荷最后减负荷。二是AGC模块中增加不切机组设置功能，可切机组优先增负荷最后减负荷。

图4 流域AGC水量平衡策略优化

而对于锦西2 500 MW以上可切机组单机出力400 MW以上、锦东4台机及以上可切机组单机出力500 MW以上限制条件，其实现方式可通过程序自动调整可切机组调节上下限实现，例如锦东开机4台机及以上时，可切机组单机调节上下限参数自动调整为500～600 MW即可。

3.3 与调速器协联配合策略优化

西南电网异步运行时为抑制系统超低频振荡，调速器需运行在小网开度模式，该模式下流域AGC计算分配值下发至监控机组LCU执行，LCU通过功率偏差经PID计算后形成开度脉冲至调速器执行从而实现功率闭环调节，功率调节流程如图5所示。由图可知，该模式下调速器主要实现开度调节及一次调频功能，其自身功率测值未参与功率闭环控制。结合试验时官地#4机退AGC控制原因分析，锦官梯级厂站AGC与调速器协联策略需进行全面梳理，主要优化策略如下：

图5 小网开度模式下锦官厂站AGC功率调节流程

(1)功率偏差原因清查。3个功率变送器间两两比较偏差大于定值24 MW触发功率采样故障报警，其原因可能是采样时间不完全同步，也可能是各功率变送器动态响应不一致，需查清数据测量偏差的根本原因。

(2)完善调速器功率采样故障判断逻辑。为应对暂态过程中功率反馈采样故障报警，可考虑采取去掉任意两个功率反馈偏差判据或该判据引入一定延时，同时评估确定三功率变送器合理偏差，适当增大偏差报警定值。以本次试验为例，引入2 s延时或增大偏差报警定值至30 MW均不会触发功率采样故障。

(3)调速器故障报警逻辑优化。机组调速器开度模式运行时， AGC计算分配值下发至监控LCU，通过监控PID实现功率闭环调节，调速器功率给定及功率反馈不参与功率调节，其功率“三选二”逻辑报警意义不大。因此调速器开度模式下功率反馈采样故障及功率给定采样故障可仅作普通报警，不触发调节器总故障，从而有效避免单机AGC退出，当调速器功率调节模式运行时再出发总故障报警。

(4)完善AGC异常工况逻辑。锦官梯级AGC系统引入调速器A/B套调节器总故障和调速器A/B套调节器功率给定采样故障四个条件作为调速器故障退单机AGC判据。在锦官机组调速器A/B套可自动切换，当A套故障而该套非主用时调速器控制功能仍完备，可不退单机AGC，因此AGC退单机AGC逻辑应引入调节器是否为主用综合判断。同理调速器功率给定采样故障退AGC逻辑可引入调速器是否为功率模式及是否为主用两个条件综合判断，完善后的逻辑如图6所示。

图6 AGC系统调速器故障退单机AGC逻辑优化图

4 结 语

本文介绍了流域锦官梯级厂站AGC结构及现状，针对系统试验过程中流域AGC二次调频暴露出的流域水量平衡破坏、负荷分配违反稳定运行规定及AGC异常工况逻辑与调速器故障报警逻辑不匹配问题进行了详细分析，并提出了相应的优化建议，完善后的锦官梯级厂站AGC在充分发挥系统异常及故障情况下调峰调频能力的同时，也更有利于流域梯级厂站系统的安全、经济运行。

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