天生桥一级水力发电厂AGC控制策略改进分析

2020-07-30杨红江卢亚萌

水电与新能源 2020年7期

常辉，杨红江，卢亚萌

(天生桥一级水力发电厂，贵州兴义 562400)

天生桥一级水力发电厂(以下简称天一电厂)位于贵州省安龙县与广西自治区隆林县交界处的南盘江上，总装机容量4×300 MW，属南方电网直调电厂，在统一调频控制区内承担调频调峰任务。天一电厂AGC(自动发电控制)功能通过南瑞水利水电NC2000(V3.0)监控系统中的AGC高级应用模块实现。自2018年9月参与南网调频辅助服务市场以来，天一电厂多次出现AGC综合调频性能指标不合格的情况。电厂和监控厂家技术人员详细分析调频过程数据，确定了AGC控制策略存在的问题，并对其进行了改进优化。

1 AGC现存问题分析

1.1 机组穿越振动区问题

天一电厂机组额定水头111 m，运行水头范围为83～143 m。受限于当年机组设计和制造水平，为了适应水头变幅大的工况，机组在额定水头、额定负荷区域附近时有较高效率，而机组振动区(不可运行区域和不建议运行区域)较宽。139 m水头以上时，振动区范围甚至达到50～280 MW，可运行区域过小。为减少全厂负荷大幅度变动对电网稳定断面潮流的影响，2009年天一电厂AGC正式投运时，南方电网总调对AGC振动区处理方式提出了新的要求：允许机组短时间在振动区内运行，每次最长不超过30 min[1]。

天一电厂AGC投运后，机组穿越振动区存在两个主要的问题：

其一，总调给定总有功值落在全厂联合振动区上下时，会造成单机频繁穿越振动区。例如2018-09-14日05:00-06:00，1、2、4号机并网运行，投入AGC。总调给定总有功在585～707 MW之间设值。给定总有功设值落在全厂联合振动3区(650.00，680.00)上下时，造成机组频繁穿越振动区，如图1所示。此种调节方式非常不利于机组安全稳定运行，调节性能自然也无法达标。

图1 AGC设值在联合振动区上下变化，1、2号机频繁进出振动区图

南方电网使用综合调频性能指标(k)衡量发电单元响应AGC控制指令的综合性能表现，k=0.25×(2×k1+k2+k3)。式中：k1为调节速率；k2为响应时间；k3为调节精度。若k小于0.5，则性能不达标。查询该时段调频性能指标，调节速率k1值偏小，调节精度k3为负值且较大，致使综合调频性能指标k小于0.5。

其二，多次发生因全厂实发总有功与全厂设定总有功偏差过大，致使总调侧AGC闭锁事件。原因为多台机组联合穿越振动区时，向上穿越振动区的机组(1台机)增负荷速率与向下穿越振动区的机组(2台机或3台机)减负荷速率相差较大，全厂实发总有功短时间降低较多，与全厂设定总有功偏差过大。如图2所示。

图2 全厂实发总有功与调度设定总有功偏差较大图

1.2 机组一次调频和AGC配合问题

天一电厂AGC调节过程为：监控系统远动通信机接收南网总调AGC负荷调节指令，经主机AGC程序运算后分配至各参与AGC调节的机组。机组有功调节由LCU有功PID+调速器开度模式完成，即LCU程序运算后开出有功增、减脉冲至调速器，调速器在开度模式下相应增、减导叶开度给定，通过调整导叶开度的大小从而调整机组有功负荷至设定值。

一次调频则是调速器系统的基本功能。机组频率越过一次调频死区后，调速器系统自发进行频率响应调整机组有功负荷，稳定机组频率直至重新回到一次调频动作死区内。

天一电厂AGC与一次调频控制策略为：两者调节量不叠加，AGC指令优先。有AGC指令时退出机组一次调频功能，AGC调节结束后投入机组一次调频功能。机组一次调频动作期间闭锁LCU有功PID设值。参与调频辅助服务市场以来，多次发生AGC调节过程中夹杂一次调频动作事件，致使综合调频性能指标k值不达标。需要对两者配合策略进行优化。

1.3 机组小负荷分配策略不合理

天一电厂AGC具备小负荷调节功能，即总调给定总有功两次设值之差大于AGC调节死区(10 MW)且小于小负荷门槛值(20 MW)时，负荷调节量分配至参与AGC的其中1台机组执行，而不是平均分配至所有参与AGC机组。但在实际运行中，发生过AGC小负荷分配策略未起作用的情况。2018-09-14日，09:13:25南方电网给定总有功由689 MW设置为677.00 MW。总调给定总有功两次设值差大于10 MW，正常应由小负荷分配策略分配到参与AGC的其中1台机组执行。但AGC仅分配至685 MW，且平均分配给参与AGC的3台机组，存在未有效执行的情况。AGC负荷分配情况见表1。

表1 AGC负荷分配情况表

进一步检查，确认当总调给定总有功下发与上一次数值相同的设定值时，AGC不重新分配有功，小负荷分配策略未起到应有作用。

2 AGC控制策略改进优化

2.1 机组穿越振动区控制策略优化

主要从以下几个方面对机组穿越振动区控制策略进行优化。

1)增设手动振动区优先功能，振动区优先系数较低的机组优先穿越振动区。

2)在电网对天一电厂没有低负荷运行需求时，通过设置“最小可运行区不可用”标记为1的方式取消0～50 MW运行区间，避免机组频繁上下穿越振动区；在电网需要天一电厂在低负荷50 MW以内运行时，通过设置“最小可运行区不可用”标记为0的方式投入0～50 MW运行区间，响应电网负荷需求和调频备用要求。

3)机组穿越振动区时，AGC采用分步调整策略负荷，以60 MW的步长分步穿越振动区，避免多机联合穿越振动区时增、减负荷速率不一致造成全厂实发总有功与全厂设定总有功偏差过大。

2.2 机组一次调频和AGC配合策略优化

天一电厂与南网总调、监控厂家技术人员多次沟通达成一致意见，取消当前AGC优先的策略，修改为一次调频和AGC二者调节量叠加的策略。即：当有功调节进行中或进入有功调节死区24 s(4个调节周期)内，一次调频与二次调各自独立调节，调节效果为叠加。当有功调节进入死区24 s(4个调节周期)后，由于一次调频动作20 s内偏离出有功PID死区，不进行再次调节；超过20 s且非一次调频动作导致有功偏离出PID死区，或者有新的设定值下发，有功PID将再次进行调节[2-3]。

2.3 机组小负荷调整策略优化

增加相同总调给定总有功设值投退功能。

投入该功能：AGC在调度模式时，全厂有功实发值与调度设定值差值大于全厂死区时，调度下发新的与上次相同的有功设定值时，AGC会对机组有功进行重新分配，将有效触发AGC小负荷分配功能。

退出该功能：调度下发与上一次设定值相同的设定值时，AGC不重新分配有功。

3 结语

天一电厂AGC策略优化后，经试验验证并在实际运行中观察，AGC调节性能有较大改善。以一次AGC多机联调过程为例来说明其调节效果：2020-05-13日15:15-15:45，调度设定总有功由470 MW升至900 MW，4台机组联合穿越振动区。期间在全厂联合振动区附近调节时，4台机组均未出现频繁进出振动区的情况，如图3所示；全厂实发值跟踪调度设定总有功，相差不大，调节效果很好，如图4所示。