基于发电机组推荐运行区间的AGC 应用

2024-01-04秦里铭

水电站机电技术 2023年12期

董峰，李甍，吴云，秦里铭

（湖北清江水电开发有限责任公司，湖北宜昌 443000）

目前，国内各大型流域梯级电厂采用集控调度运行模式，这种模式下，由集控中心工作人员对梯级电厂发电运行进行控制、调节与管理。集控中心采用计算机监控系统对梯级电厂发电机组进行开停机、负荷调节、运行监视，监控系统中AGC 功能接收电网系统负荷指令，并将该负荷指令分配至各发电机组。

1 当前流域梯级电厂集控中心监控系统AGC 运行情况

流域梯级电厂集控中心监控系统AGC 功能接收电网系统的负荷指令，并对负荷指令的正确性进行校验，经过校验的负荷指令由AGC 功能进行分配，合理的分配至各发电机组，完成电网系统负荷指令执行工作[1，2]。

流域梯级电厂集控运行后，可以通过梯级电厂水库调度结合电力调度，发挥出最大的集控运行效益，但是AGC 运行策略未考虑到发电机组的高效运行及梯级电厂之间的联合调度情况，因此存在一定的不足之处。

2 发电机组推荐运行区间设计

发电机组推荐运行区间主要设计依据为该类型发电机组的运行效率及运行工况，同时以发电设备长期稳定运行参数为辅助设计依据，发电机组在工况较好的负荷区间内运行，发电耗水率降低、运行的稳定性高、发电设备损伤小，以该负荷区间为发电机组的推荐运行负荷区间。

2.1 发电机组运行效率

发电机组运行效率对经济效益影响较大，同时发电机组效率越高其运行工况越佳，可作为设计推荐运行区间的重要依据[3]。以梯级电厂中的某一级电厂为例，进行发电机组运行效率试验，试验结果如图1 所示。

图1 发电机组运行效率情况

2.2 发电机组发电耗水率

发电耗水率直接影响梯级电厂发电效益，发电机组在耗水率较小的区间内运行，可提高发电量[4]，从而提高经济效益，某发电机组耗水率情况如图2 所示。

图2 发电机组发电耗水率

2.3 发电机组振动情况

发电机组振动情况对发电机组安全稳定运行产生较大影响，尤其是发电机组振动区间，在此区间内发电机组振动加剧，运行工况较差，严重影响了设备健康状态，某发电机组振动情况如图3 所示。

图3 发电机组振动情况

2.4 发电机组摆动情况

发电机组摆动严重影响设备健康状态，严重时可能导致导轴承轴瓦烧毁，在发电机组并网运行状态下需要尽可能的保证发电机组运行在摆动较小的负荷区间内，某发电机组振动情况如图4 所示。

图4 发电机组摆动情况

根据上述发电机组运行效率、耗水率、振动、摆动情况，结合发电机组运行参数情况及检修维护情况，设计发电机组禁止运行、不推荐运行区间、振动区间、推荐运行区间。禁止运行区间主要为发电机组负荷初始阶段，此区间内发电机组运行经济性最差，并且发电机组稳定运行情况同样最差，不适宜发电机组运行，因此设计为禁止运行区间，发电机组并网运行后，运行负荷快速离开此区间。不推荐运行主要为发电经济性一般的负荷区间，此区间内发电机组各项运行参数情况一般，发电机组可在此区间内长期运行。振动区间为发电机组不可运行区间，该负荷区间内发电机组振动加剧，严重影响发电机组稳定运行，对发电设备健康水平产生较大影响，因此，发电机组运行负荷只能短暂的穿越此区间。推荐运行区间为发电机组高效稳定运行区间，在此区间内，发电机组运行工况最佳，可长期稳定运行并能提高发电生产效益。同时，在自动发电控制系统中进行运行策略优化，结合推荐运行区间模式，完善系统控制策略，使流域梯级电厂发电机组保持长期高效稳定运行，以某梯级电厂为例，该厂发电机组最大出力为460 MW，设计运行区间，具体设计如表1 所示。

表1 A 电厂发电机组运行区间设计情况单位：MW

3 基于发电机组推荐运行区间的梯级电厂AGC 运行策略

3.1 流域梯级电厂联合调度运行

该应用充分考虑到梯级电厂的水力联系与电力联系，引入经济调度因素设计运行策略，结合流域梯级电厂优化调度情况，持续优化其运行策略[5，6]。

3.2 发电机组运行水头自适应

当发电机组运行水头低于额定水头后，自动适应不同运行水头下的推荐运行区间等负荷区间，确保该AGC 应用可有效的执行电网系统负荷指令。

3.3 发电机组躲避振动区间

基于发电机组的振动区间，在进行负荷指令分配计算时，自动避开发电机组振动区间，并将振动区间设定为非法值，在负荷指令分配计算中出现振动区间的负荷时，认为此次计算为非法计算，不执行此次分配计算结果。

3.4 发电机组优先运行在推荐运行区间

结合发电机组推荐运行区间，进行负荷指令分配计算时，尽可能多的将发电机组负荷分配在推荐运行区间内，如无法将发电机组负荷分配在推荐运行区间内，通过计算，使无法分配在推荐运行内的发电机组负荷尽量靠近推荐运行区间。

3.5 降低发电机组穿越振动区间次数

在进行负荷指令分配计算时，采集当前发电机组运行负荷，以数量最少的发电机组穿越振动区间为计算目标，即负荷指令较当前实际运行负荷为增长时，运行于振动区间上方的发电机组可调负荷空间与运行于振动区间下方发电机组调整至振动区间下限值的可调负荷空间满足负荷指令调节情况时，即可按照所有发电机组都不穿越振动区间为依据进行负荷指令分配计算。同样，负荷指令较当前实际运行负荷为降低时，运行于振动区间上方的发电机组调整至振动区间上限值的可调负荷空间与运行于振动区间下方发电机组的可调负荷空间满足负荷指令调节情况时，即可按照所有发电机组都不穿越振动区间为依据进行负荷指令分配计算。如无法满足所有发电机组都不穿越振动区间的情况下，采取由一台至多台发电机组穿越振动区间的方式进行负荷指令分配，取最少数量发电机组穿越振动区间的负荷指令分配计算方式。

3.6 预留可调负荷空间

负荷指令分配计算时，在满足负荷指令执行情况时，预留负荷向上可调空间及向下可调空间，减少发电机组频负荷调节幅度过大的情况。

3.7 梯级电厂负荷转移分配

基于发电机组推荐运行区间，进行负荷指令分配计算时，允许进行梯级电厂间负荷转移分配，从而使更多台数的发电机组运行在振动区间内，即在某一级电厂接收到新的负荷指令时，在本厂运行的发电机组无法全部分配至推荐运行时，可将多余负荷空间或者缺少的负荷空间，在梯级电厂之间进行转移分配，从而使尽量多的发电机组在推荐运行区间内。

3.8 发电机组轮换调节负荷

为避免单一发电机组频繁调节负荷导致的该机组调速器系统频繁动作，进行负荷指令分配时，所有并网运行的发电机组轮换进行发电机组负荷调节。

4 基于发电机组推荐运行区间的梯级电厂AGC 报警策略

该AGC 应用具备完善的报警策略，在监控系统AGC 应用运行后，对负荷指令的执行及负荷分配工作进行监视，发现异常，及时报警，提示集控中心工作人员检查并处理异常情况，确保AGC 功能及发电设备正常运行。

该应用结合电网系统考核指标及发电设备稳定运行因素设计了完善的的报警策略，确保在异常情况下及时报警，避免因负荷指令执行不到位而造成的考核，主要报警策略如下：①电网系统负荷指令执行不到位，监控系统进行报警；②电网系统负荷指令执行时间过长，监控系统进行报警；③发电机组有功功率反馈值突变，监控系统进行报警；④负荷分配值与负荷指令差值过大，监控系统进行报警；⑤AGC功能退出，监控系统进行报警；⑥运行水头异常，监控系统进行报警。

5 基于发电机组推荐运行区间的梯级电厂AGC 安全退出策略

在监控系统及梯级电厂发电机组无故障时，该应用可以完成各项控制与调节工作，当监控系统运行异常或者梯级电厂发电设备异常时，无法调节负荷或者频繁调节负荷导致发电设备受损，需要及时退出AGC 功能，避免因AGC 功能投入造成继续进行负荷指令执行或者负荷分配工作，进而影响到负荷指令执行或者发电设备的安全稳定运行。

该应用结合发电机组推荐运行区间设计了完善安全退出策略，确保在异常情况下，及时退出AGC功能，保证发电设备安全稳定运行，主要功能退出策略如下：①当发电机组实际发电负荷与负荷指令差值过大，退出AGC 功能；②发电机组频率异常时，退出AGC 功能；③发电机组调速器系统、励磁系统、LCU 工作方式切换，退出AGC 功能；④梯级电厂集控中心监控系统与梯级电厂监控系统通信异常或者梯级电厂监控系统与发电机组通信异常，退出AGC 功能；⑤发电机组有功功率突变并超过定值，退出AGC 功能；⑥发电机组状态不定，退出AGC 功能；⑦发电机组出口断路器非全相运行，退出AGC功能。