自动发电控制技术在水电厂中的应用

科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON 2008NO .21SC I ENCE &TECH NO LOG Y I NFOR M A TI O N 工业技术电力系统运行的主要目标,就是以优质、可靠的电力满足电力用户的需要。

电能质量的指标,一是频率,二是电压。

要保持其在额定的范围以内,对于电压,应从电力系统的无功功率控制入手;对于频率控制,则主要依靠有功功率的实时平衡。

但实际中,负荷无时无刻不在变化,如不及时调整有功、控制频率,将会带来诸多不利影响甚至事故。

水电厂易于改变有功功率的输出值,是电力系统自动发电控制的主要执行者。

水电厂能否实现自动发电控制,关系着整个电力系统自动发电控制的成败。

然而,目前我国水电厂特别是中小型水电厂的自动化水平普遍较低,为实现在2010年前,我国中小型水电站全部实现“无人值班”(少人值守)的目标,适用于水电厂的自动发电控制技术的研究和应用具有十分重要的意义。

1水电厂自动发电控制概述[1]美国电气和电子工程师协会(I EEE)对自动发电控制(AGC)的定义是:“自动发电控制,即根据系统频率输电线负荷或它们之间负荷的变化,对某一规定地区内发电机有功出力进行调节,以维持计划预定的系统频率和与其他地区商定的交换功率在一定的限值之内。

”随着计算机技术、通信技术和控制理论的发展,自动发电控制在电力系统中得到了广泛的应用。

一个完整的自动发电控制系统,一般由电网AGC 、电站AGC 以及机组调速系统等环节组成。

1.1水电厂自动发电控制的目标在电力系统中,水电机组由于其启动迅速,负荷调节灵活,适合承担调峰、调频任务,更适宜并且也更多的在电力系统中参加AGC 运行。

因此,水电厂AGC 的目标是:按预定条件和要求,以安全、迅速、经济的方式自动控制水电厂有功功率,以满足系统需要。

这是在水电机组自动控制的基础上实现全厂自动化的一种方式。

1.2水电厂AGC 主要内容水电厂AGC 的内容包括:根据系统运行情况及机组运行工况等实际需求,以安全经济运行为原则,确定全厂机组开停机台数、机组组合、以及负荷分配等。

目前,G 作为水电厂计算机监控系统的一种必备的高级应用功能,已广泛应用于国内许多水电厂监控系统当中,发挥了很好的作用。

1.2.1系统需要系统需要即电力系统要求本电厂发的功率值。

这一功率包括基本负荷,也包括系统调频所需的功率。

此外,水电厂通常还安排配置一定的旋转备用容量。

1.2.2控制整个电厂的有功功率不仅要对已运行机组的有功功率进行调整,而且要控制电厂机组的合理起停,即确定开哪台机,停哪台机。

1.2.3迅速性水电厂自动发电控制一方面不应干扰调速器的一次性调节,另一方面又不能太慢,以致影响系统频率的质量。

一般可分为两个阶段进行。

第一阶段先不改变已运行机组数和组合,在已运行机组间进行负荷调整,这种调整的周期可以短一些,一般取10秒左右;第二阶段是根据后面将提到的经济运行原则改变已运行机组数和组合,以满足最优工况的要求,这种调整的周期可以长一些,一般取1～2分钟。

1.2.4经济性经济性是指在满足各项限制的条件下,用最小的水流量发出所需的电厂功率。

经济性可以用目标函数来表示:(1)式中:Q s t 为电厂流量;Q i 为第i 台机组流量;Pi 为第i 台机组功率;H 为水头;n 为运行机组数。

1.2.5各项限制。

电厂功率平衡:(2)式中:Ps t 为电厂需发功率。

机组功率限制:(3)电厂备用容量限制:(4)式中Pa v i 为第i 台机组的可利用功率,一般等于机组最大处理;Pr e s 为需要的电厂备用容量。

下游流量限制:Q ≥Q (5)由于水电机组可以迅速地改变出力和起停,因此在实施水电厂自动发电控制时,可以与经济分配负荷(ED C)结合在一起进行,甚至还可将机组合理的起停都包括在内。

2自动发电控制系统结构对于整个电力系统而言,自动发电控制系统的总体结构主要有计划跟踪、区域调节和机组三个控制环节构成。

2.1计划跟踪控制计划跟踪控制的目的是按照计划,提供发电的基点功率。

它与负荷预测、机组经济组合、发电计划和交换功率计划有关,主要担负调峰任务。

如果没有上述计划软件,应全部由人工填写。

2.2区域调节控制区域调节控制的目的是使区域控制偏差(ACE)调节到零,这是AGC 系统的核心功能。

A GC 系统计算出各发电机组为消除ACE 偏差所需增、减的调节功率,将这一调节分量加到机组计划跟踪的基点功率之上,得到的控制目标值送到电厂控制器,由电厂控制器调节机组的有功功率。

2.3机组控制机组控制用基本控制回路调节机组,使频率偏差为零。

在许多情况下,一台电厂控制器能控制多台机组,AGC 的信号送到电厂控制器后,再分到各台机组。

此外,整个AGC 系统也可以简单地分为两大层,即电网的AGC(决策控制层)和发电机组的AGC(指令执行层)。

3水电厂A G C 分组控制方式三峡和葛洲坝电厂有为数众多的机组(三峡26台机组,葛洲坝21台机组),这一点明显的不同于一般机组台数较少的水电厂(隔河岩电厂只有4台机组)。

如果所有机组都参加AGC,无疑将大大增加机组的维护费用。

从经济运行角度来看,机组间严格按等微增率原则分配负荷,全厂流量才最小。

但如果所有机组都参加AGC,必然导致所有机组的频繁调节动作,从长期来看,必然会大大增加机组维修费用,相比用水的经济性,对电厂来说反而得不偿失。

因此,实际中可采用一种折中的水电厂AGC 机组分组分级控制方式在满足负荷频率调节要求的情况下,用少量的机组参加G 运自动发电控制技术在水电厂中的应用蒋伟(天生桥一级水电开发有限责任公司广州510630)摘要:水电厂自动发电控制是保证电网安全、经济运行的重要措施之一,是电网调度自动化系统的重要功能之一。

文章介绍了自动发电控制的定义、目标和内容,并探讨了AGC 的系统结构和控制方式,最后给出了水电厂AGC 的实施方案。

关键词:水电厂自动发电控制功率控制频率控制中图分类号:TM 7文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2008)07(c)-0081-0281C E CE ECH A A C s t m i n:A C科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI ON2008N O.21SCI EN CE &TECHN OLOG Y I NFOR M A TI O N工业技术行,一部分机组作为AGC 备用机组,其他机组作为固定负荷运行。

所谓AGC 备用机组,是指其一般情况下不承担AGC 负荷,主要保证其稳定运行。

但是在全厂AGC 负荷变化较大,也能参加负荷分配,这样既可以支援系统紧急调频,也避免为满足负荷平衡而频繁开停机。

在全厂运行方式有大的变化(比如开停机)时,也能在全厂所有AGC 和AGC 后备机组间分配负荷,从而达到经济运行的目的。

原则上,AGC 负荷分配的策略是:①在总负荷中扣除不参加AGC 母线的设定负荷以及AGC 母线的机组负荷,得到AGC 负荷;②计算AGC 机组出力上下限,如果AGC 设定负荷在该范围内,则在AGC 机组间以经济运行原则分配负荷,否则转;③将AGC 机组和AGC 后备机组统一视为AGC 机组,在这些机组间按经济分配原则分配负荷。

这就类似电网的调频策略:通过二次调频(即AGC)即时的调整负荷频率偏差,再进行三次调频:根据负荷曲线,按最优化准则分配,在各发电机组间实现有功负荷的经济分配。

4水电厂自动发电控制实施方案水电厂自动发电控制要与计算机监控系统的结构相适应。

目前,最新的自动发电控制系统大都采用分层控制模式。

水电厂的自动发电控制一般分为两级,即电厂控制级和机组控制级,如图1所示。

水电厂控制级计算机计算出当前水头下为满足上级下达的电厂需发功率应运行的机组台号和各运行机组应发的功率,然后将这些计算结果通过现地控制单元送给机组去执行。

后者对电厂级发来的信息(命令)进行必要的合理性校核,以提高安全性,然后经调速器和开停机装置去控制机组的功率和起停。

同时,机组控制级又将各台机组的实时信息,如机组运行状态、实发功率等返回电厂控制级计算机。

由于水电厂调节性能好,调节速度快,一般情况下是由水电厂来承担电力系统的调频和调峰的任务。

在电力系统中,不同水电厂的任务往往是不同的,绝大多数小型水电厂仅承担发电任务;大中型水电厂以及在小电网中作为主力电厂的中小型水电厂,需要具有调频调峰的功能。

在实现水电厂的自动发电控制时,除必须满足电力系统负荷平衡的条件外,还要考虑许多限制条件,例如上、下游工农业用水的限制,航运对水流变化速率的限制,汛前腾出部分库容、汛后蓄至正常蓄水位等对水位的要求,因此水电厂还需要具有按给定水位发电的功能,在给定水头下,尽可能的多发电,提高电厂的经济效益。

因此,应根据水电厂的实际控制要求来设计自动发电控制的功能及工作方式。

一般来说,各类水电厂自动发电控制功能均应包括调频、功率控制、按给定水位发电以及机组间功率经济分配四个部分。

4.1调频功能如果水电厂是所在电网中的主力电厂,则需要执行电网调频任务。

在非调频模式下,当电网的频率瞬时偏差或频率偏差的积分超过允许的设定值时,自动发电控制程序自动切换到调频模式,直接参与电力系统的调频。

若系统频率回到正常值,则允许进入其他功能模式。

若在调频模式下,参加自动发电控制的机组负荷已达到当前水头下负荷上、下限值,那么让水电厂的出力维持在上、下限值运行,这一调节原则称为频率优先原则。

如果水电厂是所在独立电网中的调频厂,且需由水电厂自身来计算区域控制误差,则水电厂需采用恒定频率控制方式。

一般而言,大系统允许的频率偏差一般为0.1Hz ;小系统允许的误差要稍大些。

4.2功率控制功能自动发电控制归根结底就是对有功功率的调节和分配的问题。

因此,功率控制功能是自动发电控制最根本、最重要的功能。

根据电网和电厂不同的控制要求,功率控制功能可分为电网瞬间负荷给定值方式、日负荷给定曲线方式以及水电厂负荷给定值方式这三种运行方式。

这三种运行方式的基本原理是相同的,不同之处在于全厂有功设定值的给定方式是不同的,分别适用于不同的实际状况。

4.3按给定水头发电功能按给定水头(或水位)发电,即综合电力系统、灌溉和航运等各方面的要求,水电厂操作人员设定电厂运行的水头值,调节整个水电厂的出力,使得水电厂在设定的水头下运行。

同时,考虑在给定水头下,尽可能地多发电,提高电厂的经济效益。

给定水头值由电厂操作人员手动输入,当实际水位运行在给定水头值的误差允许范围内运行时,机组在一定时期内以恒定负荷运行;当水位偏离给定水头值允许区间时,按给定水位发电程序迅速调节机组出力,首先将实际水位重新调节到给定水位附近,然后重新调整机组出力,找到使电厂的进水量与出水量相平衡的机组出力值,在一定时期内维持机组出力值不变,从而维持水位的平衡。