梯級(jí)電站負(fù)荷控制方式

1、梯級(jí)電站負(fù)荷控制方式充分開發(fā)我國(guó)豐富的水力資源，盡量減少土地的淹沒(méi)是符合我國(guó)人口 多可耕地少的國(guó)情。梯級(jí)開發(fā)組成梯級(jí)電站既充份開發(fā)了水力資源， 又減少了土地的淹沒(méi)，這是一個(gè)兩全其美的舉措。本節(jié)介紹了五個(gè)梯 級(jí)電站的調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)。映秀灣水電廠的調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)是由國(guó)家電力公司電力自動(dòng)化研究院 （簡(jiǎn)稱電自院）開發(fā)的。緊水灘水力發(fā)電廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是由中 國(guó)水利水電科學(xué)研究院（簡(jiǎn)稱水科院）研制的，而緊水灘水力發(fā)電廠 的石塘電站和梯調(diào)監(jiān)控系統(tǒng)是由電自院研制的，調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)由電自 院開發(fā)的。烏溪江水力發(fā)電廠調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)由水科院研制的。清江梯 級(jí)水電站監(jiān)控系統(tǒng)是由湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司和電自院開發(fā) 的

2、。龔嘴水力發(fā)電總廠的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)是從加拿大 CAE公司引進(jìn)的， 具有九十年代后期的國(guó)際先進(jìn)水平。一、映秀灣水電廠 映秀灣水力發(fā)電總廠位于四川省阿壩州汶川縣映秀鎮(zhèn)，距離都江堰 36 公里，距離成都市 88 公里。全廠包括四個(gè)電站和一個(gè)開關(guān)站，四個(gè)電 站是漁子溪電站（4X 40MW、耿達(dá)電站（4X 40MV）、映秀灣電站（3X45MW和太平驛電站（4X65MW。全廠調(diào)度中心設(shè)在二臺(tái)山開 關(guān)站。 整個(gè)電廠調(diào)度系統(tǒng)分為三層：全廠調(diào)度層、站控層和基礎(chǔ)層。其中站 控層和基礎(chǔ)層構(gòu)成各電站子系統(tǒng)。站控層采用工業(yè)微機(jī)組成，基礎(chǔ)層按機(jī)組、公用設(shè)備等不同對(duì)象設(shè)置多個(gè)現(xiàn)地控制單元（LCU）站控層計(jì) 算機(jī)與LCU之間

3、通過(guò)以太網(wǎng)連接。二臺(tái)山站控層由二臺(tái)DEC工作站等設(shè)備構(gòu)成?；A(chǔ)層為一臺(tái)開關(guān)站控 制單元，并用網(wǎng)絡(luò)連成一體。二臺(tái)山站控制層子系統(tǒng)同時(shí)又作為映秀 灣電廠全廠調(diào)度中心 （即梯級(jí)調(diào)度層 ），與各電站站控級(jí)計(jì)算機(jī)通過(guò)串行 口和光纖網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換和命令傳送，調(diào)度中心與各子站距離最長(zhǎng) 達(dá)20公里。調(diào)度中心與四川省網(wǎng)調(diào)采用微波通道實(shí)現(xiàn)DEC net遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信。該系統(tǒng)具有四遙功能和遠(yuǎn)方 AGC功能。其中遙調(diào)功能既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單 臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)，又可以對(duì)全廠負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)；遙控功能既可以啟 停機(jī)組，又可實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)、刀閘的控制。二、緊水灘水力發(fā)電廠 緊水灘水力發(fā)電廠位于浙江省云和縣大溪龍泉溪畔，下轄二個(gè)梯級(jí)電 廠

4、，總裝機(jī)容量378MW。一級(jí)電站是緊水灘電站，裝有六臺(tái)機(jī)組，單 機(jī)容量為50MW。二級(jí)電站是石塘電站，裝有三臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量為 26MW，二級(jí)相距25公里。一級(jí)電站水庫(kù)為不完全年調(diào)節(jié)水庫(kù)，二級(jí) 電站為日調(diào)節(jié)水庫(kù)。梯調(diào)設(shè)在石塘電站。 一級(jí)電站緊水灘電站擁有六臺(tái)單機(jī)容量為 51.5MW 的機(jī)組，目前已投 入AGC運(yùn)行。機(jī)組的震動(dòng)區(qū)為030MW,因此機(jī)組的可調(diào)范圍是30MW 51.5MW。二級(jí)電站石塘電站，尚未具備 AGC運(yùn)行的條件，目前正在籌劃之中。 當(dāng)需要機(jī)組參加AGC運(yùn)行時(shí)，開停機(jī)是由梯調(diào)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。機(jī)組負(fù)荷直接接受省調(diào)控制。三、烏溪江水力發(fā)電廠 烏溪江水力發(fā)電廠位于浙江省衢州市境內(nèi)，

5、下轄二個(gè)梯級(jí)水電廠，總裝機(jī)容量352MW。一級(jí)電站是湖南鎮(zhèn)電站，由新廠和老廠組成。在老 廠中裝有容量為 42.5MW 的機(jī)組四臺(tái) （1979 年投產(chǎn)發(fā)電 ），新廠與老廠 相距二公里，裝機(jī)容量為100MW的機(jī)組一臺(tái)（1996年投產(chǎn)發(fā)電）。二級(jí) 電站是黃壇口電站，在湖南鎮(zhèn)下游的 26 公里處，裝有容量為 7.5MW 的機(jī)組四臺(tái)，容量為 26MW 的機(jī)組二臺(tái)。一級(jí)電站水庫(kù)為年調(diào)節(jié)水庫(kù)， 二級(jí)電站為日調(diào)節(jié)水庫(kù)。梯調(diào)設(shè)在黃壇口電站。黃壇口電站的六臺(tái)機(jī)組目前暫不參加 AGC運(yùn)行。湖南鎮(zhèn)電站的五臺(tái)機(jī)組都參加 AGC運(yùn)行。為了避開機(jī)組的震動(dòng)區(qū)，容量為100MW 機(jī)組的可調(diào)范圍是 50MW 100MW，容量為4

6、2.5MW 的 機(jī)組的可調(diào)范圍是 30MW42.5MW。當(dāng)需要機(jī)組參加AGC運(yùn)行時(shí)，開停機(jī)是由梯調(diào)通過(guò)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。負(fù)荷分配的原則是在滿足上述的約束條件下， 容量為100MW的機(jī)組優(yōu) 先帶負(fù)荷。當(dāng)該機(jī)組帶滿負(fù)荷后，在另外四臺(tái) 42.5MW 的機(jī)組上平均 分配帶負(fù)荷。四、清江梯級(jí)水電站 清江是長(zhǎng)江中游宜昌到荊江河段的最大支流，全長(zhǎng) 423 公里，總落差 1430 米，流域面積約 17000 平方公里。清江流域多年平均降水量約為 1400 毫米，年徑流量約為 127億立方米，來(lái)水的年際、年內(nèi)分配極不 平均。江上依次座落水布亞（1640MW）、隔河巖（1212MW）和高壩 洲（252MW）三座電站

7、。目前已建成隔河巖和高壩洲兩站。隔河巖水庫(kù)是年調(diào)節(jié)水庫(kù)，它以發(fā)電為主，兼有防洪、航行等綜合利用的大型水利樞紐。高壩洲是隔河巖的反調(diào)節(jié)水庫(kù)，調(diào)節(jié)庫(kù)容很小，基本不具備調(diào)節(jié)能力，無(wú)防洪任務(wù)。在建的水布亞電站是多年調(diào)節(jié)水庫(kù)。梯級(jí) 調(diào)度中心暫設(shè)在隔河巖電站。梯級(jí)水電站實(shí)現(xiàn)聯(lián)合控制調(diào)度，不僅可以保證各站機(jī)組在設(shè)計(jì)水頭范 圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，避免各電站分開調(diào)度時(shí)機(jī)組經(jīng)常處于低效率區(qū)運(yùn)行， 大幅度減少機(jī)組的磨損程度和其它損壞因素，而且可以站間聯(lián)合躲避 振動(dòng)區(qū)，顯著地提高了整個(gè)流域電廠的出力運(yùn)行范圍，為競(jìng)價(jià)上網(wǎng)創(chuàng) 造了必要條件。在滿足電網(wǎng)調(diào)度對(duì)清江流域總出力要求的情況下，優(yōu)化分配流域電站的負(fù)荷，即優(yōu)化調(diào)度梯級(jí)各電站的

8、水頭和水量，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)電、降低水耗，維持水能和電能生產(chǎn)的相對(duì)動(dòng)態(tài)平衡，用有限的水量發(fā)更多的 電。1站內(nèi) AGC站內(nèi)AGC是指在滿足機(jī)組運(yùn)行的約束條件下，以迅速、經(jīng)濟(jì)的方式自動(dòng)調(diào)節(jié)水電廠的有功功率，滿足系統(tǒng)的要求。機(jī)組調(diào)節(jié)方式有手動(dòng)、開環(huán)和閉環(huán)三種。對(duì)每臺(tái)機(jī)組單獨(dú)設(shè)置調(diào)節(jié)方 式，不僅可以方便調(diào)度員根據(jù)需要將某臺(tái)機(jī)組設(shè)定為固定負(fù)荷，而且 可以滿足傳統(tǒng)調(diào)度運(yùn)行方式的各種要求。也就是說(shuō)可以部分機(jī)組按傳 統(tǒng)運(yùn)行方式運(yùn)行，部分機(jī)組按 AGC運(yùn)行方式運(yùn)行。調(diào)節(jié)權(quán)可設(shè)置為網(wǎng) 調(diào)、梯調(diào)和當(dāng)?shù)?。調(diào)節(jié)權(quán)的不同決定了站內(nèi) AGC給定負(fù)荷值的來(lái)源不 機(jī)組控制方式有手動(dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)三種。對(duì)每臺(tái)機(jī)組單獨(dú)設(shè)置控制 方式，不

9、僅可以把帶 病”或檢修機(jī)組置為手動(dòng)方式而不影響 AGC運(yùn)行， 而且可以根據(jù)電廠綜合自動(dòng)化水平和設(shè)備性能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、半自動(dòng)和自 動(dòng)開停機(jī)?？刂茩?quán)可設(shè)置為網(wǎng)調(diào)、梯調(diào)和當(dāng)?shù)亍＞哂锌刂茩?quán)的控制中 心的自動(dòng)開停機(jī)命令才有效。而手動(dòng)開停機(jī)遵循當(dāng)?shù)貎?yōu)先原則，即不 能控制權(quán)在那一級(jí)控制中心，電站當(dāng)?shù)鼐墒謩?dòng)開停機(jī)。2站間 AGC站間AGC的任務(wù)是在遵守各項(xiàng)限制條件的前提下，以梯級(jí)水電站各級(jí)水庫(kù)總蓄能量最大為原則實(shí)時(shí)優(yōu)化分配廠間負(fù)荷；詮與此同時(shí)，各電廠必須實(shí)現(xiàn)站內(nèi)AGC目標(biāo)毿函數(shù)如下：TNmaxEE (ZuiZdN-(QINi,t-Qi,t)Q1, tKQN, t(6.9.1)x=1I=1式中，N為水電站個(gè)數(shù)；T

10、為計(jì)算時(shí)段數(shù)目；Zui,t為第i級(jí)電站 t時(shí)段上游水位；ZdN,t為N級(jí)電站t時(shí)段下游水位；QINi,t為第i級(jí)電 站 t 時(shí)段入庫(kù)流量； Qii,t 為第 i 級(jí)電站 t 時(shí)段綜合利用流量。 約束條件有電網(wǎng)負(fù)荷平衡、水量平衡、水庫(kù)庫(kù)容(水位)約束、電站 出力約束和綜合利用流量等。根據(jù)上述模型計(jì)算得到的僅是理論上最優(yōu)解，現(xiàn)實(shí)意義不大，其主要 原因是：梯級(jí)各電站的電價(jià)差異，調(diào)度給定負(fù)荷的較小變動(dòng)可能導(dǎo)致 機(jī)組的頻繁啟停， 如何考慮廠間聯(lián)合躲開振動(dòng)區(qū)等不利因素等。 為此， 必須對(duì)上述模型進(jìn)行修正及工程化，使其更好地滿足實(shí)際要求。 通常，站間AGC僅考慮站間負(fù)荷最優(yōu)分配，而不考慮機(jī)組開停機(jī)問(wèn)題， 機(jī)

11、組開停機(jī)功能一般由站內(nèi) AGC完成。但是機(jī)組負(fù)荷分配與機(jī)組啟停 密不可分，站間AGC不考慮機(jī)組開停機(jī)，將可能導(dǎo)致機(jī)組頻繁起停。 這樣不利于安全產(chǎn)和設(shè)備維護(hù)，更不利于經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。 在上述模型的基礎(chǔ)上，綜合考慮電價(jià)差異、上下游電站水量平衡、電 站棄水量、旋轉(zhuǎn)備用容量等因素確定適用于清江梯級(jí)水電站的開停機(jī) 模型。在考慮整個(gè)流域旋轉(zhuǎn)備用、廠間聯(lián)合躲避機(jī)組振動(dòng)區(qū)以及開停 機(jī)策略條件下，結(jié)合調(diào)度經(jīng)驗(yàn)和專家知識(shí)，可建立實(shí)用的工程化的站 間負(fù)荷及旋轉(zhuǎn)備用分配模型。五、龔嘴水力發(fā)電總廠 龔嘴水力發(fā)電總廠位于四川省樂(lè)山市境內(nèi)，總廠下轄三個(gè)電廠，即龔 嘴電站上廠（裝機(jī)：4X 100MV）、龔嘴電站下廠（裝機(jī)：3X 1

12、00MV） 和銅街子電站（裝機(jī)：4X 150MV）。龔嘴電站上、下廠共用大壩，各有 自己 220kV 開關(guān)站。龔、銅兩站是大渡河梯級(jí)開發(fā)的最末兩級(jí)。 1995年龔嘴水力發(fā)電總廠被國(guó)家電力公司列為第二批 “無(wú)人為值班 ”少（ 人值守）試點(diǎn)單位，四川省電力局為此作出了具體規(guī)劃：對(duì)龔嘴、銅街 子兩電站進(jìn)行以計(jì)算機(jī)監(jiān)控為主的自動(dòng)化改造，包括改造完善銅街子 電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、建立龔嘴電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，使兩電站達(dá)到 全計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn) “無(wú)人值班 ”少（人值守 ）；在沙灣總廠建立梯級(jí)電站 調(diào)度中心，并從加拿大 CAE公司引進(jìn)具有九十年代后期國(guó)際先進(jìn)水平 的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。沙灣梯調(diào)中心通過(guò)以光纖通道為主

13、、微波通信為 輔的通信系統(tǒng)與龔銅兩站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)梯調(diào)中心工業(yè)電視監(jiān)控系統(tǒng)與兩站聯(lián)網(wǎng)， 實(shí)現(xiàn)對(duì)兩電站的 “遙測(cè) ”、“遙信”、“遙 調(diào)” 遙控” 遙視”等功能。為實(shí)現(xiàn)AGC功能創(chuàng)造了條件。AGC包含經(jīng)濟(jì)調(diào)度功能，承擔(dān)著完成梯級(jí)電站的發(fā)電控制的任務(wù)與運(yùn) 行計(jì)劃系統(tǒng)的配合，在以追求最小耗水量為目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)效益方面，起 著十分重要的作用，是監(jiān)控系統(tǒng)十分重要的應(yīng)用功能。設(shè)有調(diào)頻、調(diào) 功兩種模式。應(yīng)用數(shù)據(jù)的流向?yàn)?，省調(diào)下送的設(shè)定值或運(yùn)行計(jì)劃系統(tǒng) 規(guī)劃的有功負(fù)荷曲線的當(dāng)前時(shí)段設(shè)定值及省調(diào)所需的水情數(shù)據(jù)，送入 發(fā)電管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度優(yōu)化運(yùn)算后，分配給兩站有功負(fù) 荷或機(jī)組有功負(fù)荷。由

14、AGC進(jìn)行閉環(huán)控制。AGC設(shè)有三種工況：運(yùn)行、停止、掛起。在通信故障、電站設(shè)備事故、 關(guān)鍵數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等狀態(tài)下， AGC 如在行運(yùn)則轉(zhuǎn)為掛起。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)， 系統(tǒng)恢復(fù)正常則將繼續(xù)回到運(yùn)行狀態(tài)；否則轉(zhuǎn)為停用狀態(tài)，避免電站 系統(tǒng)發(fā)生震蕩。鑒于龔、銅兩站的監(jiān)控系統(tǒng)均有 AGC系統(tǒng)，梯調(diào)AGC 系統(tǒng)又受省調(diào)系統(tǒng)的AGC控制，因此，梯調(diào)AGC的工作方式較為復(fù)雜； 又鑒于龔、銅兩站無(wú)直接的 220kV 聯(lián)絡(luò)線，且龔站上、下廠也無(wú)直接 的220kV聯(lián)絡(luò)線，三站均經(jīng)省網(wǎng)聯(lián)絡(luò)，操作復(fù)雜，對(duì) AGC的模式和功 能影響很大。因此，對(duì)梯調(diào) AGC運(yùn)行方式規(guī)定如下： 在調(diào)功模式下，梯調(diào)AGC設(shè)有三種運(yùn)行模式、五種工作狀態(tài)。 三種運(yùn)行模式：(1) 人工輸入。由梯調(diào)運(yùn)行人員鍵入有功功率設(shè)定值。(2) 當(dāng)?shù)乜刂?。站?jí)AGC在線運(yùn)行，就地模式，梯調(diào) AGC發(fā)出兩站的有功設(shè)定值；站級(jí)AGC離線運(yùn)行，遠(yuǎn)方模式，梯調(diào) AGC發(fā)出兩站各 臺(tái)機(jī)組的有功功率設(shè)定值。（3）遠(yuǎn)方控制。轉(zhuǎn)發(fā)省調(diào)下送的兩站功率設(shè)定值。 五種工作狀態(tài)為：（1）省調(diào)發(fā)出全廠有功總值，梯調(diào) AGC經(jīng)計(jì)算后，發(fā)出兩站的功率設(shè) 定值。（