水电厂机组AGC运行影响分析及控制策略

郑锡恩　武广辉　寇吉田

摘 要：近年来中国经济保持了快速发展，社会工业生产与人们生活模式的变化都导致用电量不断增加，这既给我国电力行业发展带来了严峻挑战，同时也给电力行业发展创造了宝贵机遇。水电厂建设既能够有效利用水力资源进行发电，同时也能够通过其它水工等设施的建设为农业生产及水利工程提供重要帮助，因此水电厂也是实现资源合理利用及可持续发展的重要电力设施。

关键词：水电厂；AGC运行；影响；控制

中图分类号：TV737 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）15-0125-02

Abstract： In recent years， China's economy has maintained a rapid development， and the changes in social industrial production and people's life mode have led to a continuous increase in electricity consumption， which has brought severe challenges to the development of China's electric power industry. At the same time， it also creates golden opportunities for the development of the electric power industry. Hydropower plant construction can not only effectively utilize hydraulic resources to generate electricity， but also provide important help for agricultural production and water conservancy projects through the construction of other hydraulic facilities. Therefore， hydropower plants are also important power facilities to realize rational utilization of resources and sustainable development.

Keywords： hydropower plant； AGC operation； influence； control

引言

水電厂运行优化对于减少人员工作负担、提升运行整体性、减少事故发生率、增加运行效率及经济性都具有非常重要的意义，自动发电AGC系统的投入将有助于水电运行的进一步优化，这也是实现水电厂运行与水电网络协调性和可控性的最重要手段。

1 AGC系统简析

AGC系统是Automatic Generation Control的简称，即自动发电控制技术，它主要是根据设定的负荷曲线及其它自动控制系统共同实现机组运行的自动控制，有效减少了人为操作。AGC的投入是依据用户用电需求的变化而展开，它能够更加精准地控制水电机组的发电情况，同时也能够有效控制不同机组的同步运行。随着水电机组规模的不断扩大和机组数量的不断增多，以及用户对于用电需求的变化，AGC控制已经成为水电网络运行控制必不可少的基本设备。在现代社会中，能源供应的方式更加多样化，煤电、水电、风电、核电、光电等等电能都能够为用户提供能源供应，而用户的用电情况也在变化，例如在工作时间的用电需求较大，而在休息时间和夜晚则会迅速降低，这时就要通过调整机组运行来实现负荷加减，这既能够避免能源浪费，又能够较少电网负担。AGC系统的投入能够实现快速的机组控制，它既能够实现某台机组的精准可控制，更能够通过多台机组的协调控制实现符合变化，例如笔者工作的两江水电站共有3台20MW机组，利用AGC控制即可同时调整三台机组的运行情况，快速调整总体负荷供应。AGC自动控制可以实现整个水电站机组的实时控制与分级控制，通过水电设备运行状态的调整最终实现负荷的调整与变化。AGC系统能否实现精确和高速控制是衡量AGC系统有效性的最重要衡量标准，如果整个控制过程出现各个设备之间配合不当则很容易导致机组的运行稳定性与安全性受到影响，同时AGC调整的过于频繁或速度过快也可能导致水电机组设备出现磨损老化，影响到设备的使用寿命，带来比较严重的经济损失。因此水电厂要对AGC运行影响及控制策略展开深入探究，寻找最优化的控制策略。

2 水电机组AGC运行影响分析

水电厂机组投入AGC运行能够实现机组负荷控制及整体协调性的全面提升，有效提升电厂运行的经济型。但是AGC的投入也可能会对整个机组的运行产生很多影响，最终导致设备运行出现问题，影响到整个机组运行的稳定。因此我们要围绕水电机组投入AGC后可能产生的运行影响展开全面分析，为AGC控制策略的调整提供借鉴与参考。

（1）AGC调整过快带来的影响。AGC快速调整是很多水电厂都在进行机组调整尝试，根据理论研究可以发现，AGC调整速度的提升将会更好地实现机组电量控制，在最短时间内将机组的运行状态调整至目标值，能够避免能源浪费，实现机组输出控制的最优化。而在实际运行过程中我们发现，AGC调整速度的加快就要求其灵敏度必须保持在较高状态，调速器需要在短时间内迅速完成大量调度工作，而调速器在快速工作中很容易产生机械磨损，调速器的使用寿命及整体稳定性都可能会受到影响，后期出现风险的几率也大大增加。而设备机械磨损也会导致导水器械的间隙逐渐增大，当间隙增大后，漏水现象将会出现且逐渐加剧，在经过一段时间的运行后，整个密封圈甚至会因为磨损过大而损坏，机组的整体运行效率也因此而受到影响。水电机组的额定负荷是其设计时所决定的最有负荷，在这个负荷下机组的总体运行效率及设备情况都处于最佳状态，而如果机组长期处于较低负荷状态时，整个机组设备的效率也会出现下降，这不但会导致机组运行经济性下降，同时也会使得所有设备都无法处于最优的工作状态，而且厂用电率也会快速上升，这些问题都严重影响到整个机组的正常工作及工作可靠性。

（2）AGC频繁调整带来的影响。近年来我国电力设施建设速度不断加快，各种发电机组大量上马，这也使得局部区域出现了电力过剩的现象，为了适应不同机组的供电需求和社会用电需求，很多水电厂会频繁进行AGC调节，这也导致机械设备经常处于工作状态变化之中，机组的故障率增加。水电机组处于工作状态时，因为外部水文情况的变化，它的工作压力也处于频繁变化之中，整个机组的导水机构及相关设备都在通过往复运动完成运行，而当AGC发出调整指令后，相关设备的运动频率和运动状态都会迅速发生变化，这时就会因为设备间及水流的作用而出现更加明显的机械磨损。例如本厂机组曾经出现水导轴承磨损现象，进而导致机组振动大，影响机组的正常运行。而长期较为频繁的调整也可能会导致导叶筒体的L型法兰出现损坏现象，特别是法兰圈位置的胎体很薄，它在长期的工作扭动过程中会因为出现整体形变甚至破损，影响到设备的工作效率。另外AGC频繁调整也会导致机组压油装配的工作量快速上升，AGC的调整要求导水设备处于更加频繁的变化与调整之中，这也会导致油量的消耗量增加，油泵工作量和工作压力大大增加，严重影响到油泵的正常工作寿命，油泵的频繁启停导致油泵工作的间歇时间减少，进一步加剧了磨损。另外AGC控制和调整水轮机进行调整变化时，叶片在不同工作状态下所承受的应力也有所差异，在AGC工作状态，这种应力的变化也十分明显，长时间的金属应力作用下会导致叶片的可靠性及寿命受到显著影响，可能会到机组运行稳定性产生影响。

（3）AGC调节幅度过大带来的影响。AGC对于水电机组负荷变化幅度调整过大也会导致机组出现隐患。例如水电机组未处于满负荷运行状态时，机械尾部就会出现旋涡，而旋涡快速增大则会导致装置在冲击下出现机组振动过大。另外满负荷下的水力压头与其它负荷也存在较为明显的差异性，当AGC快速调整机组负荷时，水力压头也会快速增加或减少，进而对机组产生非常明显的影响。AGC对于负荷状态进行调整时的最直接影响因素是装置的机械叶片，叶片的开关状态在短时间内迅速发生变化，在这个过程中会大大增加叶片破损或脱落的风险。

3 AGC控制优化策略分析

当前电网在负荷调度方面已经实现了完全市场化运行，水电机组的机组负荷相对较小，负荷变化与调整能力较强，在新的市场形势下，水电机组应该充分挥发自身优势，有效满足用户用电需求变化和电网负荷调整要求。AGC控制有助于降低电厂的运行成本，确保机组的经济性。针对AGC控制中可能存在的问题，我们要采取有效措施进行优化调整，避免运行过程中出现问题和隐患。

（1）根据负荷对设备进行调节及再分配。传统的AGC控制是通过电网的AGC控制室对各个机组的装置进行控制，而采用现代化智能AGC控制则可以进一步细化整个调整过程，机组设备可以将各种讯息自动反馈给只能控制中心，整个控制过程将得到进一步细化，智能AGC控制可以根据系统反馈信号对某一个控制点展开更有针对性的控制，根据负荷变化的需要来改变控制点运行状态，特别要对峰值变化保持重视。另外水电厂要根据自身情况安排一台备用机组，以便能够适应AGC控制变化带来的运行状况变化。

（2）及时替换或更新老旧设备。AGC控制过程中，机组的各项配套设备将会处于处于频繁启停及运行状态变化之中，这也会加大设备的工作压力，降低设备运行稳定性。因此水电机组要根据机组的实际运行情况及时更换老旧设备，特别是一些无法适应AGC控制的精度较差设备。例如本厂机组整体寿命已经超过二十年，其中很多设备已经经过多次更新，但是在全新的AGC控制需求之下仍然無法有效满足使用需要。例如发电机的阀门在AGC调整下就会非常频繁的投入或切出，阀门的精确性无法得到有效保证，使用寿命也在持续下降。因此我们要根据机组原设计需求及AGC调整需要对设备进行更新与调整，更换为现代化设备，这也有效的提升了整个水电机组的工作效率。

（3）改善并加强受力部件。随着社会用电需求的变化，水电机组的负荷调整频率也在不断加大，设备在调整过程中的过快和过频繁现象时有发生，针对这种情况我们一方面要合理控制AGC系统，确保负荷变化速度能够控制在机组设计条件之内，尽量减少AGC调整对机组稳定性的影响。另一方面，AGC调整会导致机组的工作机械因为水流和外力作用而承受较大的工作压力，负荷变化过程中出现的磨损几率大大增加，因此我们可以及时对整个设备的关键部位进行材料更换，例如工作密封、空气围带和轴套等部件，有效改善和加强受力部件，避免设备在工作过程中出现破损。

4 结束语

在电力行业高速发展和变革的背景下，水电厂的运行同样也要进行优化调整，全面提高水电厂的经济效益与生态效益，实现水电资源的合理分配与利用。AGC运行能够有效优化水电厂的运行状态，根据社会用电负荷的变化及电网调度要求及时增减负荷，实现电厂运行效益的最大化和资源利用的合理化。

参考文献：

[1]张俊.水电厂机组AGC运行影响分析及控制策略[J].低碳世界，2017（20）：37-38.

[2]倪宏伟，盛锴，李正家.水电厂AGC控制系统性能分析及其优化应用[J].湖南电力，2016，36（01）：43-45.

[3]何常胜，董鸿魁，翟鹏，等.水电机组一次调频与AGC典型控制策略的工程分析及优化[J].电力系统自动化，2015，39（03）：146-151.

[4]黄德云.水电机组与电网协调控制技术的研究与应用[J].云南水力发电，2012，28（05）：108-111+115.

[5]陈铭.AGC发电机组分群控制策略的研究[D].大连理工大学，2012.