AGC运行对水电机组的影响及厂内控制策略的研究项目申请书

附件一：编号中国华电集团公司科技项目申请书项目名称：AGC运行对水电机组的影响及厂内控制策略的研究与实施申请单位：浙江华电乌溪江水力发电厂起止时间：2004年01月至2004年12月项目负责人：沈佩麟通信地址：浙江省衢州市迎和小区乌溪江水电厂邮政编码：324000联系电话：[phone]传真：[phone]申请日期：2003年09月1简表项目名称AGC运行对水电机组的影响及厂内控制策略的研究与实施项目负责人姓名沈佩麟单位浙江华电乌溪江水力发电厂性别男年龄53专业水动职称高工项目分类技术攻关新技术开发新产品试制技术引进消化吸收应用理论基础研究软科学研究推广√项目组人数11其中高级职称4中级职称5研究生初级职称协作单位协作形式申请金额(万元)150研究起止年月2004年01月至2004年12月其中资助150万元自筹项目内容、意义和预期成果摘要[项目内容]通过研究水力发电机组频繁在过渡过程、低负荷区运行过程中，空化、空蚀现象发生的机理以及对材料侵蚀、结构破坏、振动、噪音产生的影响，作出频繁开停机、大范围AGC调节对水力机组的效率和使用寿命影响的评估。在此基础上，对梯级调度水电机组厂内AGC控制策略进行研究，并通过有效的实施方法和手段，实现梯级电站的自动发电控制和经济运行，且有全厂调频功能。控制策略中应考虑以下内容：1、全厂发电控制运行方式设定2、自动调功运行3、自动调频运行4、厂内经济运行5、梯级经济运行此外，控制策略中还应考虑自动电压控制(AVC)方式。总之，梯调及站调的自动发电功能AGC全部实现，梯级经济运行可闭环运行，亦可开环指导。同时，为满足对巨化公司供水的需要，AGC实现水轮发电机发电、调相自动定时轮换功能。[项目意义]1.理清不同机组在不同条件下的最优运行工况，通过软件合理自动地安排全厂机组运行方式，提高机组等效可用小时；2.最大限度地减少省调AGC对水电机组健康、安全运行带来的不利影响。3.实现整个梯级和厂内经济运行，提高梯级电厂经济效益，提高电能生产的质量和电站安全运行水平。适应电力市场竞价上网的需要。4.在电力经济市场不断完善深入、竞价上网大趋势下，如何提高设备可靠性，2降低设备缺陷发生率，实现经济运行，是提高企业经济效益的重要途径。[预期成果]1．优化机组运行方式，避开非稳定区和汽蚀区运行，提高水力机械使用寿命；2．研究确定机组最佳调节规律，消除机组正常稳定运行的不利因素；3．验证水力部件的力特性，选择最优调节参数，保障机组安全运行。4．通过最优、合理的AGC控制策略研究，并通过可行、合理的软件设计，即以梯级总发电耗水量最小为优化准则，计及各种约束条件，包括上、下游水位，确定湖黄两站间的负荷优化分配，达到我厂机组AGC控制策略的最优化，减少机组运行的不安全因素，最大限度地降低电网AGC运行对我厂机组的不利影响。5．为满足对衢化供水的需要，AGC实现水轮发电机发电、调相自动定时轮换功能。3一、本研究项目的科技依据（包括科技意义和应用前景，国内外研究概况、水平和发展趋势；应用理论基础研究项目应阐述学术思想，立论根据，特色或创新之处，主要参考文献目录及出处；推广项目说明成果成熟程度，适用范围，以及成果的知识产权等问题）[项目背景]由于大电网技术和经济管理的需要，省网并入总网的主要线路电力和电量的输送均需严格控制，因此省内主力发电机组均投入了AGC运行，我厂作为主力顶峰、守口子电厂，目前，我厂7台机组均以单机的形式参与省调的AGC调节运行。机组开停机次数非常频繁，每年平均每台机达到2800余次，单台机AGC调节范围从空载至满负荷调节，使机组常运行于振动区、气蚀区，造成水力机械结构部件上的缺陷较以往有所增加，如转轮叶片裂纹、尾水管补气短管脱落、导水机构双联臂背帽松动、剪断销经常剪断等缺陷时常发生。这样，不利于机组长期安全、稳定运行。为了找到产生上述问题的根源及消除的办法，我厂将开展频繁开停机、AGC运行对机组影响的课题研究。在此基础上，找到一种切实可行的办法和实践措施，以全厂形式参与AGC运行，即通过我厂已建成的实时监控系统，通过一定的通讯手段和通讯方法，实时接收省调发出的总调节负荷，并根据我们对各台机组振动、摆度、压力脉动、气蚀区等方面的深入研究情况，能快速地进行经济、合理的负荷计算，实时分配到参与AGC运行的机组，以最优的控制策略进行跟踪调节，从而达到最优、经济地分配负荷的目的，也为水电机组的竞价上网作好准备。这个项目的难点在于控制策略的研究和实时性的实现上。[应用前景]对类似水力机组运行工况、运行方式的安排，优化调度，积累数据，提高设备安全可靠运行，有重要的借鉴和推广价值。找到真正最优的机组控制策略，实现厂内AGC最优经济控制，提高自动化水平、降低运行成本同时增加总发电量，带来经济效益，减少省调AGC运行对我厂机组的不良影响，确保机组安全、稳定、可靠运行，同时能适应电力市场的需要，其应用前景宽广。本研究成果对提高电站自动化水平具有重要意义。对电力生产有指导作用，可应用于实际生产中。[国内外研究概况]频繁开停机、AGC运行方式对水力机组所带来的负面影响，虽然各水电厂已有所研究，但从定量角度系统地研究频繁开停机、AGC运行方式对水力机组的影响和使用寿命影响评估，及对频发缺陷发生机理等，在国内尚属起步阶段。而且，水电机组每台机均有其运行的特殊性和复杂性，通过对各台机组振动摆度、气蚀、各水头下的运行效率等状况的研究，并考虑机组耗水、梯级来水等综合因素，能找到最优的机组控制策略，真正实现厂内AGC最优经济控制，确保机组安全、稳定、可靠运行，同时能适应电力市场的需要，满足省调AGC对我厂机组的运行要求，在国内水电机组运行中开先河，是这个项目研究的目的所在。根据国内外文献资料统计和实践得知，实行水电站厂内经济运行可增加水电站总发电量1%-3%；对梯级水电站群进行经济运行可获得更大的效益，如法国罗纳河上十二个梯级水电站的联合调度，提高效益4%。4随着流域水电站的梯级开发出现梯级水电厂，国内对梯级水电厂的优化运行技术的研究相对落后，尤其是工程实用化技术的研究尚处于不完善、没有系统的成熟方法状况，迫切需要对梯级水电厂的优化自动发电控制技术进行研究。而这种技术恰恰能极大地提高自动化水平、降低运行成本同时增加总发电量，带来经济效益。目前国内外一些水电厂已实现了自动发电控制，但对优化运行的处理较简单，在实际工程中，对梯级电站的优化运行虽然也作了一些研究，但没有考虑电站不稳定流的影响，事实上由于不稳定流的影响导致电厂并不能达到优化运行的目的。梯级电站之间由于不但存在电的联系，而且存在水的联系，处理起来较复杂，在梯级水电厂电站间实时优化发电控制模型及求解方法研究方面，考虑水流流达时间因素的梯级水电站优化自动发电控制模型。采用梯级发电耗水量最小的准则对两级电站进行了建模和分析研究。5二、研究、推广应用内容和预期成果（说明项目的具体研究、推广内容、技术关键和重点解决的技术问题，预计达到的技术经济指标，预期成果和提供的形式及其依托工程，应用该成果的单位落实情况和可能应用的其它工程或单位及效益。[项目内容]1．AGC运行对水电机组影响的研究根据水力发电机组振动的特点和结构动力学的基本原理，通过对机组摆度、振动、位移、水压脉动及动应力和加速度的测试，可以全面反映出机组运行稳定性的好坏。在试验中，可采用电测法进行测试，用一些必要的仪器和测试手段，如用电涡流传感器测摆度、振动传感器测振动位移、测汽蚀加速度和超声传感器测汽蚀，用动态应变计测动应力，并通过一些智能数据采集装置自动采集和在线保存、记录所测的信号。1）测点布置与测试系统正常工作水头下机组振动摆度、压力脉动、汽蚀等测点布置（由现场测试条件确定）如下：⑴上机架水平和垂直振动频率及振动幅值；⑵定子机座水平和垂直振动频率及振动幅值；⑶下导轴承水平和垂直振动频率及振动幅值；⑷顶盖水平和垂直振动频率及振动幅值；⑸上导摆度和相位；⑹下导摆度和相位；⑺水导摆度和相位；⑻顶盖水脉动压力；⑼蜗壳水脉动压力；⑽尾水管水脉动压力；⑾蜗壳钢管和尾水管的动应力；⑿水轮机空化噪声。测试系统示意图如下：62）测试工况为掌握机组运行振动和汽蚀等的基本规律，找出造成振动和汽蚀的真正原因，应对机组在正常工作水头下进行下列工况的测试：⑴变转速试验：工况：70%ne、80%ne、90%ne、100%ne、110%ne、120%ne（ne为机组额定转速）。⑵变励磁试验工况：25%Ue、50%Ue、75%Ue、100%Ue（Ue为发电机转子额定励磁电压）。⑶变负荷试验工况：0MW、10%Pe、20%Pe、30%Pe、40%Pe、50%Pe、60%Pe、70%Pe、80%Pe、90%Pe、100%Pe（Pe为发电机额定有功）。⑷甩负荷试验工况：甩25%Pe、50%Pe、75%Pe、100%Pe（Pe为发电机额定有功）。摆度、位移、水压、汽蚀和加速度可以直接根据标定记录对采集到的信号进行转换，由此即可得到机组对应的各种摆度、压力脉动值和汽蚀情况。通过研究机组在正常运行方式各工况下和AGC运行方式下的振动、摆度及水压力脉动情况，积累数据，找出规律。根据正确测得机组在各运行工况下的振动、摆度及水压力脉动值，结合机组出现的各种故障症状，进行系统研究，研究对材料侵蚀、结构破坏、振动、噪音产生的影响，研究水力机组频繁在过渡过程、低负荷区运行，空化、空蚀现象发生的机理，并在积累大量试验数据的基础上，对水力机组的效率和使用寿命影响的评估。2）AGC控制策略的研究和实施由于自动发电经济运行是水电站实现无人值班成功的关键。通过对水电机组厂内AGC控制策略的研究，实现梯级电站的自动发电控制和经济运行。且有全厂调频功能。智能数据采集及处理系统机组振动摆度、压力脉动及相关信号位移传感器机组汽蚀信号及相关信号打印机智能数据采集及处理系统加速度传感器摆度传感器水压传感器加速度传感器超声传感器7控制策略中应考虑以下内容：⑴全厂发电控制运行方式考虑到电厂有梯级调度中心和电站本地控制，相应的，全厂的运行方式有：.梯调/厂站控制的运行方式.站级系统开环/闭环运行方式.站级系统的手动/自动控制方式.站级系统的全厂给定负荷/给定负荷曲线方式运行方式可由运行人员通过人机联系进行设置切换。在闭环运行方式下，可以实现电站的手动或自动发电控制功能；而在开环运行方式下，控制系统只进行监视，不进行控制，即所有的过程控制命令均被闭锁。在手动控制方式下，运行人员可通过计算机监控系统人机接口设备直接发出机组的开机、停机命令、调节命令及其它控制命令，自动控制功能如AGC、AVC等被闭锁；在自动控制方式下，可以实现各种自动控制功能，如自动经济运行、自动电压控制等，可以自动发出开、停机命令、调功命令及其它控制命令。同时，系统具有控制权限控制功能。系统控制权是指梯调中心控制系统与电站控制系统之间的控制权管理。现地具有系统控制优先权，即系统控制权的设置由现地运行人员完成，远方可以申请系统控制权，但需由现地运行人员认可。当系统控制权为远方时，现地若遇到紧急情况，运行人员可以将控制权切为现地。⑵AGC运行方式自动发电控制分现地AGC和远方AGC两种。现地AGC按现地运行值班员设置的参数或监测的参数运行。远方AGC则按由远方调度系统（即省调度通信中心）自动设置的参数运行。AGC功能根据给定的运行方式，如全厂调功方式、负荷曲线方式、调频方式等，将自动跟踪系统频率、全厂总功率给定值或全厂负荷曲线等，计算出功率调整值或全厂应发总功率。经济运行(EDC)功能将全厂应发总功率按优化准则分配至每台运行机组。系统在接收到全厂有功给定值后，扣除不参加AGC机组的实发功率值，再将剩余部分分配到参加AGC控制的机组中去。根据参加AGC机组的组合情况，全厂AGC的调节容量可变。8在AGC控制过程中，全厂AGC控制系统的响应速率为50%最大调节容量/分钟。为避免频繁开停机操作，电厂控制系统在响应调度发来的AGC控制指令的同时，考虑旋转备用容量。⑶自动调功运行全厂及各站自动调功方式按给定负荷或按日负荷曲线方式运