摘 要： 本文从抽水蓄能电站机组的运行方式和控制分层入手， 介绍了成组控制在电站控制中所处的位置， 进而详
细说明成组有功、无功控制的基本组成、结构形式以及各部分的功能。最后阐述了基于成 组的优化理念、并给出一个应用实例。
关键词： 成组控制 joint control ；自动发电控制 Automatic Generation Control （AGC） ； 自动电压控制
Automatic V oltage control（A VC） ； 优化 Optimization
1 引言
抽水蓄能电站作为一种特殊形式的水电站， 利用电力系统多余的电量 （汛期、 假期或后 半夜低谷电量） 把水由下库抽到上库， 在系统高峰负荷时发电运行， 具有调峰填谷的双重作 用，是电力系统最理想的调峰电源。 另外， 它还可以承担调频调相、 调压和事故备用等任务， 对保障电网的安全优质运行和提高系统经济性、 稳定性具有重大作用。 因此抽水蓄能电站 （尤 其是大型抽水蓄能电站） 一般作为电网直接调度的电站， 由总调进行控制。 目前， 我国已投 产或在建抽水蓄能电站大多采用了先进的集散控制系统
（DCS ,为实现电站级和调度级的成
组控制提供了软、 硬件条件。 而电力系统通信网络的不断发展， 也为实时信息传输提供强有 力的基础。 成组控制包括成组负荷管理、 成组电压管理； 在电站侧还设置了为提高机组和电 站整体效率的优化软件。
2 成组控制
2.1
机组的运行方式和控制分层
2.1.1 机组的运行方式 每台机组有三种运行方式，即成组运行方式、单机运行方式和试验运行方式。 （一） 成组运行方式
在成组控制方式下，机组现地控制单元 （LCU）按成组控制软件的指令控制机组的运行。 成组
控制方式的设置是建立在机组为远方控制的基础上。 （二） 单机运行方式
在单机方式下，该机组只响应来自电站层 HMI （人机接口界面）的命令，成组控制系 统无法
对机组进行启停控制以及负荷的设定， 但成组系统将自动地从电站的总设定值中扣除 在单机方式下机组的设定值，然后进行分配。 （三） 试验运行方式
在试验方式下，根据机组远方/现地开关的设置，机组既可在电站层 值内。
正常情况下，没有参加成组控制的机组选择“单机运行方式” ，机组跳闸后则自动切 至“试
验运行方式” 。当机组控制方式选择现地时，机组也转为“试验运行方式” 。为了设计 简化，可以取消试验方式的定义，将除“成组运行方式”外所有机组的状态定义为“单机运 行方式”。 2.1.2 机组的控制分层：
HMI上操作，也
可在现地HMI或传统控制盘上操作。 机组的输出不受成组控制系统的控制， 也不计入电站的 总设定
-现地控制层
—电站控制层 -调度控制层
当机组现地盘柜上控制方式旋钮选择“现地”时，表示机组可以通过现地 选择“远方”时则机组的控制权就交给“电站控制层”
HMI “自动”
。当
或“单步”执行操作员命令，也可由现地控制盘按钮实施控制，这就是“现地控制层”
，机组运行方式默认为单机。
，另一个是“自动模
HMI上逐
电站总的设定值也
在“电站控制层”，成组控制设置两种工作模式，一是“监视模式”
式”。当选择“监视模式”时，所有不在“试验运行方式”的机组都将自动转换到“单机运 行方式”。机组的启动、停止控制，有功、无功的设定值修改都由操作员在电站层 台完成。常规成组控制和优化只限于数据指示，
动模式”时，操作员可在电站层的 HMI上选择单机运行的机组加入成组， 开始有效，参加成组机组的有功和无功就由成组软件计算和分配。 由成组软件控制。
为实现成组控制，首先应该选择成组“自动模式” 组运行方式”。此时，操作人员还可以根据需要在电站层 电站侧；或者选择“远方”，把控制权移交到总调侧。
总调侧获取电站控制权后，“调度控制层”能够实现对电站总的有功、无功负荷的管理。 机组控制分层结构如图 1所示。
，再将需要加入成组的机组选择“成 HMI上选择“现地”，将控制权留在
并实时跟踪机组有、无功设定值。当选择“自
机组的自动启动和停止交
注：箭头表示控制命令的流向；黑圈加线段表示控制旋钮，白圈为选项
图 1电站控制结构图
2.2 成组负荷管理
成组控制的负荷管理部分根据水库有效水量和电站总有功功率设定值，
控制整个电站的
有功输出。 2.2.1负荷管理模式
负荷管理有三种模式：负荷设定模式、频率调节模式和频率辅助调节模式。根据电站 远方/现地开关的设置，这三种负荷管理模式可在调度侧或电厂进行选择。如图
2所示：
电站层 机组层
频碣助塢节按式$ 璨悴员说罡值
负荷莊践
岡期设定値D
现摊〔电站侧;（
池站嵐电福度
注：箭头表示控制命令的流向；黑圈加线段表示控制旋钮，白圈为选项
图2负荷（有功）控制结构图
1.
负荷设定模式
在负荷设定模式下，操作员可以选择日负荷曲线或操作员负荷设定值这两种方法。
当选择了日负荷曲线时，电站计算机按照日负荷曲线的给定值计算和分配机组的出 力。为了避免机组的频繁启停，
负荷曲线是负荷预告曲线。它以
在负荷曲线的变化需要启停机组时，
成组控制系统将检查以
后两个负荷点（15分钟或5分钟一个点）的负荷值是否有相同的要求后才发出机组的启停 命令。日
15分钟（有的地区采用 5分钟）为间隔的形式给
00: 00至 一般只能
出每天24小时的负荷设定值。日负荷曲线有当天和第二天两根负荷曲线。每天 第二天的负荷曲线的值设置为零。 线至电站侧并覆盖原先的曲线。
当选择了操作员负荷设定值时，电站计算机响应操作员输入值，在操作未解除或修改 该指定值之前，电站将维持该设定值不变。操作员负荷设定值是实时负荷设定值当电站处在 远方控制时，指定负荷设定值是通过与总调联系的通信链路（
2.
频率调节模式
这种模式采用周期设定值。在频率调节模式下，成组控制系统以最快的速度响应电网 AGC调节的要求（设定周期为4— 60秒），以维持电网的频率。为了避免由于通信信道干扰 而引起机组的频繁启停， 当周期设定值要求启动机组时， 点是否相同的要求后再执行（延迟两个周期）
。
但它对参与调节的电厂只
成组控制系统将检查以后收到的两
RTU通道）传送的。
日负荷曲线的修改根据调度制定的原则，
00: 15 （或00: 05）时，电站的控制系统自动将第二天的负荷曲线替代原当天的负荷曲线， 并将原由调度侧改动，所以电站侧相当于设置了只读方式。
当负荷曲线修改后， 总调再次下发该曲
电网AGC软件作为能量管理系统（EMS的重要组成部分，在电网频率调节，保证网 际联络线交换功率按交换合同进行和经济调度方面起着关键作用。 能发送正的有功值。因此对于抽水蓄能电站， 模式只能用于发电工况。
3.
频率辅助调节模式
这种模式是负荷设定模式和频率调节模式的组合。当电网频率在一许可的频带范围 内，成组控制系统将遵循负荷曲线或指定负荷设定值。当电网频率超出了设定的频带范围， 成组控制系统将自动接受周期设定值进行调节。该模式也只有在发电工况时有效。
AGC软件不能控制机组泵工况的起停，所以该
223有功负荷分配方式
发电工况下，电站总设定值是电站内所有工作在“单机运行方式”和“成组控制方式” 机组的设定值。成组控制只能控制处于“成组控制方式” 值减去所有运行在“单机运行方式”机组实际出力：
PJ=PG-于 I
式中P J :成组控制设定值
PG：电站总设定值（负荷曲线，操作员设定值或周期设定值 ） P : “单机运行方式”机组的实际出力
每台“成组控制模式”机组的运行出力限制在一定范围。 发电工况下，总调可能根据需要设置发电裕度， 发电裕度实际上是所要求的电站旋转备用容量， 数。由于受发电机组最小发电容量的限制，
发电工况下，该范围的最大值
电站
一般采用机组的铭牌出力，最小值则根据运行限制所带的最小负荷来确定。
在进行负荷分配时必须考虑该值。 它与电站总的负荷设定值相加来决定开机台
否则将使的机组运行在的低负荷区。 由于水泵实耗负荷受到实际水头的影
在水泵工况
“成
就是取设定值除以机组水泵消耗
如
下的机组出力和起停操作，但考虑
“单机运行方式”下的机组出力。因此， “成组控制方式”机组的负荷设定值是电站总设定
电站计算机对调度所设定的电站发电裕度进行检
不理会发电裕度值，并给出相应报警。
查，确保分配到每台运行机组的发电裕度不会过大， 果电站不能达到发电裕度的要求就只响应有功设定值，
水泵工况机组的入力根据机组只能按满负荷运行，
响，因此，电站的总有功负荷设定值不会象发电工况运行时那样得到准确执行。 运行时，成组控制按机组最大出力来考虑总设定值的分配， 组运行”水泵运行台数。 2.2.4 电站运行限制
功率的整数值为运行机组台数。 该值减去“单机运行方式”下的水泵运行机组台数就是
为了保证操作人员、机组、电站以及电网的安全，成组控制软件必须考虑限制因素。 1水位限制
上水库水位高或下水库水位低：抽水机组逐台停机 上水库水位低或下水库水位高：发电机组逐台停机 水库的低和高水位信号设定值是可调节的参数。 设置可防止电站对电网产生过大的负荷冲击， 组跳闸所需的时间。 2电网限制
电网频率高于xHz（ x>50Hz,可调）延迟t1 （可调）秒：发电机组逐台停机 电网频率低于yHz （ y<50Hz,可调）延迟t2 （可调）秒：抽水机组逐台停机 成组控制软件中，上述两个限制的动作都必须设置相应报警模块以及手动复归按钮。
各机组跳闸之间的间隔时间
（可调）的
最低和最高水位设定值必须考虑到电站所有机
2.3 成组电压管理
根据电站一次主接线开关的连接方式，成组控制软件电压管理部分将维持相应线路电 压在预先
设置的范围内。 2.3.1电压管理模式
电压管理有两种模式：电压控制模式和无功控制模式。根据电站远方/现地开关的设置， 这两种电压管理模式可在调度侧或电厂进行选择。 1 电压控制模式
在电压控制模式下，操作员可以选择日电压曲线或操作员电压设定值这两种方法。
根据
抽水蓄能运行工况的不同，通常设置有三种不同的电压曲线。 线。每根曲线由一天中电网允许的最低和最高电压点组成， 这些曲线不考虑一次主接线开关的分合状态。
它们分别是发电、抽水以及调
产生一条当天的电压曲
在日
点的间隔是15分钟（或5分钟）。
相电压曲线。成组控制软件将三种电压曲线与日负荷曲线结合起来，
电压曲线的修改和更新与负荷曲线类似。
电压曲线模式下，电压设定值是最高允许和最低允许值的平均值。
一般情况下，应该根据电压曲线计算出相应的控制死区。通常把 压死区外围，有一个调节范围。
3 — 5%的电压曲线区
域作为死区。死区范围关于中间值（设定值）对称。在死区范围内，成组控制不进行调节操 作。在电
如果实际电压在此范围内，成组软件将通过设定机
成组
如果实际电压落入该调节范围则通过 又将引起主变压器有载分接开关一次升
端电压值给励磁系统， 调节电压接近中间值。 对于主变设置有载分接开关的电站来说， 软件可以在上述调节范围的外围设置第二个调节范围， 的电压变化。 否则电压仍会在该调节区内， /降操作。 2无功控制模式
成组无功控制逻辑管理全厂发出
/吸收的无功功率，该功能还补偿（单机）无功发出 /
Mvar）,扣除所有单机运行模式下机组的
吸收的变化。该逻辑采用无功功率设定值的方法（
Q = QG - [Q
式中 Q J :成组控制的无功设定值
QG:电站总无功设定值，由操作员设定 Q:工作于“单机运行方式”的机组无功出力 成组无功控制软件还计算机组发出 台发电电动机的容量曲线，即
Qax（j）
改变有载分接开关的位置。第一个电压调节范围必须大于由于主变压器有载分接开关一次升 /降引起
无功值，剩余用作成组控制方式下机组的无功设定值。电站无功负荷分配如下式所示：
/吸收无功的最大最小限制值。限制值的计算依据每
成组机组无功限制值以及整个电站
=f（P）。限制值随着有功（P）的变化而变化。而电站总
的无功限制值，还应考虑单机运行机组的实际无功功率。 的无功限制值用于指导电站操作员和调度员设定值操作。 232调相机组台数
抽水蓄能电站同步调相运行适用于水轮机方向和水泵方向。 当电站在成组模式， 并且成
当调相
组无功控制投入，操作员可以在调度中心或电站侧为成组机组设定调相机组的台数。 机组台数与发电或抽水机组台数发生冲突时，后者具有更高优先级，应该首先得到满足。
3优化
对于总调来说，成组软件具有上述功能就已经满足实际应用需求。但在电站侧，一方
面要满足总调对于负荷的要求， 另一方面还应考虑机组以及电站整体效率。 化软件，使机组的效率以及电站的水量消耗达到最优状态。 要求电站发电裕度为零。
一个典型的应用是采用类似经济调度程序的软件， 机组应带负荷。该软件在均分负荷的基础上， 依据是发出相同负荷时电站所消耗的水量。
根据电站总的负荷设定值， 计算每台
并且保证 包括机组 。优化评判的
为每台机组加上正的或负的偏置量， 优化软件需要采集机组控制单元参数，
这就需要设置优
优化软件仅适用与发电工况，且
总负荷值不变。因此该软件投入的条件至少有两台机组加入“成组运行方式” 实际负荷值，机组尾水流量等。 公共参数由相应的公共单元提供，
包括总的负荷设定值、水
头、输水水道的损耗等。水轮机组的效率曲线则可以与软化软件存储与同一物理存储器以方 便调用。
4结语
成组控制软件作为抽水蓄能电站监视控制系统的重要组成部分，它把整个电站当成一 个可控的实体， 从全局上对电站的负荷、 电压进行有效的管理，对于提高电站供电质量、安 全运行水平、 劳动生产率和经济效益负荷有着重要的意义。 成组控制软件与调度侧能量管理 系统的联系丰富了调度的控制策略， 能够使抽水蓄能电站充分发挥自身调节手段多样、 响应 速度快的特点。 当然， 成组控制软件的投入也有助于电站实现真正意义上的无人值班少人职 守的运行目标。 参考文献：
[1] 高伏英 自动发电控制的基本原理及应用 华东电力调度中心 2006 [2] 谢云敏 水电站计算机监控技术 中国水利水电出版社， 2006.7.1 [3] 于尔铿，刘广一，周京阳 能量管理系统（ EMS） 科学出版社， 1998
[4] 汪军，张红芳，周庆忠，方辉钦，谢亚平。 我国抽水蓄能电站计算机监控技术评析 水电自动化和大 坝检测 2002年 01期
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