3 水电厂自动发电控制系统（AGC）
目录
3 水电厂自动发电控制系统（AGC） (1)
3.1.1 水电机组的类型 (1)
3.1.3 水电机组的响应特性 (4)
3.2.2 水轮机调速器系统 (5)
3.3 水电厂全厂负荷控制策略 (10)
3.4 水电厂AGC 控制对一次设备的影响 (12)
3.5 本章小结 (12)
3.1 水电机组的类型与响应特性
3.1.1 水电机组的类型
水电机组是由水轮机和发电机等组成的，发电机的响应特性比水轮机的响应特快得多，因此水电机组的响应特性主要取决于水轮机的响应特性。
近代水轮机分成两大类：反击式和冲击式，如图3-1所示。
在转轮内转换成固体机械能的水流能量形式是位能、压能和动能的水轮 机，称为反击式水轮机。在这种水轮机中，从转轮的进口至出口水流压力是逐渐减小的。转轮中的水流具有大于大气压的压力，充满全部流道。根据转轮区域水流运动方向的特征，反击式水轮机又分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式等不同型式。
头部跟踪在转轮内转换成固体机械的水流量形式仅仅是动能的水轮机，称为冲击式水轮机。在这种水轮机里水
流沿转轮斗叶流动过程中压力保持不变（一般等于大气压），具有与空气接触的自由表面，转轮不是整周进水。根据转轮的进水特征，冲击式水轮机又可分为水斗式、钭击式和双击式等不同的型式。
分度机构图3-1 近代水轮机类型
3.1.2 各型水轮机的特点
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1）混流式水轮机
混流式水轮机又叫法兰西斯水轮机。水流沿径向进入转轮，然后大体沿轴向自转轮流出。混流式水轮机由于应用水头适合多数地区的需要，以及结构简单、运行可靠且效率高，是现代应用最广泛的一种水轮机。
在我国已建水电站中混流式水轮机采用最多。例如（单机容量）：二滩550MW、瀑布沟（600MW）等。
2）轴流式水轮机
轴流式水轮机转轮区域的水流是沿轴向流动的，水流在导叶至转轮之间转为轴向，然后进入转轮。根据转轮桨叶在运行时是否可以转动，轴流式水
轮机分为轴流定浆式和轴流转浆式（又称卡普兰式）两种。
轴流定浆式水轮机在运行时其转轮浆叶固定不动，制造简单，但它处于高效区的流量和出力范围远较混流式窄，当离开高效区运行时效率急剧下降。因此，这种水轮机多用于功率不大和水头变化幅度小的水电站。目前它的应用水头一般为3～50 米。
轴流转浆式水轮机在运行时其转轮浆叶可以转动。由于桨叶的转动与导叶的转动相配合，实现流量和出力的双重调节，使其高效区的流量和出力范围显著扩大，并提高了它的运行稳定性。凡水头变化大
的中低水头电站，多采用轴流转浆式水轮机。
3）斜流式水轮机
斜流式水轮机转轮区域的水流是斜向流动的。由于转轮叶片可以转动而实现双重调节，它象轴流转桨式，处于高效率区的流量，出力范围大。又因叶片轴线与水轮机轴线斜交，它象混流式，可比轴流式装较多的的叶片（一般为8－12 片），应用水头为30～200米。
小型振动器
该水轮机除了转轮和转轮室有其独特的形状结构外，其余部件完全和混流式水轮机相同，导水机构为辐向式，这样的布置使结构趋于简单。经实测证明，斜流式水轮机可以在比较宽的负荷范围内稳定运行，有较高的平均效率，然而由于该电站两台机容量小，在系统中担任基荷，不能充分发挥作用。而其缺点却相当突出，如结构复杂，可靠性低，容易漏油而造成污染，在吸出高度Hs＝－8m条件下运行，其空蚀现象仍比较严重，后来把转轮和转轮室改为不锈钢材料后，空蚀破坏才有所改善。由于斜流式水轮机在与混流式或轴流式水轮机的比选中无显著特点，因此，在全国的水电设计中很少采用。
4）贯流式水轮机
这是一种流道呈直线状的卧轴水轮机，其转轮与轴流式相似，可作成定桨和转桨两种。贯流式水轮机的主要优点是：水流基本上沿轴向，不转弯，提高了效率和过流能力；由于流道外形象管子且主轴卧
置，可缩短机组高度、间距和简化厂房水工结构，减少土建工程量。贯流式水轮机适用于水头25 米以下的低水头电站。目前常用灯泡贯流式、竖井贯流式和轴伸贯流式，其中灯泡贯流式应用最普遍。
5）水斗式水轮机
水斗式水轮机又称培尔顿水轮机，其特点为从喷嘴出来的射流是沿转轮圆周切线方向冲击在斗叶上作功的。小型水斗式用于水头40～250 米。大型水斗式用于水头在400－450米以上的水电站。
6）双击式水轮机
双击式水轮机在工作时，来自喷嘴的水流首先从转轮外周进入叶片流道，大约70～80％的水流能量变成转轮的机械能，然后离开流道穿过转轮中心部分的自由空间，第二次从内周进入叶道，剩下的20～30％的水流能量，再转变为转轮的机械能。最后水流由转轮外周泄走。双击式水轮机结构简单，但效率低，用于小型水电站，适用水头10～150 米，出力达到300 千瓦。
7）斜击式水轮机
在斜击式水轮机中，由喷嘴出来的射流不是沿着切向，而是沿着与转轮旋转平面成某一角度（大约22.5°）的方向，从转轮的一侧进入斗叶，再从另一侧离开斗叶。斜击式适用于水头50～400 米，主要用于混流式与单嘴水斗式均不适宜的水头和出力范围。
我国高水头、大容量的水电能源点开发甚少，冲击式（包括水斗式、双击式、斜击式）水轮机选用不多。
3.1.3 水电机组的响应特性
水电机组的响应特性包括有功功率响应特性和无功功率响应特性。
无功功率的调节过程无机械环节，惯性小，且调节精度指标宽。例如新安江水电厂无功功率调节，要求220kV 母线的电压保持在244kV 至204kV 范围内，其技术指标是比较宽松的。因此调节过程很快，一般无功功率突变量试验测得均在十几秒钟内调节结束。
有功功率的调节是通过调速器改变导的叶开度，控制水量的变化来实现的。由于水量的变化和导叶的开度并非是线性关系，而且由于引水管的长度引起水量变化的滞后效应，因此有功功率调节容易超调甚至发生振荡，从而延长了调节过程。目前大部部份水电厂已将老式的调速器更新为微机型的调速器，采用PID 调节方式，调节品质大大改善。
3.2 水电厂有功调节系统
有功功率调节系统包括有功功率给定和有功功率调节两部份组成。
3.2.1 有功功率给定方式vobu
有功功率给定方式有：调度所给定，负荷曲线给定，或通过键盘在显示器上实时设定等方式。
调度所给定电厂有功功率有二种方式，即调度所给定全厂总功率，然后由电厂监控系统分配到机组；或调度所直接给定机组功率。
采用的给定全厂总功率方式，可便于电厂根据机组的具体情况（如避开机组运行的振动区，功率上下限等）更合理地在机组间分配负荷，且容易采取适当的措施提高有功功率的调节精度。例如，当某台机组因故不能及时响应系统的给定功率变化时，则可在调节系统程序中增加积分环节，适当选择积分速率，即可自动调整功率给定值，将功率差值转移到调节性能正常的机组上，从而满足了系统功率调节的要求，提高了系统功率调节品质。
当现地控制单元级（LCU）即机组控制器接收到机组功率设定值后，由于新型的微机调速器调节品质较好，以PID 调节方式调节机组有功率即可达到较为满意的效果。
当丰水季节水位较高时，为了防止弃水可采用负荷曲线给定运行方式，或通过键盘在显示器上实时设定等方式给定机组功率。
电子念佛器3.2.2 水轮机调速器系统
现代调速器的系统结构可分为调节器和电液随动系统两大部份。
（一）调节器的系统结构模式
调节器的系统结构模式主要有PC模式、双PC模式、带通信双PC模式、双PCS模式、带通信双PCS模式等。
1）PC 模式
PC 模式是指单系统模式的PC 调节器，其系统如下图所示。
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