水電站機組一次調頻與AGC性能優化

何常勝,舒榮,劉興福,董鴻魁,吳永智

(1.云南電網公司電力研究院,昆明 650217;2.華能瀾滄江水電有限公司,昆明 650217)

水電站機組一次調頻與AGC性能優化

何常勝1,舒榮1,劉興福1,董鴻魁1,吳永智2

(1.云南電網公司電力研究院,昆明 650217;2.華能瀾滄江水電有限公司,昆明 650217)

闡述了水電站機組AGC與一次調頻功能運行現狀,并對4號機組進行試驗分析,指出機組AGC與一次調頻控制存在的配合缺陷,并對不匹配問題進行了優化改進。

一次調頻;AGC;景洪水電站

1 前言

目前,抑制電網頻率的重要措施是一次調頻和自動發電控制AGC(Automatic Generation Control)下達的二次調頻,一次調頻是指當外界負荷發生變化時,機組調速系統根據頻率偏差迅速做出響應,自動地控制機組有功功率,保持電網有功功率的平衡和頻率的穩定;AGC下達的二次調頻是通過修改有功給定來控制發電機有功出力,從而從宏觀上跟蹤電力系統負荷變化、維持電網頻率等于額定值,在電網頻率恢復過程中,二次調頻正確動作釋放一次調頻備用以實現頻率無差調節。一次調頻與AGC下達的二次調頻對電網頻率的控制是一個協調互補的關系,電網頻率在系統正常運行時始終處于波動狀態,機組一次調頻不斷動作,同時電站AGC下達指令頻繁,一次調頻與AGC配合將直接影響機組穩定運行,因此需要對二者的協調性進行優化,確保二者正常發揮功能,文中通過對景洪水電站機組一次調頻與AGC運行現狀分析,結合規程對一次調頻與AGC協聯關系要求,給出能夠較好解決水電站一次調頻與AGC配合問題的建議。

2 機組與調速系統概述

某水電站安裝有5臺單機容量350 MW機組,總裝機容量1 750 MW,以500 kV及220 kV電壓等級接入云南電網,在系統中擔負基荷、調頻、調峰及事故備用等任務。調速系統電氣部分采用MicroNet Plus硬件平臺,機械液壓系統電液轉換元件采用德國博士公司生產的比例伺服閥,主配壓閥具有頻率控制、功率控制、開度控制、快速同步、暫態補償、適應式變參數、坡度式加負荷、在線自診斷及處理等功能。機組空載運行時,調速器按照頻率控制模式工作,頻率人工死區Ef= 0,給定值為電網頻率,機組頻率跟蹤電網頻率;并網后自動設定在開度控制模式工作,頻率給定值fc=50 Hz,Ef大小由電網調度確定,當電網(機組)頻率與頻率給定值頻率偏差超過頻率死區后,調速系統根據這個偏差信號變換為與永態轉差系數bp成反比的機組頻差調節功率ΔP完成一次調頻任務。AGC下達的二次調頻采用開關量增減脈沖信號來修改調速器的給定值,AGC計算根據功率偏差生成增減脈沖,脈沖寬度取決于功率偏差的大小,功率偏差為正則發出增脈沖,功率偏差為負則發出減脈沖。在調速器內部有一個給定值積分器,保持當前的給定值,增脈沖使給定值增大,減脈沖使給定值減小,景洪水電站機組對應的AGC功率控制系統模型如圖1所示。

圖1 水電站機組調節系統控制框圖

圖1中Ts為開度積分時間常數、Kd為爬坡式加負荷前饋增益、Th為坡式加負荷時間常數、Kp為比例增益、KD為微分增益、T1v為微分時間常數、KI為積分增益,bp為永態轉差系數。

3 一次調頻與AGC運行現狀

水電站AGC與一次調頻配合方式為全廠無AGC指令分配時,一次調頻動作引起的負荷偏差疊加到全廠負荷給定值,給定負荷分配于每臺機組,如果單機負荷與實際負荷反饋差值40 s內未超出在功率死區,判斷有功調節到位,單機有功調節退出,否則繼續下發功增/功減脈沖。單機給定負荷與當前負荷差值三分鐘內仍未進入功率死區,則判功率調節超時,單機有功調節退出;全廠有AGC指令分配時,一次調頻動作則屏蔽AGC指令,一次調頻優先。

該水電站一次調頻積分電量不達標,對5號機組重新進行一次調頻與AGC配合試驗,發現AGC負荷指令下達,一次調頻同時動作時,當一次調頻動作時,如此時AGC有負荷指令下達,則一次調頻暫時屏蔽AGC指令,但調速器的導葉給定跟隨AGC負荷指令在調速器內進行積累,在短時間內達到100%,當一次調頻退出或者穩定后,這個積累量會一次性變為實際給定值,導致導葉全開,如圖2。由于當時試驗水頭較低,負荷最高至310 MW,有幸避免機組過負荷事故,試驗結果說明全廠有AGC指令分配時,一次調頻與AGC配合存在嚴重缺陷。

圖2 某#5機組一次調頻與AGC聯調錄波圖

為查明一次調頻與AGC配合缺陷的緣由,對4號機組再次進行一次調頻與AGC試驗,試驗情況如下：

3.1 全廠AGC退出時一次調頻試驗

水電站機組的一次調頻參數設置：頻率死區設定為Δf=0.05 Hz、Kp=3、KI=2、KD=0、bp=4%,無限幅,全廠AGC退出時一次調頻試驗結果如圖3,從圖3中看出,在施加0.2 Hz的頻率擾動下,根據Δy=Δf×bp,導葉開度變化7.5%,且無AGC功增、功減脈沖信號下達,一次調頻動作正確。

圖3 某#4機組全廠AGC退出時一次調頻錄波圖

3.2 全廠AGC投入時一次調頻試驗

AGC投入時一次調頻試驗如圖4、圖5：

圖4 某#4機組全廠AGC投入連續兩次一次調頻錄波圖

為防止調速器大幅開導葉,圖4試驗解除了AGC到調速器功增、功減脈沖信號。

圖5 第二次一次調頻動作AGC下發負荷指令時試驗錄波圖

從4號機組一次調頻與AGC試驗得出：

1)全廠AGC投入且無負荷指令下發時,一次調頻動作引起的負荷偏差將使全廠負荷發生變化,此時全廠有功調節是退出狀態,不會抵消一次調頻產生的負荷偏差,一次調頻動作正常, AGC與一次調頻不會發生沖突;

2)全廠AGC有負荷指令下發時,AGC負荷分配值與實際反饋差值40 s內未超出在功率死區,判斷有功調節到位,單機有功調節退出,差值三分鐘內仍未進入功率死區,則判功率調節超時,單機有功調節退出;

3)全廠AGC投入且有負荷指令下發或機組實發值與全廠AGC負荷分配值不一致時,此時一次調頻動作,AGC下發的負荷調節脈沖累積于調速器導葉給定,在AGC沒有調節指令或一次調頻結束后,調速器把累積的給定值一次性全部開出,機組負荷大范圍變化,如圖4、圖5中,第一次一次調頻動作產生的負荷差值疊加于全廠AGC負荷給定值,全廠AGC對每臺機組負荷進行重新分配,而單機實際負荷反饋與AGC負荷給定值差值40 s內仍未超出功率死區,此時次一次調頻動作,全廠分配給單機的負荷將超過功率死區增減脈沖將持續下發且累計于調速器內,從而解釋了2012年底5號機組一次調頻試驗。

4 坡度式加負荷對AGC的影響

景洪水電站機組調速器具有坡度式加負荷功能如圖6,它操作PID反饋加速控制對導葉開度變化的響應,在AGC負荷指令變化時,反饋信號提供到PID控制的積分器上。坡度式加負荷在機組頻率不穩定時,自動退出,當頻率穩定時,重新投入。在導葉開度坡度式加負荷期間,PID控制仍響應于實際機組反饋。坡度式加負荷投入前后仿真對比如圖6,其中 Ts=3、Kd=0.8、Th= 0.5、Kp=3、KI=2、KD=0、T1v=0.2、bp=4%。

圖6 坡度式加負荷投入前后仿真對比

從圖6可以看出坡度式加負荷引入調速器后,以犧牲機組穩定性,貢獻于系統穩定性,景洪水電站調速器各項試驗滿足 《云南電網發電機組一次調頻管理規定》,調節性能較好,調節時間能夠滿足規定需要,不建議投入使用。

5 改進建議

現在很多水電廠的調速機構不能實現一次調頻和二次調頻的共同疊加。所以在二者的配合上,應該滿足以下條件：

機組在執行AGC調節任務時不應該受到一次調頻功能的干擾;一次調頻在AGC調節間斷時期應該正常響應;一次調頻在動作過程中如果有新的AGC調節命令,應該立即執行AGC調節命令;機組的一次調頻動作引起的全廠總功率的偏差應該不能被監控系統重新調整回去。

根據以上要求,對水電站一次調頻與AGC協聯關系給出如下改進建議：

1)監控系統采取在全廠無AGC指令分配時,不得屏蔽機組一次調頻功能。當頻率在一次調頻死區之內時,若AGC指令有變化,監控系統可以短暫閉鎖發電機組一次調頻功能,完成二次調頻過程。

2)當頻率超過一次調頻死區時,監控系統不得屏蔽AGC指令,若發電機組一次調頻動作響應方向與AGC指令同時動作時,監控系統可以短暫閉鎖發電機組一次調頻功能,或著采取AGC指令與一次調頻指令直接疊加的方式,完成二次調頻過程。

3)坡度式加負荷功能影響機組穩定運行,不建議投入使用。

6 結束語

隨著云南電網大容量水電機組所占比例不斷提高,參與一次調頻的大容量機組越來越多,對保持電網頻率穩定的作用也越來越重要,本文提出了某水電站目前AGC指令與一次調頻配合存在的問題,并提出了優化方案;對坡度式加負荷功能對機組穩定運行影響進行仿真對比,給出了投用建議,這對其它水電站優化AGC與一次調頻功能協調關系,發揮水電機組一次調頻與AGC各自的最大作用有參考意義。

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1月22日,在1 000千伏特高壓練塘站內,身高1.2米、體重50公斤的白色智能巡檢小機器人緩緩地駛出充電室, “精神抖擻”地開始了一天的設備巡視。這個可愛的白色機器人,有個響當當的名字,叫 “智能衛士”。在1 000千伏特高壓場地內,機器人接收遠方指令,沿著地面上鋪設的磁軌道,以每秒0.6米的速度穩步前進,進行設備巡視。每到一個觀測點,它會自動停止 “腳步”,轉動 “千里眼”,憑借遠紅外線掃描出設備發熱點情況,將設備外觀、斷路器/閘刀分合閘狀態、設備本體和接頭的紅外測溫、表計讀數等,清晰地傳輸到練塘站控制室,讓工作人員足不出室就能了解到現場運行狀況。電量不足時,它會自動返回充電室完成充電,并重新駛回中斷點繼續工作。

據介紹,1 000千伏特高壓練塘站是皖電東送特高壓工程的最后落腳點,承擔著本市三分之一的區外來電。整個練塘站共有5 000個左右的測溫點,2 000多個表計需要讀取,靠人工不可能做到每天巡檢這么多點,有了智能機器人,不僅大大減輕了工作人員巡檢工作量,更能準確發現站內設備熱缺陷等事故隱患,及時報警。機器人能經受住高溫、狂風、暴雨等惡劣環境的考驗。單臺巡檢機器人的應用,每周能減少人員工作量約26小時,平均每天節約社會勞動時間4小時。

國網上海檢修公司在智能巡檢機器人原有巡檢功能基礎上,還增加了變電站設備異物識別和設備異常聲音采集與分析功能。這種基于聲音辨別電力設備故障的檢測技術,填補了機器人巡檢領域的空白,已經達到國際先進水平。從今年開始,上海將陸續在12座500千伏超高壓變電站內使用智能機器人。

(信息來源：北極星智能電網在線)

Optimization of Primary Frequency Regulation and AGC in Unit of Jinghong Hydropower Station.

HE Changsheng1,SHU Rong1,LIU Xingfu1,DONG Hongkui1,WU Yongzhi2
(1.Yunnan Electric Power Grid Research Institute Kunming 650217 Yunnan China; 2.Huaneng Langcang River Hydropower CO.,LTD Kunming 650217 Yunnan China)

The present situation of AGC and primary frequency regulation in the Jinghong hydropower station is described,test and Analysis on the No.4 unit.The unit of Jinghong hydropower station AGC and primary frequency control in the match,and the mismatch problem is improved,to ensure that the AGC and the primary frequency modulation function of both the normal play a role.

primary frequency regulation;Automatic Generation Control;Jinhong hydropower station

TM761.2 TV736

B

1006-7345(2014)01-0106-04

2013-07-29

何常勝 (1984),男,工程師,云南電網公司電力研究院,主要從事水電機組一次調頻及調速系統參數辨識研究 (e-mail) hllike2008@sina.com。