水電機組一次調頻考核案例的解析

周振輝

(云南大唐國際紅河發電有限責任公司，云南 開遠 661600)

科研成果介紹

水電機組一次調頻考核案例的解析

周振輝

(云南大唐國際紅河發電有限責任公司，云南 開遠 661600)

針對某水電站機組一次調頻考核的情況，從一次調頻動作過程、該機組采用的小負荷分配、調速器有功調節AGC優先控制策略等方面進行分析，結合南方電網自動發電控制技術規范相關規定，提出了AGC與一次調頻控制策略的優化方案。

自動發電控制；水電機組；一次調頻；AGC優先

0 前言

云南電網目前總裝機容量中，水電機組所占比重較大，而且在不斷加大。因此，協調好網內水電機組一次調頻和二次調頻 (AGC)功能，是保證電網頻率穩定的要求。

而由于水電監控系統和調速系統由不同廠家提供，廠家一般只考慮各自系統功能的實現，而未從整體實現一次調頻和二次調頻的正常協調關系，這對機組發揮正常的調頻作用有很大的阻礙，使機組一次調頻、AGC頻頻出現不協調現象。文獻 [1-4]均針對云南電網發電機組的一次調頻功能提出了改進完善方案，但是，仍有機組頻頻出現一次調頻與二次調頻 (AGC)配合不佳的問題。本文針對云南某水電機組一次調頻考核的情況，從一次調頻動作過程、該機組采用的小負荷分配、調速器有功調節AGC優先控制策略等方面進行分析，結合規范規定，提出了AGC與一次調頻控制策略的優化方案。

1 情況概述

某水電站#4機組在發生一次調頻動作，但#4機組實際有功負荷變化趨勢在調度考核評價區間內與一次調頻要求相反。在該區間內#4機組理論動作積分電量應為-0.032 2 MWh，實際積分電量為0.029 2 MWh。

在一次調頻動作區間段內，頻率變化總趨勢是一個開口向下的拋物線，#4機組實際有功負荷變化總趨勢和頻率變化趨勢相符合。但在圖1中方框所示區域，在該時間段內，頻率變化趨勢仍在升高，但此時#4機組有功負荷卻有一次反方向的錯誤調節，正是由于此次調節，造成了在調度考核評價時間區間內，實際積分電量不滿足要求。

圖1 #4機組有功負荷變化異常部分放大圖

3 過程分析

現針對圖1中方框所示#4機組有功負荷異常趨勢進行分析。

由圖1可見母線頻率的上升并不是一個穩定升高的過程，在升高過程中伴隨著頻繁的波動。在圖1中框所指示的地方，可見母線頻率有一段時間的下降，與此對應的調頻補償功率也減小。全廠調頻補償功率由-15.293 MW減少至-12.180 MW。

在調頻補償功率減少之前，全廠四臺機組中，#4機組實際有功最低，補償功率由-15.293 MW減少至-12.180 MW，根據監控系統AGC增有功策略，單機3 MW的有功基本增加到當前負荷最低的#4機組上。此次調節將#4機組實際有功由396.698 MW增加至410.470 MW左右。調節完畢后，由于母線頻率持續升高，調頻補償功率增大，#4機組有功再次降低，此后的調頻補償均正常，后續這段調頻調節由圖1中的#4機組有功曲線可清晰看到。

4 控制策略分析

從該水電站#4機組一次調頻動作過程分析可知，監控系統的AGC分配程序將小幅度的一次調頻量作為小負荷進行了單機組的負荷指令分配，造成了一次調頻不滿足考核規定要求。

另外，AGC優先的有功調節策略也是造成以上調頻補償異常的原因之一。AGC優先有功調節策略，就是當調速器接收到AGC調功指令時，優先執行AGC指令，屏蔽本身的調頻功能。監控系統AGC參與到一次調頻補償中，隨著頻率變化，當實際頻率與50 Hz標準頻率的差值大于0.05 Hz，監控系統即開始計算并對各機組分配調頻補償；而調速器處也有一次調頻補償策略，頻差大于0.05 Hz時也進行補償。但調速器有功調節策略為AGC優先，即當接收到AGC調功指令時，優先執行AGC指令，屏蔽本身的調頻功能，導致有的機組調頻功能動作有的機組調頻功能不動作，一次調頻量不是均分狀態。

針對目前采用的控制策略的局限性，結合《中國南方電網自動發電控制 (AGC)技術規范》的相關規定，提出兩種控制策略優化方案：

方案一：完善現有方案。基于調速器采用脈沖功率調節方式，在監控系統未發脈寬調節時，調速系統的機組功率調節最終值由功率設定值疊加調速系統計算的一次調頻功率設定值形成；在監控系統發脈寬調節時，調速系統的機組功率調節最終值仍然由功率設定值疊加調速系統計算的一次調頻功率設定值形成。故監控系統的調頻補償功能由AGC指令實現，全廠機組的調頻補償量由以下公式計算得出：

式中：f為全廠機組一次調頻量；F為系統頻率；FΔ為實時頻率；0.05為調頻死區；δ為永態轉差系數 (即調頻系數)；PGe為機組額定功率；N為并網機組臺數。

AGC程序應該在一次調頻處理上，不考慮小負荷分配，即不管計算的多大一次調頻量，都應均分至投入成組控制的機組負荷分配上，除非機組負荷指令到了上下限與振蕩區等特殊值，以此可避免因小負荷分配導致一次調頻量分配至各機組指令的不準確而受到的調度考核。

另外，在調速系統應該不考慮是否交監控系統控制功率，調速系統的一次調頻功能均應為遠方設定疊加一次調頻量方式，而不因調速系統交遠方控制后即屏蔽一次調頻功能等待監控系統的一次調頻修正，以防止機組在交遠方監控系統控制但未投入成組控制時，一次調頻動作量全部疊加在投入成組控制的機組上，產生對單機的一次調頻修正量不正確的可能性。

方案二：AGC優先于一次調頻動作的方案。該方案應用于云南大多數水電機組上，其控制策略為：全廠AGC負荷指令在未變化后約40秒，監控系統的機組功率控制已經響應完成置于開環狀態，在調速系統一次調頻動作時監控系統的機組功率控制并不會把調速系統一次調頻動作拉回來；在全廠AGC負荷指令有新指令變化時，各機組的實發總負荷滿足全廠AGC負荷指令，此時按南網考核規定不考核一次調頻。

5 結束語

方案二因要考慮AGC與一次調頻的協調配合多方面細節問題，不容易做的完善，如：機組功率控制已經響應完成機組功率控制何時置于開環狀態?何時又置于閉環狀態?等等。且方案二不是電網優先考慮的方案，故推薦完善方案一，并做驗證試驗檢驗其修改的正確性。

[1] 盧勇，賀祥飛，劉友寬，等.云南電網水電機組參與一次調頻改進方案 [J].電力系統自動化，2006，30(21)：86-89.

[2] 盧勇，賀祥飛，劉友寬，等.云南電網一次調頻試驗工作現狀及策略分析 [A].2008年云南電力技術論壇優秀論文集 [C].2008.

[3] 杜朝波，盧勇，董均宇，等.大朝山水電站機組一次調頻試驗及其調速器建模研究 [J].水力發電，2008，34 (2)：51-53.

[4] 盧勇，劉友寬，趙涓，等.完善云南電網一次調頻功能研究 [J].云南電力技術，2005，33(6)：12-17.

[5] 雷亭，盧萬里，何可智.水電廠一次調頻試驗與分析[J].廣西電力，2007，(5)：60-65.

[6] 李陽坡，龍云，王堅.南方電網發電機組一次調頻性能評價方法分析與改進 [J].南方電網技術，2010，4(1)：28-31.

[7] 張江濱，李華，謝輝平.水電機組一次調頻控制系統分析與功能完善 [J].水力發電學報，2009，28(6)：206 -212.

Analysis of the Primary Frequency Regulation Assessment Case of Hydropower Unit

ZHOU Zhenhui
(Yunnan Datang International Power Generation Co.Ltd，Kaiyuan，Yunnan 661600)

This paper discussed primary frequency regulation assessment of certain hydropower unit#4 in Yunnan，and analysed action process of primary frequency regulation，load distribution and AGC of unit，combining with China Southern Power Grid AGC technical specifications related regulations，proposed AGC and primary frequency control strategy optimization.

AGC；hydropower unit；primary frequency regulation；AGC priority

Tv5

B

1006-7345(2014)05-0123-02

2014-03-31

周振輝 (1974)，男，本科，工程師，云南大唐國際紅河發電有限責任公司，主要從事水、火電自動控制研究工作 (email)zzh9988＠163.com。