一起功率振蕩的原因分析和控制措施

諸葛杰

（茂名臻能熱電有限公司，廣東 茂名 525011）

電力系統低頻振蕩是指系統中發電機功角、聯絡線上的潮流、節點電壓等發生等幅或增幅形式的振蕩，頻率一般在0.2～2.5Hz之間。引發振蕩的原因為電廠電源功率波動所致，其振蕩功率成為了系統的強迫擾動源，從而能引發電網的主要聯絡線出現強迫振蕩。為防止機組功率振蕩，南方電網總調編制了《南方電網并網運行機組防止功率振蕩運行管理規定（試行）》，規定中要求各電廠加強運行監視，嚴防機組振蕩，一旦發現單機功率波動頻率在0.1～3Hz以內，阻尼比小于3%且振幅超過40MW時，應立即上報直屬調度機構。

1 背景介紹

廣東某電廠某機組為600MW國產超臨界燃煤發電機組。三大主機設備由東方集團股份有限公司三大動力設備廠提供。DCS與DEH均為愛默生公司的OVATION系統，168滿負荷試運前已完成調速系統建模及參數實測試驗、一次調頻試驗、自動發電（AGC）試驗、CCS調試及投運試驗、MCS調試及投運試驗等各項涉網及調速系統的試驗，設置控制回路參數時考慮了一次調頻、AGC調節速率、DEH閥門調節裕量與機組穩定性之間的協調，保證了各參數取值的合理性。

機組2013年12月投入商業運營后，總體運行穩定，但偶爾會出現功率小幅振蕩的現象，如2014年2月10日8：16:和10:31發生了2次波動幅度在10MW以上，頻率為1.16左右的波動，時間分別為51秒和18秒，雖然功率的振幅較小，持續時間短，尚未到達南方電網對功率振蕩的考核條件，但為保證機組及電網的安全運行，需要及時整改。

2 原因分析

熱控檢修人員通過現場檢查和分析DCS的歷史曲線，確定2014年2月10日上午機組在AGC控制方式下，并未發生有升降負荷過程，未有各項試驗，高調門的LVDT反饋未有松動現象。但在觀察汽輪機轉速和高壓調門指令時發現轉速和調門指令都發生了波動，且與功率振蕩頻率相吻合。綜上所述，可確定該機組發生功率低頻振蕩的主要原因不是外部設備，而是由控制邏輯內由一次調頻引起的負荷調節控制品質不好導致。

南方電網發布的《南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》和《南方區域發電廠并網運行管理實施細則》中規定，一次調頻為基本輔助服務，即發電廠必須提供的服務，基本輔助服務不予補償且需接受相應的考核。細則中規定一次調頻實際動作積分電量/理論動作積分電量<50%判為不合格，很多電廠為了提高一次調頻的合格率，采用了提高DEH一次調頻響應速率，降低轉速不等率，提高轉速（頻率）的精度，抑制機組負荷與一次調頻作用相反等措施來滿足一次調頻期間的積分電量要求。也許正是某個增強一次調頻的措施中不適當的擴大了其作用，使系統穩定裕度較差，導致了發電機功率在某些一次調頻動作期間的振蕩。

檢修人員分析確定，在機組功率振蕩之初，機組的轉速在超過一次調頻的動作死區后（2r/min），高壓調門迅速響應動作，發電機功率隨之變化，但轉速在功率變化之后立即恢復至死區內，導致高壓調門恢復原值，發電機功率又隨之變化，如此反復。

檢修人員分析后還發現，同一廠內同一時段的其它機組的轉速比較平穩，并未出現轉速振蕩的情況。由此可認為，此時汽輪機的轉速在調門的振蕩下出現了波動，已不能等同于電網的頻率了，而用此時的轉速來參與一次調頻導致了功率振蕩的后果。

3 整改措施和建議

（1）綜合各種現象觀察，可認為是一次調頻的動作太靈敏導致了高調門的振蕩，而高調門的振蕩則導致了轉速的振蕩，轉速的振蕩又擴大了高調門和發電機功率振蕩，故降低一次調頻的動作的靈敏度，可以消除因一次調頻動作引起的功率振蕩。

（2）南方電網在兩個《細則》中規定，統計一次調頻評價記錄，其判斷條件包括：電網頻率過動作死區（0.033Hz ，2r/min）；持續時間超規定過動作延時（10s）；中間的頻率峰值超過評價門檻（0.05Hz，3r/min）。從中可以看出，電網只對持續時間超過 10s的一次調頻進行評價，故電廠對持續時間很短的一次調頻進行濾波是可行的。

（3）原邏輯對一次調頻的動作輸出未設限定，即轉速超出死區后，其調頻量直接反應到高壓調門的開度指令上去，后在一次調頻的動作后的調頻量輸出增加了一個0.2/s速率限制，用該速率限制來降低高調門指令的突變。

（4）如速率限制模塊未能到達效果，可將目前的頻率表更換為更高精度的表計，用高精度的頻率信號來替代轉速作為一次調頻控制條件。或對汽輪機調門的特性相關參數進行檢查，測試出DEH閥門流量特性修正曲線，用以替代廠家提供的原始曲線。

4 結語

邏輯修改后機組運行至今，再未發生發電機功率振蕩的現象，且一次調頻的合格率也未有降低，可以說，此次事件的原因分析是正確的，增改措施是成功的。

就電廠熱控專業來說，除了一次調頻邏輯設置不當會導致功率振蕩之外，還有閥門流量特性理論曲線與實際曲線偏差大、CCS負荷調節控制品質不好、高調門單多閥切換試驗、現場閥門或反饋設備抖動等。出現發電機功率振蕩后應根據具體原因具體分析，及時檢查消除，確保機組及電網的安全運行。

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