小灣水電廠一次調(diào)頻策略優(yōu)化研究

紀(jì)正堂，陳映喜，平金偉（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南　大理 675702）

小灣水電廠一次調(diào)頻策略優(yōu)化研究

紀(jì)正堂，陳映喜，平金偉
（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南大理 675702）

小灣水電廠參與由南方電網(wǎng)電力調(diào)度通信中心組織實(shí)施及開發(fā)的并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)評(píng)價(jià)考核系統(tǒng)的運(yùn)行，一次調(diào)頻多次受到考核。分析了小灣水電廠一次調(diào)頻被考核的原因，并在保證機(jī)組安全性的前提下進(jìn)行了一次調(diào)頻策略優(yōu)化，保證了一次調(diào)頻滿足要求。

輔助服務(wù)；一次調(diào)頻；考核；策略優(yōu)化；小灣水電站

0　引言

2009年1月，原國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)制定出臺(tái)了《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》和《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》（以下簡(jiǎn)稱“兩個(gè)細(xì)則”）。同年3月，南方區(qū)域兩個(gè)細(xì)則的實(shí)施細(xì)則正式印發(fā)并轉(zhuǎn)入試運(yùn)行。兩個(gè)細(xì)則的實(shí)施，規(guī)范了并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理及并網(wǎng)運(yùn)行管理；提高了各電力企業(yè)生產(chǎn)管理和設(shè)備管理運(yùn)行水平；有效提高了電能質(zhì)量，促進(jìn)了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。2010年2月，由南方電網(wǎng)電力調(diào)度通信中心組織實(shí)施及開發(fā)的兩個(gè)細(xì)則實(shí)施技術(shù)支持系統(tǒng)——并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)評(píng)價(jià)考核系統(tǒng)在南方電網(wǎng)試運(yùn)行，并于2012年10月正式上線運(yùn)行。

并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)評(píng)價(jià)考核系統(tǒng)包括一次調(diào)頻、自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）、計(jì)劃曲線、電壓曲線合格率、調(diào)峰考核、旋轉(zhuǎn)備用、無(wú)功、黑啟動(dòng)補(bǔ)償?shù)龋?］。小灣水電廠于2010年2月參與該系統(tǒng)的試運(yùn)行，直至系統(tǒng)正式運(yùn)行。從實(shí)際運(yùn)行情況看，小灣水電廠一次調(diào)頻多次受到考核。

1　工程概況

小灣水電廠共裝設(shè)6臺(tái)機(jī)組，單機(jī)容量700 MW，電站水頭變幅大，為164～251 m，運(yùn)行水頭高，轉(zhuǎn)速高。調(diào)速器系統(tǒng)采用南瑞SAFR2000H微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)，具備開度調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)2種控制模式［2］；調(diào)速器一次調(diào)頻給定回路及AGC回路相互獨(dú)立，有功調(diào)節(jié)采用開度調(diào)節(jié)模式；功率閉環(huán)控制回路在監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)通過繼電器增、減脈沖與調(diào)速器進(jìn)行接口；頻差調(diào)節(jié)回路在調(diào)速器；監(jiān)控系統(tǒng)采用南瑞NC2000系統(tǒng)。

機(jī)組投產(chǎn)前，均嚴(yán)格執(zhí)行南方電網(wǎng)、云南電網(wǎng)兩級(jí)調(diào)度要求，聘請(qǐng)具備資質(zhì)的云南電力試驗(yàn)研究院開展調(diào)速器相關(guān)涉網(wǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)報(bào)告在投產(chǎn)前報(bào)兩級(jí)調(diào)度審核，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足南方電網(wǎng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求［3-4］。經(jīng)調(diào)度認(rèn)可后，機(jī)組投產(chǎn)并網(wǎng)運(yùn)行。但機(jī)組在后續(xù)運(yùn)行過程中卻因不滿足兩個(gè)細(xì)則的考核標(biāo)準(zhǔn)而多次受到考核。

2　兩個(gè)細(xì)則算法

根據(jù)《南方電網(wǎng)電廠并網(wǎng)運(yùn)行及輔助服務(wù)管理算法規(guī)范》，一次調(diào)頻按機(jī)組考核，分為投運(yùn)率和合格率考核。機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作的積分電量Qr達(dá)到理論動(dòng)作積分電量Qt的50%判為動(dòng)作合格，反之為不合格。計(jì)算公式如下

式中，pk為實(shí)際出力；為積分起始出力，積分起始時(shí)間為頻率過死區(qū)時(shí)間，積分結(jié)束時(shí)間為頻率回到死區(qū)的時(shí)間（最大限值1 min）；f為系統(tǒng)頻率；f0為機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)頻率門檻與50 Hz的差值絕對(duì)值；5%為機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率；sk為機(jī)組額定容量。

針對(duì)水電機(jī)組，兩個(gè)細(xì)則算法中動(dòng)作記錄判斷條件為：當(dāng)電網(wǎng)頻率持續(xù)超過50±0.05 Hz達(dá)到15 s以上，且期間要出現(xiàn)超過評(píng)價(jià)門檻0.065 Hz的頻率峰值時(shí)，則對(duì)此次一次調(diào)頻品質(zhì)進(jìn)行判斷。

3　小灣水電廠一次調(diào)頻考核出現(xiàn)的問題

3.1動(dòng)作不正確，反方向動(dòng)作，一次調(diào)頻功能貢獻(xiàn)量為負(fù)

小灣水電廠在機(jī)組投入一次調(diào)頻和AGC功能時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)AGC的負(fù)荷指令變化方向和一次調(diào)頻動(dòng)作方向不一致。受AGC的影響，一次調(diào)頻調(diào)節(jié)效果達(dá)不到兩個(gè)細(xì)則所要求的“機(jī)組的一次調(diào)頻功能貢獻(xiàn)量為正”的結(jié)果，就會(huì)被考核統(tǒng)計(jì)為“該機(jī)組一次調(diào)頻不正確動(dòng)作1次”。

3.1.1一次調(diào)頻與AGC配合策略

根據(jù)一次調(diào)頻與AGC的關(guān)系，產(chǎn)生了一次調(diào)頻優(yōu)先、AGC優(yōu)先、相互閉鎖、相互疊加的不同配合策略［5］。《南方電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范》中為規(guī)范一次調(diào)頻與AGC的配合關(guān)系，要求如下：機(jī)組在執(zhí)行AGC設(shè)定值時(shí)應(yīng)不受一次調(diào)頻功能的影響，出力變化應(yīng)是兩者疊加的效果。如果調(diào)速機(jī)構(gòu)不能同時(shí)執(zhí)行一次調(diào)頻功能和AGC負(fù)荷調(diào)節(jié)功能時(shí)，應(yīng)以AGC負(fù)荷調(diào)節(jié)優(yōu)先。兩者在配合上，應(yīng)滿足以下條件：

（1）機(jī)組在執(zhí)行AGC調(diào)節(jié)任務(wù)時(shí)不應(yīng)受到一次調(diào)頻功能的干擾。

（2）一次調(diào)頻在AGC調(diào)節(jié)間斷時(shí)期應(yīng)正常響應(yīng)。

（3）一次調(diào)頻在動(dòng)作過程中如果有新的AGC調(diào)節(jié)命令，應(yīng)立即執(zhí)行AGC調(diào)節(jié)命令。

（4）機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)作引起的全廠總功率的偏差，應(yīng)不能被監(jiān)控系統(tǒng)重新調(diào)整回去。

3.1.2AGC策略對(duì)一次調(diào)頻調(diào)節(jié)的干擾

小灣水電廠AGC程序策略忽視南方電網(wǎng)AGC規(guī)范中“沒有新的調(diào)度下發(fā)值的前提下，機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)作引起的全廠總功率的偏差應(yīng)不能被監(jiān)控系統(tǒng)重新調(diào)整回去”的原則，AGC策略設(shè)計(jì)上存在干擾一次調(diào)頻正常調(diào)節(jié)的情況。

（1）AGC負(fù)荷偏離自動(dòng)回拉策略（干擾策略1）。全廠AGC調(diào)節(jié)完成后，為保證全廠負(fù)荷不大幅偏離給定值，滿足“ |全廠總有功實(shí)發(fā)值-全廠AGC有功給定值|＞25 MW，且持續(xù)時(shí)間超過40 s”，則AGC程序會(huì)將全廠有功負(fù)荷拉回設(shè)定值。在有機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作的情況下，該策略就會(huì)干擾一次調(diào)頻的正常調(diào)節(jié)。

（2）片面追求全廠功率動(dòng)態(tài)平衡策略（干擾策略2）。未參加AGC機(jī)組的實(shí)發(fā)值與設(shè)定值差值與參加AGC且一次調(diào)頻動(dòng)作機(jī)組的實(shí)發(fā)值之和，在相鄰2個(gè)計(jì)算周期大于全廠AGC設(shè)置死區(qū)的0.5倍（小灣水電廠設(shè)置死區(qū)為12 MW）時(shí)，則重新進(jìn)行AGC負(fù)荷分配。當(dāng)所有機(jī)組參與AGC成組控制時(shí)，若在2個(gè)相鄰計(jì)算周期內(nèi)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作引起全廠負(fù)荷偏差超過6 MW時(shí)，AGC會(huì)重新分配各機(jī)組有功負(fù)荷，干擾一次調(diào)頻的正常調(diào)節(jié)。

3.1.3策略優(yōu)化

（1）針對(duì)干擾策略1。經(jīng)論證及試驗(yàn)，將該策略取消。

（2）針對(duì)干擾策略2。在AGC組態(tài)中，取消“一次調(diào)頻投入”和“一次調(diào)頻動(dòng)作”2個(gè)輸入源；將“未參加AGC機(jī)組的實(shí)發(fā)值與設(shè)定值差值與參加AGC且一次調(diào)頻動(dòng)作機(jī)組的實(shí)發(fā)值之和，在相鄰2個(gè)計(jì)算周期大于全廠AGC設(shè)置死區(qū)的0.5倍”改為1倍，徹底解決AGC策略干擾一次調(diào)頻正常調(diào)節(jié)的問題。當(dāng)參加AGC的機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，由此帶來的負(fù)荷偏差不會(huì)重新分配。

3.2動(dòng)作后的調(diào)節(jié)效果不夠，一次調(diào)頻功能貢獻(xiàn)量不夠

3.2.1原因分析

對(duì)比一次調(diào)頻合格和不合格數(shù)據(jù)曲線發(fā)現(xiàn)，此類型的考核多出現(xiàn)在系統(tǒng)頻差超過頻率死區(qū)較小的情況下［6］。小灣水電廠調(diào)速器程序中參與比例-積分-微分（PID）計(jì)算的頻差需減去頻率死區(qū)，其算法為：計(jì)算頻差=頻差-頻率死區(qū)。其中，頻差=|系統(tǒng)頻率-50 Hz|；南方電網(wǎng)頻率死區(qū)下達(dá)定值為0.05 Hz，則計(jì)算頻差=|系統(tǒng)頻率-50 Hz|-0.05 Hz。

輔助服務(wù)考核系統(tǒng)記錄頻率（評(píng)價(jià)門檻）為50± 0.065 Hz。以系統(tǒng)頻差±0.065 Hz為例，根據(jù)上式，計(jì)算頻差=0.065 Hz-0.05 Hz=0.015 Hz。永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)（bp）=4%時(shí)，機(jī)組導(dǎo)葉僅動(dòng)作0.75%開度，對(duì)機(jī)組有功出力變化影響微小，積分電量不能達(dá)標(biāo)。

3.2.2策略優(yōu)化

將計(jì)算頻差算法優(yōu)化為：計(jì)算頻差=頻差-計(jì)算死區(qū)，計(jì)算死區(qū)為可調(diào)整的數(shù)值。

靜、動(dòng)態(tài)試驗(yàn)及實(shí)際運(yùn)行情況可知，小灣水電廠最終將計(jì)算死區(qū)設(shè)置為0 Hz，以增加導(dǎo)葉動(dòng)作量。同樣以系統(tǒng)頻差±0.065 Hz為例，計(jì)算頻差=0.065 Hz-0=0.065 Hz，bp=4%時(shí)，機(jī)組導(dǎo)葉動(dòng)作3.25%開度，調(diào)節(jié)量明顯增大。

4　一次調(diào)頻考核相關(guān)建議

（1）水電機(jī)組的調(diào)節(jié)控制受水頭影響較大，若機(jī)組處于當(dāng)前水頭下最大負(fù)荷運(yùn)行，導(dǎo)葉開度最大，調(diào)速系統(tǒng)處于非最優(yōu)工況，工作處于極度不靈敏區(qū)，在此期間一次調(diào)頻動(dòng)作發(fā)出調(diào)節(jié)命令后機(jī)組調(diào)節(jié)反饋不明顯，可能導(dǎo)致一次調(diào)頻動(dòng)作量不夠而被考核。建議在輔助服務(wù)考核系統(tǒng)中增加一次調(diào)頻免考的條件，即水電機(jī)組調(diào)速器導(dǎo)葉開度較大（如95%以上），調(diào)速器處于非最優(yōu)工況下，因一次調(diào)頻動(dòng)作量不夠而被考核的自動(dòng)免考。

（2）對(duì)新投產(chǎn)機(jī)組，建議統(tǒng)籌兼顧，將兩個(gè)細(xì)則考核內(nèi)容融入調(diào)速器參數(shù)辨識(shí)、一次調(diào)頻、AGC試驗(yàn)等涉網(wǎng)試驗(yàn)中。涉及一次調(diào)頻與 AGC協(xié)調(diào)關(guān)系試驗(yàn)時(shí)，避免單獨(dú)進(jìn)行一次調(diào)頻或AGC試驗(yàn)。

（3）各電廠要結(jié)合在各自系統(tǒng)中承擔(dān)的作用、各自機(jī)組的特點(diǎn)、調(diào)速器的性能，不能盲目追求兩個(gè)細(xì)則的考核指標(biāo)，而忽視調(diào)節(jié)的安全穩(wěn)定性。

5　結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過一年多的不斷分析、試驗(yàn)、持續(xù)整改，小灣水電廠的輔助服務(wù)一次調(diào)頻考核得以改善。整改完成后至今3個(gè)月內(nèi)未發(fā)生一次調(diào)頻考核，并經(jīng)歷了2014年7月3日金楚乙線跳閘金安橋電廠切1 800 MW，2014年9月30日普僑直流雙極閉鎖切3 000 MW負(fù)荷的實(shí)際檢驗(yàn)，一次調(diào)頻動(dòng)作正確，動(dòng)作量、動(dòng)作方向均滿足要求，為電網(wǎng)快速恢復(fù)故障做出貢獻(xiàn)。

［1］文學(xué)，張昆.南方電網(wǎng)一次調(diào)頻現(xiàn)狀研究［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，3（2）：70-72.

［2］魏守平.水輪機(jī)調(diào)節(jié)［M］.武漢：華中科技大學(xué)出版社，2009.

［3］王新樂.小灣電站1號(hào)機(jī)組AGC試驗(yàn)報(bào)告［R］.昆明：云南電力試驗(yàn)研究院，2009.

［4］何常勝.小灣電站2號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻檢查報(bào)告［R］.昆明：云南電力試驗(yàn)研究院，2009.

［5］魏守平.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)一次調(diào)頻及孤立電網(wǎng)運(yùn)行特性分析及仿真［J］.水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè)，2009，33（6）：27-33.

［6］何常勝，董鴻魁，翟鵬，等.水電機(jī)組一次調(diào)頻與AGC典型控制策略的工程分析及優(yōu)化［J］.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39（3）：146-150.

（責(zé)任編輯楊健）

Research on Primary Frequency Modulation Optimization of Xiaowan Hydropower Plant

JI Zhentang，CHEN Yingxi，PING Jinwei
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

Xiaowan Hydropower Plant participate the operation of“The system of grid power plant auxiliary service examination”which developed and implemented by Southern Power Grid Dispatching and Communication Center.Since the examination system is implemented in Xiaowan Hydropower Plant，the percent of pass of primary frequency modulation is examined many times.The reasons of primary frequency modulation examination in Xiaowan Hydropower Plant are analyzed，and the strategies of primary frequency modulation under the premise of ensuring hydro-generators'safety are optimized.The optimization ensures that the primary frequency modulation meets the requirements.

auxiliary service；primary frequency modulation；examination；strategy optimization；Xiaowan Hydropower Station

TM761.23（274）

A

0559-9342（2015）10-0057-03

2015-07-27

紀(jì)正堂（1984—），男，云南普洱人，工程師，主要從事水電廠設(shè)備運(yùn)行維護(hù)管理工作.