火電機組一次調頻性能在線評價與考核

張　輝，廖大鵬，雷　鳴，范榮奇，汪　挺

（山東電力調度控制中心，濟南　250001）

火電機組一次調頻性能在線評價與考核

張輝，廖大鵬，雷鳴，范榮奇，汪挺

（山東電力調度控制中心，濟南250001）

提出了一種基于機端頻率掃描的火電機組一次調頻性能在線評價與考核方法。通過廣域測量系統（WAMS）掃描頻率波動，識別頻率波動中的有效擾動及大擾動，定量計算機組的一次調頻貢獻電量、正確動作率及速度變動率等性能指標，實現了火電機組一次調頻性能的在線考核。工程實用表明該評價方法可準確地反映機組的一次調頻動作性能，在線考核方式的實現亦較好地促進了電廠側機組一次調頻性能的優化和提升。

火電機組；一次調頻；WAMS；速度變動率

0　引言

一次調頻是指當電網頻率發生一定程度的擾動時，發電機組通過控制系統自動增、減發電機有功功率以維持電網頻率穩定的功能。機組一次調頻功能是確保電網頻率穩定的第一道防線，對于保證電網頻率穩定性具有重要的作用［1-3］。

在當前交直流互聯電網背景下，直流閉鎖、交流聯絡線跳閘、大容量機組跳閘等引起的較大頻率擾動對機組一次調頻調節性能提出了更高的要求［4］。同時，廠網分開以來，部分電廠“重設備、輕電網”，對機組一次調頻管理缺乏足夠重視，造成機組一次調頻動作效果不佳。因此加強一次調頻的評價與考核，促進機組一次調頻動作效果的提升具有重要的意義［5-9］。

《華北區域發電廠并網運行管理實施細則》及《華北區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》（以下簡稱“兩個細則”）明確了對機組一次調頻的考核辦法，為機組一次調頻考核提供了管理層面的依據。同時在技術層面上，電網調控中心的廣域監測系統（WAMS）通過同步相量測量裝置（PMU）以25～100幀/s的高精度實時采樣，解決了傳統的SCADA采樣精度低且無時標等問題，能夠精確反映并上傳機組一次調頻的動作參數，為一次調頻評價與考核提供了有力的技術支持［10-11］。

根據機組一次調頻管理實際，選取以機端頻率、機組有功出力等參數作為量測依據，構建一次調頻性能在線評價與考核系統，系統通過識別頻率中的有效擾動及大擾動，定量計算機組一次調頻貢獻電量、正確動作率及速度變動率等性能指標，實現了機組一次調頻性能的在線評價與考核。

1　系統基本構成

1.1量測參數選擇

電網頻率波動是網內發電出力與負荷動態平衡的結果，網內不同地區的頻率雖然整體上趨向一致，但因受地區負荷波動、地區負荷性質等影響而存在一定的差異。目前多數基于WAMS系統的一次調頻在線評價系統以全網統一頻率作為評價參數來評價全網所有機組的動作情況，其評價結果與機組真實動作情況存在一定偏差。以發電機機端參數作為量測依據是更為準確的評價方法。因機端頻率量測精度高于機組轉速量測精度，系統采用機端頻率作為一次調頻動作的評價參數，電廠側亦統一使用機端頻率作為一次調頻動作的輸入參數。

除頻率參數外，量測參數還包括機組有功出力、機組轉速、一次調頻動作前、動作后負荷指令。其中，機組轉速作為母線頻率的備用量測數據，一次調頻動作前、動作后負荷指令作為機組一次調頻動作情況的輔助判據。量測參數精度要求如表1。

1.2系統結構

一次調頻性能在線評價與考核系統結構如圖1所示。一次調頻性能在線評價與考核系統通過訪問EMS/WAMS系統獲得機組對應的頻率、有功出力等測點信息，通過擾動掃描識別有效頻率擾動并記錄保存。性能指標計算程序根據有效頻率擾動記錄計算出機組一次調頻性能評價指標，并按照 “兩個細則”考核要求進行考核結果計算。機組擾動記錄、性能評價指標及考核結果定期發布在廠網互動平臺上，便于發電廠對機組一次調頻動作效果的監視和優化。

圖1　一次調頻性能在線評價與考核系統結構

2　擾動識別

2.1擾動定義

為保證機組運行的穩定性，機組一次調頻設有動作死區，頻率在（50±0.033）Hz（機組轉速在（3000±2）r/min）之間機組一次調頻不動作，超出（50±0.033）Hz（機組轉速（3000±2）r/min）機組應迅速動作，圖2為一次調頻出力補償曲線。

圖2　機組一次調頻出力補償曲線

機組一次調頻的動作性能體現在頻率超出死區的波動中。在實際電網中頻率是不斷波動的，頻率波動往往偶爾超出頻率死區后又在較短的時間內返回死區范圍以內，頻率僅在直流閉鎖、交流聯絡線跳閘、大容量機組跳閘情況下出現較長時間的超出死區的情況。

對于在較短的時間內返回死區的頻率波動，因一次調頻動作持續時間較短，難以全面反映機組的性能，系統僅評價機組是否產生對頻率的正向貢獻。對于頻率出現較長時間的超出死區的波動，系統啟動計算機組的動作性能參數，即速度變動率。

定義超出頻率死區一定時長t，且最大頻偏超過fe的頻率波動為有效擾動，有效擾動中頻率超出fk（fk＞fe）且持續時間tr以上的頻率波動定義為大擾動。上述參數可根據實際系統情況進行合理設置。系統定義頻率超出一次調頻死區，即（50±0.033）Hz且持續在6 s及以上，同時最大頻率偏差達到 （50± 0.040）Hz為有效擾動；滿足有效擾動條件，且頻率超過（50±0.05）Hz持續1 s及以上為大擾動。

大擾動最大持續評價時間取60 s，若60 s內頻率回至死區，以返回死區時間為大擾動考核計算結束點。小擾動最大持續評價時間取30 s，若30 s內頻率回至死區，以返回死區時間為小擾動考核計算結束點。

2.2擾動掃描

擾動掃描過程如圖3所示。系統從EMS/WAMS系統中讀取所有機組的機端頻率并逐點掃描，當掃描出頻率越過死區后，啟動是否為有效擾動的識別，判斷出有效擾動后繼續進行是否為大擾動的判斷。對于識別出的有效擾動和大擾動，再確定擾動開始點、結束點，并進行有功變化量和速度變動率的計算。

圖3　擾動掃描過程

3　性能指標計算與考核

3.1正確動作率

發生有效擾動后，計算頻率偏差超過死區時至一次調頻計算結束點之間的有功功率變化量，即一次調頻貢獻電量。一次調頻貢獻電量大于0，則認為一次調頻正確動作，否則認為一次調頻不正確動作。計算公式為

式中：H為機組的一次調頻貢獻電量，MWh；t0為頻率超過一次調頻動作死區的時刻；tt為一次調頻計算結束時刻；ft0為t0時刻對應的頻率值，Hz；Pt為t時刻機組實際有功出力，MW；P0為機組頻率超出死區前2 s內有功出力的平均值，MW。

每月機組的正確動作率為

式中：fc為每月正確動作次數；fw為每月錯誤動作次數。

一次調頻正確動作率按機組考核。對于一次調頻月正確動作率小于80%的機組，每月考核電量為

式中：PN為機組容量，MW；α為一次調頻考核系數，數值為6，h。

3.2速度變動率

大擾動時計算一次調頻速度變動率。發電機組一次調頻的速度變動率應小于5%，計算公式為：

式中：Pa為大擾動期間自頻率極值點開始至評價結束點間的有功出力平均值，MW；P0為頻率超出死區時刻前2 s機組有功出力平均值，MW；fa為大擾動期間自頻率極值點開始至評價結束點間的頻率平均值，Hz；fn為額定頻率，Hz。

發生大擾動時，計算各機組一次調頻考核性能的綜合指標K0，對K0大于零的機組進行考核。計算方法為

若計算出某機組的速度變動率L≥30%，則該機組視為未投入一次調頻運行，K0=1。

一次調頻性能考核采用定額考核方式，考核電量為：

4　應用情況

以山東電網某機組為例，某日21∶12網內大容量機組發生跳閘，電網頻率發生較大擾動，一次調頻性能考核自動掃描擾動并計算一次調頻動作性能指標，動作曲線見圖4，機組動作性能指標見表2。

圖4　某機組一次調頻動作曲線

表2　某機組一次調頻動作性能指標

山東電網于2014年8月正式開展一次調頻動作性能考核，2014年8月至2015年3月山東電網機組一次調頻動作性能考核情況見圖5。在考核開始的8月份動作性能考核電量最大，考核機組臺數占總臺數的47.8%；隨著電廠整改力度的加大，9月、10月考核電量逐漸降低，11月、12月至2015年1月隨著電網負荷的增長，機組開機臺數增加引起考核電量的一定增長；2015年2月、3月考核電量繼續降低，考核電量穩定在2 000 MWH以下，考核機組占比降至18.8%。

5　結語

考慮地區頻率間的差異性，提出以機端頻率為量測參數的一次調頻動作性能在線考核方法，定義頻率波動中的有效擾動及大擾動并給出一次調頻貢獻電量、速度變動率等機組動作性能評價指標。系統應用表明該方法可準確反映機組一次調頻動作性能，同時在線化考核方式的實現也改變了過去較為被動的管理局面，激發了發電廠側一次調頻工作主動優化的積極性，進一步提高了山東電網抵御頻率擾動的能力。

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Online Evaluation and Assessment of the Primary Frequency Control Performance for Thermal Power Units

ZHANG Hui，LIAO Dapeng，LEI Ming，FAN Rongqi，WANG Ting
（Shandong Electric Power Dispatching and Control Center，Jinan 250001，China）

A new method is presented to online evaluate and assess the primary frequency control performance of thermal power units，which is based on the scanning of the terminal frequency of generators.By means of wide area measurement system （WAMS），useful frequency fluctuation as well as large disturbances，primary frequency control performance could be identified and quantified，such as the contributed generation，the correct action rate and the unbalanced rotating speed rate.Online assessment could be implemented.Project applications proved that the proposed method could precisely indicate and therefore greatly improve the performance of the primary frequency control.

thermal power units；primary frequency control；WAMS；unbalanced rotating speed rate

TM743

A

1007-9904（2015）11-0016-04

2015-08-15

張輝（1984），男，工程師，從事電網調度運行與分析工作；

廖大鵬（1974），男，高級工程師，從事電網調度運行與分析工作；

雷鳴（1974），男，高級工程師，從事電網調度運行與分析工作。