調速器功率閉環模式下一次調頻模型的分析與應用

甘波 劉立寧 駱星

摘 要：本文對調速器功率閉環模式下的一次調頻模型進行了介紹與說明。說明了調速器功率閉環的定義，給出了調速器功率調節和一次調頻的調節模型，總結了調速器功率閉環模式下的一次調頻模型的優點。

關鍵詞：功率閉環；一次調頻；調速器；模型

“關于《華中區域發電廠輔助服務及并網運行管理實施細則》試運行有關事項的通知”，該通知要求并入四川電網的機組，必須投入一次調頻的功能，一次調頻管理的考核辦法簡化為：“當系統頻率偏差超過一次調頻動作死區，且持續時間達1分鐘及以上時，啟動考核統計程序，以系統頻率超過機組一次調頻動作死區的時刻為起始時刻，頻率恢復到死區時刻為結束時刻，監測期間機組有功功率變化情況，如果期間被機組未正確動作則記考核一次?！?/p>

然而絕大多數的中小型水輪發電機組調速系統采用的是傳統的開度調節模式，在這種調節控制模式下，當調速器系統啟動一次調頻時，調速器會按照開度控制模型下的控制規律，調節導葉接力器行程，改變導葉開度從而達到調節功率的目的。但事實上由于中小型機組，特別是近年來不斷發展的貫流式水輪發電機組，由于水頭低，單位功率耗水量大，一次調頻起動時，水輪機導葉的開度變化不能夠及時反映出功率的明顯變化，或者說不能很好地達到成電監[2010]19號要求達到的效果。

本文所介紹的調速器系統功率閉環模型的一次調頻模型，是指在發電機正常運行時，監控系統只負責將功率設定值下發給調速器系統，調速器系統接收到監控系統下發的功率給定值后，以此功率給定與功率反饋形成閉環來進行調節。這種功率調節模式正好與電網要求的一次調頻動作的考核算法相吻合，能夠有效地避免并網電廠被考核值得廣大水電廠推廣和應用。

1 水輪機調速器功能介紹

我國電力部門規定，電網的額定頻率為50Hz，大電網允許的頻率偏差為±0.2Hz。對我國的電網來說，即使是大的電力系統，其負荷波動也往往會達到其總容量的2%～3%。電力系統負荷的不斷變化，導致了頻率的波動。因此，不斷地調節水輪發電機組的輸出功率，維持機組的轉速在額定轉速的規定范圍內，就是水輪機調節的基本任務。

眾所周知，只有調節流量Q和效率ηt，才能調節水輪機轉矩Mt，達到Mt與負荷轉矩Mg平衡的目的。水輪機調節的任務是維持水輪發電機組轉速（頻率）在額定值的允許范圍內。因此，只有當水輪機調節器調節水輪機導葉開度和輪葉的角度，使Mt=Mg，才能使機組在一個允許的轉速（頻率）下運行。

2 調速器頻率、開度調節模式介紹

頻率調節模式主要用于機組開機到空載、并網以及機組甩負荷過程中的調節，主要目的是實現機組快速開機發電并維持電網頻率穩定，所以調節過程一般采用PID調節以增加系統的速動性。值得注意的是，頻率調節模式只是開機過程中的一種調節模式，不能和系統的頻率調節相混淆，調節模式任何時候都只能有一個，而各種調節可以并行，作為調速器其主要目的是維持系統頻率穩定，所以頻率調節在任何工況，任何調節模式下都投入。不過，當并網運行頻率的偏差小于頻率死區時，頻率調節被會屏蔽掉，只有當頻率波動大于頻率死區時，頻率調節才真正起作用，頻率調節和功率調節、開度調節并不沖突而是并聯的關系。

4 結語

調速器功率閉環的一次調頻模型主要優點在于：能夠更加迅速、準確地對功率進行調節，減少超調量，解決了開度調節模式下，一次調頻動作遲緩，效果不明顯甚至幅度起反調的風險，從而提高了一次調頻的動作合格率，值得各水電廠特別是小水電廠應用和推廣。

參考文獻：

[1] 蔡維由.中小型水輪機調速器的原理調試與故障分析處理.中國電力出版社，2010.

[2] 王建輝等.自動控制原理.清華大學出版社，2007.