水電機(jī)組一次調(diào)頻協(xié)調(diào)控制策略

李妙慶

摘要：一次調(diào)節(jié)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的一種主要方法。根據(jù)我國(guó)目前電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行狀況，根據(jù)近幾年水電機(jī)組的使用特點(diǎn)，明確了新時(shí)期對(duì)電網(wǎng)發(fā)展的需求，深入探討了水電機(jī)組一次調(diào)頻控制系統(tǒng)的完善，為水電機(jī)組一次調(diào)頻控制系統(tǒng)的推廣提供了參考。

關(guān)鍵詞：水電機(jī)組;一次調(diào)頻;控制系統(tǒng)

1一次調(diào)頻的原理與性能

1.1一次調(diào)頻原理

一次調(diào)頻是指在電力系統(tǒng)頻率與標(biāo)稱頻率相差50赫茲的情況下，所有并網(wǎng)機(jī)組均能根據(jù)調(diào)速系統(tǒng)的自動(dòng)響應(yīng)，調(diào)節(jié)機(jī)組的有功功率，從而降低電網(wǎng)頻率與額定頻率的偏差。也就是說(shuō)，在電網(wǎng)負(fù)載增大導(dǎo)致電網(wǎng)頻率降低的情況下，所有并網(wǎng)的機(jī)組都會(huì)按照相應(yīng)的調(diào)整參數(shù)，提高相應(yīng)的有功功率，以抵消由于負(fù)載增大導(dǎo)致的頻率下降，因此，由電網(wǎng)負(fù)載增大導(dǎo)致的電網(wǎng)頻率下降明顯小于無(wú)一次調(diào)頻時(shí)的網(wǎng)絡(luò)頻率下降，同樣，在電網(wǎng)負(fù)載減少導(dǎo)致的頻率上升時(shí)，并網(wǎng)的各個(gè)機(jī)組也會(huì)做出相反的反應(yīng)。因此，通過(guò)對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行一次調(diào)頻的正確操作，可以迅速地將電網(wǎng)負(fù)載與發(fā)電機(jī)的有功輸出達(dá)到基本平衡，達(dá)到電網(wǎng)的發(fā)電量平衡，降低了二次調(diào)頻的負(fù)荷，提高了電力系統(tǒng)在50 Hz左右的額定頻率下工作的能力，并改善了電力系統(tǒng)中頻率這個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的質(zhì)量等級(jí)。

1.2一次調(diào)頻特征參數(shù)

（1）調(diào)頻死區(qū)

為防止電網(wǎng)頻段在小干擾下，由于機(jī)組調(diào)門(mén)頻繁的動(dòng)作，會(huì)對(duì)電網(wǎng)和設(shè)備的穩(wěn)定造成不利的影響，在此范圍內(nèi)，機(jī)組一次調(diào)頻不工作。

（2）轉(zhuǎn)速不等率

轉(zhuǎn)速不均衡是指汽輪機(jī)從空載到滿載時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩變化與額定速度的比率，太大或太低都會(huì)影響電網(wǎng)的正常工作，所以必須進(jìn)行合理的調(diào)速。

（3）遲緩率

在調(diào)整系統(tǒng)的各個(gè)相關(guān)環(huán)節(jié)中存在摩擦、間隙等，使得轉(zhuǎn)速升高和降低的靜態(tài)特征曲線相應(yīng)的速度變化，這就是減速速率。

1.3一次調(diào)頻性能

電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻性能評(píng)估是由電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和反應(yīng)速度兩大部分組成的。

（1）一次 FM的正確操作速率

當(dāng)電網(wǎng)頻率較高時(shí)，機(jī)組可以降低負(fù)載，而當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，運(yùn)行的正確率應(yīng)該在80%以上。每個(gè)月的正確運(yùn)動(dòng)比率是：

λ動(dòng)作=fcorrect/（fcorrect+fwrong）（1）

式中：λ動(dòng)作為正確動(dòng)作率;fcorrect為每月正確動(dòng)作次數(shù);fwrong為每月不正確動(dòng)作次數(shù)。

（2）一次調(diào)頻響應(yīng)能力

實(shí)際積分電量/理論積分電量>60%（t≤60s）

DX=△QsY/△QjY≥60%（2）

式中：DX為一次調(diào)頻的考核效果;△QjY為理論積分電量;△QsY為實(shí)際積分電量。

從以上的評(píng)估規(guī)則中可以看到，F(xiàn)M的一次評(píng)估主要由兩個(gè)方面組成：

（1）一次調(diào)頻正確動(dòng)作率考核，要求每月正確動(dòng)作率不小于60%。

（2）一次調(diào)頻響應(yīng)能力考核，要求水頭在50m以下的水電機(jī)組，機(jī)組調(diào)頻量響應(yīng)時(shí)間不超過(guò)10s，達(dá)到90%的調(diào)頻應(yīng)在15秒以內(nèi)。

為了提高測(cè)試的質(zhì)量，必須加強(qiáng)對(duì)頻率的響應(yīng)，使其更加精確。

2.水電機(jī)組一次調(diào)頻控制系統(tǒng)的完善與優(yōu)化

2.1一次調(diào)頻響應(yīng)滯后時(shí)間及調(diào)節(jié)速度

該工作是根據(jù) PID參數(shù)的改進(jìn)來(lái)完成的。在 PID控制參數(shù)的設(shè)計(jì)中，KP值的選取一般是0， KP的設(shè)計(jì)是以一次 FM干擾期間的一次 FM開(kāi)啟的延遲為3.0 s，不允許有大的水壓變化和功率反調(diào);K1的設(shè)計(jì)要求保證在不發(fā)生超頻的條件下，選取最大值，從而控制一次調(diào)頻的調(diào)整時(shí)間。因此，在開(kāi)度方式下，KD的設(shè)計(jì)對(duì)一次 FM響應(yīng)的影響范圍很小，目前電力行業(yè)和電網(wǎng)調(diào)度管理也有明確的規(guī)定，在這種情況下，無(wú)差動(dòng)增益的設(shè)計(jì)是不需要的，KD值為0。

在功率方式下，PID 參數(shù)的設(shè)計(jì)既要滿足保證調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速和穩(wěn)定度，又要滿足穩(wěn)定的需要，防止低負(fù)載和低頻振蕩的發(fā)生。在此背景下，PID控制器的結(jié)構(gòu)可以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，但是調(diào)整周期太長(zhǎng)。

2.2一次調(diào)頻調(diào)節(jié)深度

通過(guò)對(duì)實(shí)際發(fā)展的實(shí)例的分析，可以發(fā)現(xiàn)，這個(gè)因素的影響最大的是計(jì)算死區(qū)和永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，其中最常見(jiàn)的問(wèn)題有兩個(gè)：第一，小頻差幅度的調(diào)整量太低。第二，水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行水頭對(duì)一次調(diào)頻調(diào)整的影響很大，特別是在水頭變動(dòng)幅度大的機(jī)組，受其綜合性能的影響，高水位時(shí)導(dǎo)葉的運(yùn)動(dòng)對(duì)出力的影響很大，而在低水位、高開(kāi)度時(shí)，導(dǎo)流葉片會(huì)增大，輸出功率不會(huì)發(fā)生變化。

針對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題，第一個(gè)問(wèn)題的解決方法是：首先，引入一個(gè)更小的永態(tài)轉(zhuǎn)差率 bp值，以便在同一頻率差的情況下，獲得更多的導(dǎo)葉開(kāi)度調(diào)整，即功率調(diào)整。此方法既能彌補(bǔ)較小的調(diào)整量，又能增大較大的調(diào)整量，使機(jī)組不能正常工作;又可采用整定的整定數(shù)值調(diào)整量，根據(jù)一次調(diào)頻計(jì)算的死區(qū)形式，或調(diào)整頻率差值△ f與調(diào)整功率之間的關(guān)系。這樣既能保證系統(tǒng)的正常工作，又能保證系統(tǒng)的正常工作。

3機(jī)組一次調(diào)頻考核的原因分析和申訴應(yīng)對(duì)

根據(jù)以上例子和電廠的實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)一次調(diào)頻經(jīng)常出現(xiàn)的故障主要有：1）調(diào)度側(cè)一次調(diào)頻輸入率統(tǒng)計(jì)不正確;2）調(diào)度側(cè)功率、頻率采樣與發(fā)電站側(cè)不一致，造成考核;3）一次調(diào)頻積分不符合考核指標(biāo);4）當(dāng)沒(méi)有新的調(diào)頻指示時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng) AGC和 LCU的負(fù)荷調(diào)整功能對(duì)一次調(diào)頻正常操作進(jìn)行干預(yù)。

對(duì)電廠一次調(diào)頻運(yùn)行管理工作提出了以下幾點(diǎn)意見(jiàn)：1）每天密切注意涉網(wǎng)發(fā)電廠一次調(diào)頻試驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)一次調(diào)頻試驗(yàn);2）當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，及時(shí)調(diào)取歷史曲線，收集有關(guān)資料，組織技術(shù)人員進(jìn)行操作情況分析;3）由于調(diào)度指令或設(shè)備異常出現(xiàn)并網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻退出情況，運(yùn)行值班人員應(yīng)作好記錄并通知相關(guān)技術(shù)人員;4）合理設(shè)置一次調(diào)頻補(bǔ)償系數(shù)，以便在一次調(diào)頻啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行積分補(bǔ)償;5）檢查監(jiān)測(cè)控制 AGC和機(jī)組 LCU的負(fù)荷調(diào)整邏輯，以防止對(duì)一次調(diào)頻操作造成的影響。

結(jié)束語(yǔ)：一次調(diào)頻是電力網(wǎng)負(fù)載頻率控制中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，參與一次調(diào)頻的水力發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻將直接影響到電網(wǎng)一次調(diào)頻的效率和效率。

所以，電廠的管理者必須準(zhǔn)確地了解一次調(diào)頻系統(tǒng)對(duì)機(jī)組的特殊需求，并根據(jù)需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，根據(jù)不同的機(jī)組特性，確定相應(yīng)的參數(shù)，通過(guò)多次的調(diào)試，最終得到了滿意的結(jié)果。

參考文獻(xiàn)

[1]溫可瑞，李衛(wèi)東，韓松等.考慮日歷壽命的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)參與一次調(diào)頻服務(wù)配置容量與控制參數(shù)協(xié)同優(yōu)化[J].高電壓技術(shù)，2019，45（07）：2185-2193.