AGC與一次調(diào)頻自適應(yīng)協(xié)調(diào)配合策略

王 軍

（國(guó)能大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源 625304）

1 概述

深溪溝水電站位于四川省大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤部，為大渡河干流規(guī)劃的第十八級(jí)電站，其上一梯級(jí)為瀑布溝電站。電站接瀑布溝水電站尾水，裝機(jī)規(guī)模為4×165 MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，以500 kV電壓等級(jí)接入電力系統(tǒng)。深溪溝水電站調(diào)速器微機(jī)調(diào)節(jié)器采用法國(guó)施耐德昆騰+M580構(gòu)架的PLC雙重冗余配置，監(jiān)控系統(tǒng)AGC采用DCS技術(shù)應(yīng)用的虛擬DPU控制，機(jī)組LCU采用傳統(tǒng)施耐德昆騰系列雙機(jī)熱備機(jī)架。

2 背景簡(jiǎn)介

2019年5月6日，某500 kV主力廠多臺(tái)機(jī)組跳閘，西南電網(wǎng)損失功率約180萬(wàn)kW，電網(wǎng)頻率出現(xiàn)持續(xù)低頻，最大頻偏約-0.23 Hz，穩(wěn)態(tài)頻偏在-0.11～-0.12 Hz之間波動(dòng)，持續(xù)時(shí)間超過(guò)5 min。

在此期間瀑布溝電站2F、4F、5F機(jī)組和深溪溝電站2F機(jī)組均存在AGC與一次調(diào)頻配合不協(xié)調(diào)而出現(xiàn)反調(diào)的問(wèn)題，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)瀑布溝5F機(jī)組調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)（圖1、圖2）。

根據(jù)圖1、圖2數(shù)據(jù)記錄分析，15：16：26，瀑布溝電站5F機(jī)組頻率持續(xù)降低，機(jī)組一次調(diào)頻正常動(dòng)作，機(jī)組有功功率逐步從204 MW上升至228 MW。15：16：37，瀑布溝電站AGC下發(fā)5F機(jī)組有功調(diào)節(jié)199 MW命令，電站AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合采用“直接疊加”方式，5F機(jī)組有功功率從228 MW降低至198 MW。由于AGC調(diào)節(jié)影響，調(diào)節(jié)結(jié)果為AGC功率閉環(huán)調(diào)節(jié)值，AGC與一次調(diào)頻配合不協(xié)調(diào)削弱了一次調(diào)頻動(dòng)作效果。

圖1 瀑布溝5F機(jī)組PMU數(shù)據(jù)

圖2 瀑布溝5F機(jī)組監(jiān)控調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)

3 自適應(yīng)策略分析

3.1 自適應(yīng)策略總體控制原則

監(jiān)控系統(tǒng)與機(jī)組一次調(diào)頻配合主要原則如下：

（1）監(jiān)控系統(tǒng)投入功率閉環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)不限制機(jī)組一次調(diào)頻的正常調(diào)節(jié)，一次調(diào)頻功率調(diào)節(jié)量應(yīng)與監(jiān)控系統(tǒng)功率給定實(shí)現(xiàn)直接疊加。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)增設(shè)一次調(diào)頻修正功能，根據(jù)電網(wǎng)頻率變化計(jì)算機(jī)組一次調(diào)頻功率調(diào)節(jié)量，修正監(jiān)控系統(tǒng)功率給定。應(yīng)配置不同參數(shù)組，設(shè)置最大負(fù)荷、最小負(fù)荷限制措施。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)一次調(diào)頻修正功能應(yīng)不影響原有AGC及操作員功率調(diào)節(jié)的速度及幅度，一次調(diào)頻修正功能不主動(dòng)閉鎖AGC功率調(diào)節(jié)指令和操作員功率調(diào)節(jié)。

3.2 自適應(yīng)策略調(diào)速器功能完善

3.2.1 調(diào)速器系統(tǒng)基礎(chǔ)功能完善

調(diào)速器應(yīng)具備導(dǎo)葉控制“三選二”功能。頻率控制“三取中值”功能，保障頻率控制、開(kāi)度控制的穩(wěn)定性。

圖3 開(kāi)度、頻率控制示意圖

3.2.2 調(diào)速器系統(tǒng)配合功能完善

調(diào)速器系統(tǒng)計(jì)算工頻（50 Hz）與A、B機(jī)殘壓1、殘壓2、齒盤(pán)頻率信號(hào)的頻差數(shù)據(jù)，將頻差數(shù)據(jù)通過(guò)4～20 mA模擬量信號(hào)上送機(jī)組LCU單元，上送頻率精度為0.001 Hz。新增頻差保護(hù)功能，若調(diào)速器切“孤網(wǎng)參數(shù)”或非自動(dòng)運(yùn)行或非負(fù)載態(tài)，則將上送監(jiān)控系統(tǒng)的頻率偏差數(shù)據(jù)置0。

3.2.3 監(jiān)控系統(tǒng)LCU功率調(diào)節(jié)功能完善

（1）機(jī)組LCU將接收到的調(diào)速器3路頻差數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換精度0.001 Hz。新增Δ殘壓1、Δ殘壓2、Δ齒盤(pán)頻差“三取中”邏輯，將三取中頻差數(shù)據(jù)賦值給Δf頻偏。

（2）機(jī)組LCU計(jì)算一次調(diào)頻功率修正值，新增一次調(diào)頻頻率偏差計(jì)算理論功率調(diào)節(jié)量程序邏輯，計(jì)算公式：ΔP=｜Δf頻偏-db人工死區(qū)｜÷50×PN÷bp。

（3）在機(jī)組LCU功率閉環(huán)中增加一次調(diào)頻動(dòng)作量，將一次調(diào)頻理論調(diào)節(jié)功率值疊加至AGC功率調(diào)節(jié)值，將“功率設(shè)定值+一次調(diào)頻動(dòng)作值-實(shí)發(fā)值”作為功率PID調(diào)節(jié)目標(biāo)值。

3.3 自適應(yīng)協(xié)調(diào)配合流程控制

自適應(yīng)協(xié)調(diào)配合控制流程見(jiàn)圖4。

圖4 AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合控制流程框圖

AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合控制流程框圖中應(yīng)注意以下問(wèn)題：

（1）頻率死區(qū)及方向（SELECT）：在一次調(diào)頻死區(qū)以外，計(jì)算帶方向的頻率偏差。

（2）一次調(diào)頻理論功率調(diào)節(jié)量計(jì)算（Pfm）：根據(jù)頻率偏差方向，計(jì)算的一次調(diào)頻功率理論調(diào)節(jié)量應(yīng)帶有調(diào)節(jié)方向。

（3）一次調(diào)頻理論功率調(diào)節(jié)量功率疊加前速率限制（VEL_LIM）：應(yīng)根據(jù)有功增減方向設(shè)置不同的速率限制值，速率限制計(jì)算周期應(yīng)可調(diào)。速率限制計(jì)算周期應(yīng)根據(jù)實(shí)際帶負(fù)荷調(diào)節(jié)測(cè)試進(jìn)行整定。

（4）監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻功率閉環(huán)疊加（AGC_PF）：功率閉環(huán)疊加值應(yīng)與機(jī)組LCU功率閉環(huán)進(jìn)入PID調(diào)節(jié)運(yùn)算前的最終給定值直接疊加。

4 自適應(yīng)協(xié)調(diào)配合試驗(yàn)

4.1 監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻不協(xié)調(diào)試驗(yàn)

未投入監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合功能前，功率調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻不協(xié)調(diào)試驗(yàn)記錄

4.1.1 試驗(yàn)條件及參數(shù)定義

（1）條件：機(jī)組LCU功率閉環(huán)始終投入，退出監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合功能。

（2）定義：頻率：50 Hz與試驗(yàn)頻率的偏差值，即：試驗(yàn)低頻，頻率偏差為“+”；試驗(yàn)高頻，頻率偏差為“－”；LCU-PID：監(jiān)控系統(tǒng)功率給定值與機(jī)組功率反饋值的差值。

4.1.2 試驗(yàn)過(guò)程及說(shuō)明

（1） 1.4～10 s，監(jiān)控LCU功率閉環(huán)始終投入，試驗(yàn)前機(jī)組功率給定與功率反饋值基本一致，即“LCUPID”=0。

（2） 10 s開(kāi)始，當(dāng)試驗(yàn)頻率降低為49.8 Hz時(shí)，調(diào)速器系統(tǒng)頻率偏差為“+0.2 Hz”，調(diào)速器一次調(diào)頻動(dòng)作，機(jī)組減有功功率，即“導(dǎo)葉反饋”逐漸減小，“功率反饋”逐漸降低。

（3） 10～20 s，一次調(diào)頻動(dòng)作，機(jī)組減有功功率時(shí)，機(jī)組LCU中功率給定值與功率反饋值偏差逐漸增加，即“LCU-PID”逐漸增大。

（4） 20～51 s，監(jiān)控系統(tǒng)LCU啟動(dòng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，目的將機(jī)組有功功率重新拉回目標(biāo)給定值，由于此時(shí)監(jiān)控LCU功率調(diào)節(jié)的介入，“導(dǎo)葉給定”逐漸增加，“導(dǎo)葉反饋”逐漸增加，“功率反饋”逐漸增大，“LCU-PID”逐漸減小至0。該過(guò)程一直持續(xù)到機(jī)組有功反饋跟蹤至機(jī)組有功給定值。

（5） 51～118 s，一次調(diào)頻頻差恒定，一次調(diào)頻量恒定，監(jiān)控LCU功率給定值恒定，LCU功率閉環(huán)調(diào)節(jié)到位后保持穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)該過(guò)程調(diào)節(jié)，一次調(diào)頻調(diào)節(jié)量被LCU功率閉環(huán)調(diào)節(jié)抵消調(diào)，一次調(diào)頻與LCU功率閉環(huán)不協(xié)調(diào)，即：一次調(diào)頻與AGC不協(xié)調(diào)。

（6） 118～214 s，當(dāng)試驗(yàn)頻率回到50 Hz時(shí)，調(diào)速器系統(tǒng)一次調(diào)頻動(dòng)作量回調(diào)，機(jī)組功率增加，監(jiān)控LCU直接動(dòng)作減有功功率，最終保持機(jī)組有功功率反饋值跟蹤給定值。在此期間，機(jī)組功率調(diào)節(jié)過(guò)程反復(fù)動(dòng)作，一次調(diào)頻調(diào)節(jié)量被LCU功率閉環(huán)調(diào)節(jié)抵消調(diào)，一次調(diào)頻與LCU功率閉環(huán)不協(xié)調(diào)，即：一次調(diào)頻與AGC不協(xié)調(diào)。

4.2 監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)試驗(yàn)

投入監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合功能，功率調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)試驗(yàn)記錄

4.2.1 試驗(yàn)條件及定義

（1）條件：機(jī)組LCU功率閉環(huán)始終投入，投入監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合功能。

（2） 定義：PIDOUT，調(diào)速器系統(tǒng)導(dǎo)葉開(kāi)度PID給定輸出。

4.2.2 試驗(yàn)過(guò)程及說(shuō)明

（1） 2.4～10 s，監(jiān)控LCU功率閉環(huán)始終投入，試驗(yàn)前機(jī)組功率給定與功率反饋值基本一致，即“LCU-PID”=0。

（2） 10 s開(kāi)始，當(dāng)試驗(yàn)頻率降低為49.8 Hz時(shí)，調(diào)速器系統(tǒng)頻率偏差為“+0.2 Hz”，大于一次調(diào)頻死區(qū)（0.04 Hz），調(diào)速器一次調(diào)頻動(dòng)作，機(jī)組減有功功率，即“PIDOUT”逐漸減小，“導(dǎo)葉反饋”跟蹤“PIDOUT”，“功率反饋”逐漸降低。

（3） 10～122 s，一次調(diào)頻動(dòng)作，機(jī)組減有功功率時(shí)，由于監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合功能已投入，監(jiān)控LCU將計(jì)算的一次調(diào)頻理論功率調(diào)節(jié)量疊加至機(jī)組LCU原始功率給定值，即“監(jiān)控LCU功率原始給定值+監(jiān)控LCU計(jì)算一次調(diào)頻理論功率調(diào)節(jié)量”=“機(jī)組功率原始反饋值+調(diào)速器實(shí)際一次調(diào)頻動(dòng)作量”，因此“LCU-PID”基本保持在0，監(jiān)控LCU功率閉環(huán)雖然投入，但未參與調(diào)節(jié)，不影響一次調(diào)頻動(dòng)作，監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻配合協(xié)調(diào)。

（4） 122～222 s，當(dāng)試驗(yàn)頻率回到50 Hz時(shí)，調(diào)速器系統(tǒng)一次調(diào)頻動(dòng)作量回調(diào)，“PIDOUT”返回至動(dòng)作前狀態(tài)值，“導(dǎo)葉反饋”跟蹤“PIDOUT”，“功率反饋”回到反饋動(dòng)作前狀態(tài)值，“監(jiān)控LCU功率原始給定值+監(jiān)控LCU計(jì)算一次調(diào)頻理論功率調(diào)節(jié)量”逐步返回至“監(jiān)控LCU功率原始給定值”，因此“LCU-PID”基本保持在0，監(jiān)控LCU功率閉環(huán)雖然投入，但未參與調(diào)節(jié)，不影響一次調(diào)頻動(dòng)作，監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻配合協(xié)調(diào)。

5 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用“自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)（AGC）與一次調(diào)頻自適應(yīng)協(xié)調(diào)配合策略”，可以有效解決深溪溝電站監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻不協(xié)調(diào)問(wèn)題，但深溪溝電站水頭較低，高水頭電站在該自適應(yīng)策略中應(yīng)對(duì)一次調(diào)頻理論功率調(diào)整量進(jìn)行一定的水頭修正，才能更好發(fā)揮該協(xié)調(diào)策略控制優(yōu)勢(shì)。通過(guò)該協(xié)調(diào)配合策略的應(yīng)用，能更有效地保障電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性、可靠性。