提升西北電網水（火）電機組一次調頻性能的措施

賀元康,楊楠,江國琪,李全茂

(1.西北電網有限公司，陜西西安710048；2.甘肅省電力公司，甘肅蘭州730000)

在“外向型、送出型、規模型”發展戰略指導下，西北750 kV電網逐級發展為“三華”電網的送端電網。隨著新疆聯網工程、酒泉千萬千瓦風電外送工程竣工，西北水火風電“打捆”大規模外送的局面逐級形成。目前，西北電網直流外送能力達到了611萬kW，直流外送容量約占當前電網負荷的15.27%，西北電網用電負荷較低，大容量的直流和大機組故障均會對電網頻率穩定造成較大影響。

據穩定計算，寶德直流西北送華中150萬kW情況下故障，西北電網頻率升至50.7 Hz左右；寶德直流西北送華中300萬kW情況下故障，穩控裝置正確動作，西北電網頻率升至50.6 Hz左右；德寶直流華中送西北90萬kW情況下故障，西北電網頻率降至49.64 Hz左右;拉西瓦水電廠2臺機組同時跳閘甩140萬kW出力，系統頻率降至49.44 Hz左右。

為保證西北電網在大容量功率突變情況下的頻率穩定，西北電力調度通信中心（以下簡稱西北網調）對西北電網內機組一次調頻開展了整治工作。

1 一次調頻整治前西北電網一次調頻狀況

西北網調核查了單機在200 MW及以上的火電、水電機組，全網共核查機組162臺，裝機總容量5 389萬kW，約占系統總裝機的69.4%。其中一次調頻投入機組139臺，占機組總臺數的85.8%；性能指標合格機組112臺，占機組總臺數的69.13%。通過核查發現如下問題。

1）部分機組因一次調頻試驗不合格，一次調頻功能尚未投入。

2）火電機組運行工況對一次調頻性能影響較大，在實際運行中,部分火電機組一次調頻性能不能滿足要求。

3）部分機組速度變動率較大，導致一次調頻作用降低[1]。

4）部分機組對一次調頻進行限幅且增加阻尼，導致一次調頻作用減小。

5）部分火電機組CCS沒有投自動，主蒸汽壓力變化大，影響機組帶負荷能力，進一步影響一次調頻性能[2]。

2 西北電網機組一次調頻整改措施

2.1 一次調頻總體考評方案

西北電網發電機組一次調頻考評包括所有并入西北電網單機在200MW及以上的火電、水電機組。

以每個季度西北電網電量競價盈余資金的X%作為火電、水電、第一調頻廠機組季度一次調頻運行考評獎勵資金。機組一次調頻考評獎勵機制以機組一次調頻季度貢獻電量、響應行為等指標作為考評范圍之內發電企業的考評標準。

西北電網發電機組一次調頻運行考評遵循“公開、公平、公正”原則，全網實行統一標準，火電、水電、第一調頻廠機組按季度分別考評、披露、結算。

2.2 考評獎勵方法

2.2.1 一次調頻積分電量計算方法

為了更好區分頻率越限后，機組的一次調頻性能對頻率穩定的貢獻程度，將頻率擾動分為大擾動和小擾動，頻率變化量超過±0.1 Hz的擾動為大擾動，頻率變化量未超過±0.1 Hz的擾動為小擾動。

頻率大擾動時機組一次調頻的持續時間通常為幾十秒鐘，頻率變化量越大機組產生的一次調頻動作量越寶貴。此時的頻率變化量對于迅速恢復系統正常頻率、縮短頻率越限時間有著極為重要的作用，這段時間的貢獻電量對電網的安全穩定貢獻很大。根據頻率偏差的大小對積分貢獻電量附加不同的權重，可以更加科學、有效地區分機組一次調頻對頻率穩定所做的貢獻[3-13]。

大擾動時的貢獻電量計算公式如式（1）、（2）所示，該算法體現了根據電網頻率、一次調頻死區和機組出力在不同時刻和不同權重下的貢獻電量計算累加過程。

式中,Qih為機組i在系統頻率大擾動時的一次調頻積分電量；t0為系統頻率越限時刻；t1為系統頻率恢復至機組一次調頻死區時刻；Pt為t時刻機組i的實際出力；P0為t0時刻機組i的實際出力；Sit為該時刻該機組i的狀態，Sit為1表示機組正受AGC或計劃指令作用進行機組出力調整,Sit為0表示AGC或計劃指令未調整負荷；R為機組i的平均爬坡速率；T為積分周期；k為積分權重；△f為當前頻率與額定頻率50 Hz的差值；△fsq為一次調頻動作死區,火電機組取0.033Hz，水電機組取0.05 Hz[14-15]。

頻率發生小幅度擾動后，系統頻率剛超過死區時,機組一次調頻能夠快速響應對于系統的穩定尤為重要，此時根據機組一次調頻響應速度區分機組一次調頻貢獻量，在頻率超過死區初期賦予較大權重。小擾動時的計算公式如式（3）、（4）所示。

式中，Qih為機組i的一次調頻在頻率小擾動時的積分電量，其他符號的含義與式（1）、（2）相同。

2.2.2 一次調頻合格率計算方法

1）一次調頻合格率。當電網頻率超出機組一次調頻死區時，機組一次調頻的積分電量QSJ占相應時間內機組一次調頻理論計算積分電量QJS的比例作為機組一次調頻的合格率為GHi。

機組一次調頻理論積分電量計算公式為

2）一次調頻平均合格率。以考核期內機組一次調頻合格率的算術平均值作為機組一次調頻平均合格率，公式如下：

式中,GHavei為考評周期機組i的一次調頻平均合格率；GHij為機組i的一次調頻合格率，按式（5）計算；n為考評周期內電網頻率超出機組頻率死區的次數。

3）一次調頻正確動作率。當某臺機組并網運行時，在電網頻率越過機組一次調頻死區的一個積分期間，如果機組的一次調頻貢獻電量為正，且一次調頻合格率GHi大于30%，則統計為該機組一次調頻正確動作1次，否則，為不正確動作1次。

當季度機組一次調頻正確動作率為Ui,則Ui可表示為

式中，Uim為一次調頻正確動作次數；Uin為不正確動作次數。

若某臺機組該季度一次調頻運行的正確動作率Ui低于70%，該機組當季度貢獻電量按0處理。

2.2.3 考評辦法

機組按照火電、水電分類，根據機組一次調頻貢獻電量在相應類中的比例以及一次調頻正確動作率、一次調頻平均合格率作為考評獎勵依據，第一調頻廠按特定評價標準作獎勵依據。

1)火電、水電、第一調頻廠考評獎勵資金分配原則。第一調頻廠獎勵資金按全部考評獎勵資金的5%劃分；普通水、火電機組獎勵資金按全部考評獎勵資金的95%劃分；火電、水電考評獎勵資金按考核期內水、火電機組裝機容量及發電量比例劃分。公式如下:

式中,D為總的考評獎勵資金；DT為第一調頻廠獎勵資金；DH為火電獎勵資金；DS為水電獎勵資金；PH為考核期火電機組總裝機容量；PS為考核期水電機組總裝機容量；SH為考核期火電機組總發電量；SS為考核期水電機組總發電量。

2)火電機組獎勵金額計算。公式如下:

式中，DHi為火電機組的季度獎勵金額；DH為根據式（10）算出的火電獎勵資金；QHi為火電機組i季度一次調頻貢獻電量；n為全網參加一次調頻考評的火電機組臺數；Ui為機組i一次調頻季度正確動作率；GHavei為機組i在考核期內一次調頻平均合格率。

3)水電機組獎勵金額計算。公式如下:

式中，DSi為水電機組i的季度獎勵金額；DS為根據式（11）算出的水電獎勵資金；QSi為水電機組i季度一次調頻貢獻電量；m為全網參加一次調頻考評的水電機組臺數；Ui為水電機組i一次調頻季度正確動作率；GHi為水電機組i考核期內一次調頻平均合格率。

4)第一調頻廠機組獎勵金額計算。擔任過第一調頻廠的電廠根據考核期間擔任第一調頻廠的時間劃分第一調頻廠獎勵資金，在不擔任第一調頻廠時按普通水電機組獎勵辦法計算獎勵金額。第一調頻廠獎勵資金劃分公式如下:

式中,DTi為考評周期內第一調頻廠i獎勵金額；DT為第一調頻廠獎勵資金；Ti為第一調頻廠i考評周期內擔任第一調頻廠的時間；T為考評周期總時間。

2.3 計量與結算

機組一次調頻貢獻電量考評數據以西北電力調度中心自動化系統為依據，西北各省（區）電力調度中心自動化系統數據作為西北網調考核系統備用數據。

西北網調在每年第一季度的廠網聯系會上向各參與考評的發電企業發布上年度該企業各季度一次調頻貢獻電量、一次調頻動作達標系數及獎勵金額明細清單，并按季度進行結算。

2.4 信息披露

西北網調每季度第一個月某日前匯總上季度全網參加考評機組一次調頻運行統計報表，依據本辦法計算出各機組上季度的一次調頻運行貢獻電量，于某日前在“三公”調度信息網站上披露，并向國家電力監管委員會西北監管局（以下簡稱西北電監局）提交全網所有參加考評機組一次調頻運行考評報告。

2.5 一次調頻整治前后西北電網頻率特性對比

圖1為一次調頻整治前后西北電網內大容量機組跳閘和大容量直流閉鎖時的頻率特性對比。

由圖1可以看出，整治前西北某直流75萬kW閉鎖頻率最高升至50.271Hz，整治后西北某直流75萬kW閉鎖頻率最高升至50.186Hz，整治前某機組帶55萬kW出力跳閘頻率低至49.807Hz，整治后某機組帶78萬kW出力跳閘頻率低至49.818 Hz，由圖1可以看出，經過整治后，西北電網頻率特性有了顯著提高。

圖1 一次調頻整治前后西北電網頻率特性對比圖

3 總結

針對西北電網一次調頻存在的問題和不足，提出了一次調頻整改措施。該措施根據機組在頻率大擾動和小擾動時一次調頻對頻率穩定貢獻程度，提出了不同的積分電量計算方法，按照水、火電機組和第一調頻廠分類，分別計算機組一次調頻考評獎勵金額，定期披露考評結果。該措施科學有效地衡量了水火電機組的一次調頻性能，對于提高機組的一次調頻性能有極大的推動作用。實踐表明，通過該措施的實施，西北電網一次調頻能力有了顯著提高。

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