調(diào)速器功率閉環(huán)模式下一次調(diào)頻模型的分析與應(yīng)用

甘波 劉立寧 駱星

摘 要：本文對(duì)調(diào)速器功率閉環(huán)模式下的一次調(diào)頻模型進(jìn)行了介紹與說(shuō)明。說(shuō)明了調(diào)速器功率閉環(huán)的定義，給出了調(diào)速器功率調(diào)節(jié)和一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)模型，總結(jié)了調(diào)速器功率閉環(huán)模式下的一次調(diào)頻模型的優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：功率閉環(huán)；一次調(diào)頻；調(diào)速器；模型

“關(guān)于《華中區(qū)域發(fā)電廠輔助服務(wù)及并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》試運(yùn)行有關(guān)事項(xiàng)的通知”，該通知要求并入四川電網(wǎng)的機(jī)組，必須投入一次調(diào)頻的功能，一次調(diào)頻管理的考核辦法簡(jiǎn)化為：“當(dāng)系統(tǒng)頻率偏差超過(guò)一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)，且持續(xù)時(shí)間達(dá)1分鐘及以上時(shí)，啟動(dòng)考核統(tǒng)計(jì)程序，以系統(tǒng)頻率超過(guò)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)的時(shí)刻為起始時(shí)刻，頻率恢復(fù)到死區(qū)時(shí)刻為結(jié)束時(shí)刻，監(jiān)測(cè)期間機(jī)組有功功率變化情況，如果期間被機(jī)組未正確動(dòng)作則記考核一次。”

然而絕大多數(shù)的中小型水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)的開(kāi)度調(diào)節(jié)模式，在這種調(diào)節(jié)控制模式下，當(dāng)調(diào)速器系統(tǒng)啟動(dòng)一次調(diào)頻時(shí)，調(diào)速器會(huì)按照開(kāi)度控制模型下的控制規(guī)律，調(diào)節(jié)導(dǎo)葉接力器行程，改變導(dǎo)葉開(kāi)度從而達(dá)到調(diào)節(jié)功率的目的。但事實(shí)上由于中小型機(jī)組，特別是近年來(lái)不斷發(fā)展的貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，由于水頭低，單位功率耗水量大，一次調(diào)頻起動(dòng)時(shí)，水輪機(jī)導(dǎo)葉的開(kāi)度變化不能夠及時(shí)反映出功率的明顯變化，或者說(shuō)不能很好地達(dá)到成電監(jiān)[2010]19號(hào)要求達(dá)到的效果。

本文所介紹的調(diào)速器系統(tǒng)功率閉環(huán)模型的一次調(diào)頻模型，是指在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)只負(fù)責(zé)將功率設(shè)定值下發(fā)給調(diào)速器系統(tǒng)，調(diào)速器系統(tǒng)接收到監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的功率給定值后，以此功率給定與功率反饋形成閉環(huán)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種功率調(diào)節(jié)模式正好與電網(wǎng)要求的一次調(diào)頻動(dòng)作的考核算法相吻合，能夠有效地避免并網(wǎng)電廠被考核值得廣大水電廠推廣和應(yīng)用。

1 水輪機(jī)調(diào)速器功能介紹

我國(guó)電力部門規(guī)定，電網(wǎng)的額定頻率為50Hz，大電網(wǎng)允許的頻率偏差為±0.2Hz。對(duì)我國(guó)的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，即使是大的電力系統(tǒng)，其負(fù)荷波動(dòng)也往往會(huì)達(dá)到其總?cè)萘康?%～3%。電力系統(tǒng)負(fù)荷的不斷變化，導(dǎo)致了頻率的波動(dòng)。因此，不斷地調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機(jī)組的輸出功率，維持機(jī)組的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的規(guī)定范圍內(nèi)，就是水輪機(jī)調(diào)節(jié)的基本任務(wù)。

眾所周知，只有調(diào)節(jié)流量Q和效率ηt，才能調(diào)節(jié)水輪機(jī)轉(zhuǎn)矩Mt，達(dá)到Mt與負(fù)荷轉(zhuǎn)矩Mg平衡的目的。水輪機(jī)調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速（頻率）在額定值的允許范圍內(nèi)。因此，只有當(dāng)水輪機(jī)調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)水輪機(jī)導(dǎo)葉開(kāi)度和輪葉的角度，使Mt=Mg，才能使機(jī)組在一個(gè)允許的轉(zhuǎn)速（頻率）下運(yùn)行。

2 調(diào)速器頻率、開(kāi)度調(diào)節(jié)模式介紹

頻率調(diào)節(jié)模式主要用于機(jī)組開(kāi)機(jī)到空載、并網(wǎng)以及機(jī)組甩負(fù)荷過(guò)程中的調(diào)節(jié)，主要目的是實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速開(kāi)機(jī)發(fā)電并維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，所以調(diào)節(jié)過(guò)程一般采用PID調(diào)節(jié)以增加系統(tǒng)的速動(dòng)性。值得注意的是，頻率調(diào)節(jié)模式只是開(kāi)機(jī)過(guò)程中的一種調(diào)節(jié)模式，不能和系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)相混淆，調(diào)節(jié)模式任何時(shí)候都只能有一個(gè)，而各種調(diào)節(jié)可以并行，作為調(diào)速器其主要目的是維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，所以頻率調(diào)節(jié)在任何工況，任何調(diào)節(jié)模式下都投入。不過(guò)，當(dāng)并網(wǎng)運(yùn)行頻率的偏差小于頻率死區(qū)時(shí)，頻率調(diào)節(jié)被會(huì)屏蔽掉，只有當(dāng)頻率波動(dòng)大于頻率死區(qū)時(shí)，頻率調(diào)節(jié)才真正起作用，頻率調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)、開(kāi)度調(diào)節(jié)并不沖突而是并聯(lián)的關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

調(diào)速器功率閉環(huán)的一次調(diào)頻模型主要優(yōu)點(diǎn)在于：能夠更加迅速、準(zhǔn)確地對(duì)功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少超調(diào)量，解決了開(kāi)度調(diào)節(jié)模式下，一次調(diào)頻動(dòng)作遲緩，效果不明顯甚至幅度起反調(diào)的風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了一次調(diào)頻的動(dòng)作合格率，值得各水電廠特別是小水電廠應(yīng)用和推廣。

參考文獻(xiàn)：

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