小灣電廠一次調(diào)頻考核淺析

閆　明，盛　蕊，李金科

小灣電廠一次調(diào)頻考核淺析

閆明，盛蕊，李金科

（華能瀾滄江水電股份有限公司檢修分公司，云南 昆明 650214）

電網(wǎng)“兩個管理實(shí)施細(xì)則”的實(shí)施加大了對發(fā)電廠電能質(zhì)量的考核，并制定了詳細(xì)的考核方法。其中對一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)質(zhì)量是其中的重點(diǎn)考核內(nèi)容之一。為了滿足“兩個細(xì)則”的要求，在保證機(jī)組安全性的前提下，對控制系統(tǒng)中一次調(diào)頻的控制結(jié)構(gòu)、控制方法、與自動發(fā)電控制（AGC）的配合協(xié)調(diào)等方面需要進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，才能提高一次調(diào)頻的合格率。本文就近年來小灣電廠一次調(diào)頻出現(xiàn)不合格而被南網(wǎng)考核的情況做總結(jié)分析，并制定了整改措施，積極改進(jìn)達(dá)到電網(wǎng)指定要求。

一次調(diào)頻；計(jì)算死區(qū)；AGC；調(diào)速器

1　引言

水電廠機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的一次調(diào)頻是調(diào)速器的一項(xiàng)基本功能，它對改善電網(wǎng)頻率品質(zhì)有著積極的作用，尤其是小范圍的頻率波動，其速動性和準(zhǔn)確性是無可挑剔的。從機(jī)組投產(chǎn)后，電網(wǎng)會根據(jù)一套自身的考核方法及算法，從電網(wǎng)頻率波動出發(fā)，以單位時間內(nèi)（60s）的有功調(diào)節(jié)量及動作正確率為判據(jù)，對電廠給予考評。經(jīng)過近幾年對小灣電廠運(yùn)行情況的了解，一次調(diào)頻被電網(wǎng)考核的主要原因在于一次調(diào)頻動作量不夠造成積分電量被考核，及一次調(diào)頻與AGC的控制協(xié)調(diào)關(guān)系的不完善。下面針對此類被考核情況做進(jìn)一步探討。

2　積分電量算法及小灣電廠一次調(diào)頻被考核現(xiàn)狀分析

2.1積分電量的算法及考核標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)組一次調(diào)頻動作的積分電量Qr達(dá)到理論動作積分電量Qt的50%判為動作合格，計(jì)算方法如下：

其中，Pk為實(shí)際出力；PSk為積分起始出力，積分起始時間為頻率過死區(qū)時間，積分結(jié)束時間為頻率回到死區(qū)的時間（最大限值1min）；f為系統(tǒng)頻率，f0為機(jī)組一次調(diào)頻動作死區(qū)頻率門檻；5%為機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率；Sk為機(jī)組額定容量。

從公式（1）、（2）中可以看出，水電廠調(diào)速器調(diào)差特性是頻率和導(dǎo)葉開度的關(guān)系。所以，調(diào)速器在聯(lián)網(wǎng)模式下，檢測到頻率大于設(shè)置死區(qū)，就會調(diào)節(jié)。調(diào)速器此時只是調(diào)節(jié)開度，只要開度滿足計(jì)算要求即認(rèn)為調(diào)頻是合格的。換言之，調(diào)速器聯(lián)網(wǎng)模式下是開度調(diào)節(jié)模式，即便一次調(diào)頻動作，調(diào)節(jié)的也是開度。而在電網(wǎng)側(cè)，關(guān)注的是頻率和功率。這樣就會出現(xiàn)電廠機(jī)組的調(diào)節(jié)和電網(wǎng)的目標(biāo)要求不對應(yīng)的問題。

2.2小灣電廠一次調(diào)頻被考核現(xiàn)狀分析

通過對2012年7月至9月期間1至6號機(jī)組考核數(shù)據(jù)（表1）的對比分析，發(fā)現(xiàn)一次調(diào)頻被考核主要存在兩種情況：一是一次調(diào)頻動作后，調(diào)節(jié)量不滿足要求，即一次調(diào)頻實(shí)際調(diào)節(jié)的積分電量達(dá)不到考核系統(tǒng)理論計(jì)算積分電量的50%，該種情況占28.27%。二是實(shí)際動作方向與理論計(jì)算要求相反，如系統(tǒng)頻率偏高時，機(jī)組出力不但沒有降低反而有所增加，或一次調(diào)頻動作而引起的負(fù)荷偏差被監(jiān)控系統(tǒng)重新調(diào)整回去，這種情況占71.73%。

表12012　年7月至9月期間1至6號機(jī)組南網(wǎng)輔助服務(wù)考核數(shù)據(jù)

2.2.1小灣電廠在一次調(diào)頻中積分電量（有功調(diào)節(jié)

量）考核原因分析

電網(wǎng)頻率變化超過一次調(diào)頻動作死區(qū)后，機(jī)組接力器動作方向正確，但積分電量不合格原因分析如下：

根據(jù)錄波和監(jiān)控簡報(bào)記錄，積分電量被考核多出現(xiàn)在系統(tǒng)頻率超過死區(qū)臨界點(diǎn)的狀態(tài)下，這樣如果本身波動的死區(qū)又不大，調(diào)速器內(nèi)部參與PID計(jì)算的頻差是減過死區(qū)后的頻差，這樣調(diào)節(jié)下來的開度就比較小，功率也基本沒大的變化。小灣電廠一次調(diào)頻采用開度控制模式，計(jì)算頻差=頻差—計(jì)算死區(qū)，計(jì)算死區(qū)為0.05Hz，南網(wǎng)輔助服務(wù)考核系統(tǒng)記錄頻率為50.07Hz，頻差為0.07Hz。由于計(jì)算死區(qū)較大，計(jì)算頻差較小0.07-0.05=0.02Hz，轉(zhuǎn)差系數(shù)bp=4%時，對應(yīng)的導(dǎo)葉調(diào)節(jié)量僅為1%，對機(jī)組有功及頻率影響不大，導(dǎo)致機(jī)組頻率長時間處于50.05Hz以上，不滿足一次調(diào)頻考核要求，因調(diào)節(jié)量不夠?qū)е驴己穗娏慨a(chǎn)生。

由于調(diào)速器PID算法中微分環(huán)節(jié)的作用，使得頻率在過波峰后導(dǎo)葉開度變化速率變小，考核時段內(nèi)實(shí)際動作積分電量Qr變小。從而，一次調(diào)頻實(shí)際調(diào)節(jié)的積分電量達(dá)不到考核系統(tǒng)理論計(jì)算積分電量的50%的可能性將變大。

在同一水頭下，導(dǎo)葉開度和機(jī)組有功不成線性關(guān)系，不同水頭下，相同開度對應(yīng)的機(jī)組有功也不一樣，造成實(shí)際有功調(diào)節(jié)量與理論值有一定偏差，從而可能產(chǎn)生考核電量。雖然導(dǎo)葉接力器動作方向正確，但由于水流具有慣性的作用，機(jī)組本身存在一定反調(diào)現(xiàn)象，也是造成考核的一個重要因素。

2.2.2小灣電廠在一次調(diào)頻與AGC控制協(xié)調(diào)關(guān)系存

在問題而導(dǎo)致考核原因分析

《南方電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定在一次調(diào)頻與AGC協(xié)調(diào)配合上，應(yīng)滿足的條件為：1）機(jī)組在執(zhí)行AGC調(diào)節(jié)任務(wù)時不應(yīng)該受到一次調(diào)頻功能的干擾。2）一次調(diào)頻在AGC調(diào)節(jié)間斷時期應(yīng)該正常響應(yīng)。3）一次調(diào)頻在動作過程中如果有新的AGC調(diào)節(jié)命令，應(yīng)該立即執(zhí)行AGC調(diào)節(jié)命令。4）機(jī)組的一次調(diào)頻動作引起的全廠總功率的偏差應(yīng)該不能被監(jiān)控系統(tǒng)重新調(diào)整回去。但小灣電廠AGC程序中設(shè)定：未參加AGC機(jī)組的實(shí)發(fā)值差值+參加AGC且一次調(diào)頻動作機(jī)組的實(shí)發(fā)值之和，在相鄰兩個計(jì)算周期大于全廠AGC設(shè)值死區(qū)的0.5倍（6MW）時，則進(jìn)入負(fù)荷重新分配，通過調(diào)整參加AGC機(jī)組的有功功率，來維持全廠總有功不變。這與《中國南方電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定一次調(diào)頻與AGC協(xié)調(diào)條件中第四條相沖突，導(dǎo)致小灣電廠一次調(diào)頻經(jīng)常被南網(wǎng)考核。

一次調(diào)頻過程中若同時存在AGC指令，則機(jī)組會優(yōu)先執(zhí)行AGC指令，按技術(shù)規(guī)范要求不應(yīng)受到一次調(diào)頻功能的影響，結(jié)果導(dǎo)致干擾一次調(diào)頻調(diào)節(jié)，可能造成在一次調(diào)頻考核時段內(nèi)，實(shí)際積分電量與要求的理論積分電量反向而遭到考核。如表1中：8月5日2號機(jī)組，頻率降低超過一次調(diào)頻動作死區(qū)，本應(yīng)增大導(dǎo)葉開度，但同時存在AGC指令（減負(fù)荷），導(dǎo)致導(dǎo)葉開度減小，造成實(shí)際積分電量反向。雖然在《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行實(shí)施管理細(xì)則》中第27條中規(guī)定此情況可免于一次調(diào)頻考核，但電廠往往疏于跟南網(wǎng)調(diào)度溝通或申訴不及時，常常遭受考核。曲線如下頁圖1所示。

3　為避免一次調(diào)頻考核而制定的優(yōu)化措施

針對一次調(diào)頻實(shí)際動作積分電量達(dá)不到理論積分電量的50%而遭到考核的現(xiàn)象，小灣電廠制定措施，保持一次調(diào)頻動作死區(qū)（±0.05Hz）不變，通過減小一次調(diào)頻計(jì)算死區(qū)來增大調(diào)速器調(diào)節(jié)量，由于前期試驗(yàn)階段效果明顯，目前已將1至6號機(jī)組計(jì)算死區(qū)由0.05Hz全部改為0.0Hz，修改至今從考核數(shù)據(jù)看，改善效果明顯，基本避免因調(diào)節(jié)量不滿足要求而遭到考核的情況（見表2）。這樣處理和減少調(diào)差系數(shù)有本質(zhì)區(qū)別，盡管都能加大調(diào)節(jié)量，前者效果相當(dāng)于整體加大一個固定的調(diào)節(jié)量，而后者是改變整體計(jì)算系數(shù)，這對頻率大波動出現(xiàn)大頻差調(diào)節(jié)是不利的，會造成超調(diào)。

圖1　4號機(jī)組一次調(diào)頻動作過程曲線

圖2　4號機(jī)組一次調(diào)頻動作過程曲線

表2　6號機(jī)組一次調(diào)頻性能試驗(yàn)結(jié)果

從圖2中4號機(jī)組一次調(diào)頻動作過程曲線可以看出考核期間一次調(diào)頻動作邏輯正確，一次調(diào)頻動作期間初期負(fù)荷增加趨勢并不明顯，后期負(fù)荷逐漸增大。因南網(wǎng)輔助考核系統(tǒng)一次調(diào)頻積分電量考核最大時限為1min，為此，很可能因前期調(diào)節(jié)幅度較小或期間負(fù)荷波動，造成考核時段內(nèi)實(shí)際積分電量達(dá)不到要求。對此，還可在機(jī)組檢修試驗(yàn)期間進(jìn)行帶負(fù)荷時的頻率響應(yīng)試驗(yàn)，通過優(yōu)化調(diào)速器負(fù)載PID參數(shù)，在頻差超過死區(qū)的較小范圍內(nèi)和調(diào)節(jié)初期，適當(dāng)增大導(dǎo)葉開度增量，使調(diào)頻功率曲線初期較陡。提高頻差小幅度波動時一次調(diào)頻的動作幅度及考核時段內(nèi)實(shí)際積分電量變化值。

根據(jù)《南方電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范》要求，一次調(diào)頻和AGC的協(xié)調(diào)關(guān)系規(guī)定“機(jī)組在執(zhí)行AGC設(shè)定值時應(yīng)該不受一次調(diào)頻功能的影響，處理變化應(yīng)該是二者疊加的效果”，疊加效果由調(diào)速器系統(tǒng)來完成，期間可能會造成反調(diào)的想象，從而被南網(wǎng)考核。遇此情況，應(yīng)及時收集當(dāng)時數(shù)據(jù)資料向南網(wǎng)調(diào)度申訴，加強(qiáng)溝通，避免考核。

為提高一次調(diào)頻動作成功率，小灣電廠目前在AGC組態(tài)中取消“一次調(diào)頻投入”和“一次調(diào)頻動作”兩個輸入源，將舊的AGC邏輯更改為“未參加AGC機(jī)組的實(shí)發(fā)值與設(shè)定值的差值在相鄰兩個計(jì)算周期大于全廠AGC設(shè)置死區(qū)的1.0倍則重新進(jìn)行AGC負(fù)荷分配”，這樣相當(dāng)于總差值由原來的6MW改為12MW，且只有未參加AGC的機(jī)組帶來的負(fù)荷偏差才會觸發(fā)此條件，避免機(jī)組一次調(diào)頻動作引起的全廠總功率的偏差被監(jiān)控系統(tǒng)重新調(diào)整回去的情況。

4　結(jié)束語

通過以上論述，針對《南方電網(wǎng)電廠并網(wǎng)運(yùn)行及輔助服務(wù)管理算法規(guī)范》中積分電量的考核標(biāo)準(zhǔn)及《南方電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求，通過修改調(diào)速器一次調(diào)頻計(jì)算死區(qū)、優(yōu)化負(fù)載PID參數(shù)、完善一次調(diào)頻與AGC協(xié)調(diào)存在的問題，均可提高一次調(diào)頻動作合格率，并在實(shí)際運(yùn)用中得到了良好的實(shí)踐效果，但想要在較短時間內(nèi)徹底解決一次調(diào)頻被考核的問題很困難，還需繼續(xù)探討、研究。

[1]南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則（修訂稿）[Z].

[2]南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則（修訂稿）[Z].

[3]趙旋宇，黃文偉，胡榮，等.中國南網(wǎng)電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范（試行）[S]，2009.

[4]張秋生，梁華，胡曉花.電網(wǎng)兩個細(xì)則實(shí)施條件下AGC和一次調(diào)頻控制回路的改進(jìn)[J].神華科技，2010（01）.

TV737

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1672-5387（2016）08-0085-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.08.026

2016-06-29

閆明（1988-），男，助理工程師，從事水電站二次系統(tǒng)檢修工作。