基于輔助服務下大型水電站一次調頻考核分析及解決措施

于遠鵬

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051)

電廠1-6號機調速器控制系統的一次調頻在機組歸調即投入正常工作。當機組并網且在功率調節模式下檢測到機端頻率偏離系統頻率50 Hz±0.04 Hz時，一次調頻動作執行，當頻率恢復到50 Hz±0.01 Hz范圍內后，一次調頻動作復位停止，并且電廠一次調頻指令信號與功率偏差調節指令疊加在一起共同作用于機組負荷的調節。

1 事件現象

根據2017年9月輔助服務[1-4]及運行管理考核看，在9月2日，2、6號機調速器一次調頻各被考核1次；在9月14日，2、5號機調速器一次調頻各被考核1次。考核通知單數據表明以上機組在電網頻率小于49.95 Hz頻段，機組有功功率沒有增加趨勢(見表1)。

表1 考核通知數據匯總表

2 現場數據分析

2.1 2號機現場數據及原因分析

1)由于2號調速器觸摸屏時間大于標準時間3 min，故下列數據分析時均已考慮時間差，以對應考核通知的時間。取2號機調速器2017-09-02日考核時段內數據整理如圖1。

為便于觀察，將頻率變化放大比例后得圖2。

圖1 2號機2017-09-02日考核時段波形圖

圖2 2號機2017-09-02日考核時段波形圖(頻率變化放大)

從2017-09-02日調速器數據整理分析證實，2號機調速器一次調頻功能正常投入工作。考核時段前(圖1和圖2中的起始點A)，2號機調速器檢測到的機頻為49.95 Hz時，調速器導葉控制輸出已做出響應，導葉開度(圖1所示粉紅色的曲線)呈逐漸增大趨勢，隨后機組實際功率開始增加(圖1、圖2的A點，棕色曲線所示)。圖2的整個時間段內頻率一直低于49.96 Hz，2號機調速器一次調頻始終執行未復位，但隨后AGC又發出減功給指令(圖1和圖2中的B點)，故2號機調速器又開始執行減負荷動作，導致受考核。

2)取2號機調速器2017-09-14日(即9-14)考核時段內觸摸屏數據整理如圖3。

為便于觀察，將頻率變化放大比例后得圖4。

圖3 2號機2017-09-14日考核時段波形圖

圖4 2號機2017-09-14日考核時段波形圖(頻率變化放大)

從圖3、圖4可以看出，在2017-09-14日的16:20至16:30近10 min時間內，2號機組調速器已檢測到機頻低于49.96 Hz，一次調頻均在動作執行區間，但由于開度限制已限制住導葉的開啟(圖2所示黃色、綠色、粉紅色曲線重疊)，并且在被考核期間還有小幅減負荷指令(圖2紫色曲線所示)，故表現為一次調頻動作后機組實際功率無增加趨勢而被考核。

2.2 5號機現場數據及原因分析

1)由于5號調速器觸摸屏時間大于標準時間2 min，故下列數據分析時均已考慮時間差，以對應考核通知的時間。取5號機調速器9-14考核時段內觸摸屏數據整理如圖5。

為便于觀察，將頻率變化放大比例后得圖6。

圖5 5號機調速器一次調頻考核時段波形圖

圖6 5號機調速器一次調頻考核時段波形圖(頻率變化放大)

2)從5號機2017-09-14日被考核時段的調速器數據整理分析，對應時間段上的數據如圖5、圖6所示，考核時間段(14:36:08-14:38:40)前，5號機組調速器已檢測到機頻低于49.96 Hz，調速器導葉控制輸出已做出響應，導葉開度(圖5粉紅色的曲線)呈逐漸增大趨勢，隨后機組實際功率開始增加(圖5、圖6棕色曲線)。但隨后AGC又發出減20 MW功給指令，5號機調速器執行減負荷動作，故表現為一次調頻動作后機組實際功率無增加趨勢而被考核。

2.3 6號機現場數據及原因分析

1)由于6號調速器觸摸屏時間大于標準時間4 min，故下列數據分析時均已考慮時間差，以對應考核通知的時間。取6號機調速器2017-09-02日考核時段內觸摸屏數據整理如圖7。為便于觀察，將頻率變化放大比例后得圖8。

圖7 6號機調速器一次調頻考核時段波形圖

圖8 6號機調速器一次調頻考核時段波形圖(頻率變化放大)

2)從6號機2017-09-02日被考核時段的調速器數據整理分析，對應時間段上的數據如圖7、圖8所示，考核時間段(13:57:38-14:01:40)，6號機組調速器已檢測到機頻低于49.96 Hz，調速器導葉控制輸出已做出響應，導葉開度(圖6粉紅色的曲線)呈逐漸增大趨勢，隨后機組實際功率開始增加(圖6、圖7棕色曲線)。但隨后AGC又發出減30 MW功給指令，6號機調速器執行減負荷動作，故表現為一次調頻動作后機組實際功率無增加趨勢而被考核。

3 解決措施

3.1 一次調頻和監控系統AGC之間的配合方案

我廠機組在發電模式下，機組有功功率調節主要有兩種模式[5-7]：

1)常規模式(主模式)，即有功功率調節主要在監控系統構成閉環，監控系統比較AGC送來的當前機組有功設定值和機組功率反饋值，計算出兩者差值，再換算成相應的增減調節脈沖給電調，調速器作為一個隨動系統接受監控系統發來的增減脈沖來調整機組有功，從而達到有功調節的目的。

2)一次調頻和監控系統AGC給定方式之間的配合方式，具體詳見圖9及圖10。在該模式下，調速器一次調頻動作后，需要監控系統AGC給定方式做一些變化，暫時退出有功調節，而跟蹤功率反饋值，待一次調頻退出時，按正常功率AGC給定方式調節，但此時AGC功率給定為一次調頻終了的功率反饋值。

圖10中的PID調節框圖稱為頻率主環，bp為永態轉差系數，功率一般都通過監控系統來調節(發調節脈沖)，直接作用于導葉位置輸出(功率給定)；下邊的PI調節框圖稱為導葉副環，它是通過軟件來實現導葉閉環控制，最終控制輸出的實際上是對應導葉偏差的增量信號。該信號經過D/A(模數)轉換后施加到電液轉換器上，最后作用于主配驅動接力器運動。圖10中各參數含義如下：

圖9 脈沖調節功率方式下一次調頻與AGC配合方式原理框圖

圖10 一次調頻調速器原理框圖(脈沖調節功率方式下)

KP為主環比例增益，參數值0～20之間可調，一般3～6；KD為主環微分增益，參數值0～20之間可調，一般1～6；KI為主環積分增益，參數值0～20之間可調，一般1～4；KP2為導葉付環比例增益，參數值0～20之間可調，一般4～8；KI2為導葉付環積分增益，參數值0～20之間可調，一般1～2；Ty為接力反應時間常數，一般在0.2左右；bp為調速系統永態轉差率(速度變動率)，整定在0～6%；E為人工失靈區(轉速死區)，整定在0～0.5 Hz；fg為機組頻率；fGV為機組頻率給定；PGV為功率給定。

3.2 解決措施

本次被輔助服務系統一次調頻考核的2、5、6號機組，經現場數據比對證明一次調頻功能均已正常投入，除2號機2017-09-14日被考核時由于導葉受開度限制除外，其他均已在考核期間段前一次調頻即已有效執行，沒有拒動現象。在電網頻率低于49.95 Hz時，機組同時接受到AGC減負荷指令是導致2、5、6號機組一次調頻不滿足考核指標的原因。

從輔助服務角度分析，對一次調頻的考慮就是不要受到考核，而對AGC的考慮就是盡量獲取補償，但在實際運行中往往會出現二者的矛盾調節。當前一次調頻是必須投入的功能，而AGC在一般情況下也是必須投入，因此，很有必要協調解決二者的矛盾調節。

1)一次調頻動作時，短時閉鎖AGC的反向調節。當前本電站的6臺機全部投入一次調頻(不包括上級調度的特殊要求)。依據輔助服務投入以來的所有考核情況：水電站機組輔助服務考核的標準相對于一次調頻功能參數較低。當并網機組的頻率變化越過±0.04 Hz時，必然導致調速器的一次調頻動作，在一次調頻沒有完成前，可以短時閉鎖AGC的反向調節。

2)優化AGC算法系數，避免AGC調節與一次調頻動作沖突。另外從穩定運行方面來看，一次調頻[8-11]反映的是機組測量到的實時頻率的變化情況，為了維護電網頻率穩定，快速響應頻率變化而對機組輸出功率進行調節，這相對AGC來說，其調節量小，但調節速度較快。而AGC的調節主要以ACE(常規區域控制誤差)為0為目標，基于全網，雖然也會考慮頻率的偏差，但聯絡線功率實際與計劃的偏差量可能更占主要影響，因此，其中的算法系數很關鍵，取得恰當的話可以很好地反映頻率的偏差是否是因為本區域有功缺額引起的，也會有利于避免與一次調頻發生沖突。所以必須優化AGC算法系數。

總之，AGC相對一次調頻來說是一種速度較慢的經濟調度方式，不宜僅僅是因為要獲取更好的AGC補償而閉鎖一次調頻，而是應該很好地進行協調。

4 結 語

本廠是系統主要調頻電廠，一次調頻動作太頻繁，并且一次調頻與AGC動作未互相閉鎖。由于AGC算法系數設置不當，導致多次一次調頻被考核，而實際并不是一次調頻未動作，而是一次調頻動作未復歸時就接收到AGC反調節命令導致的。如果采用上面提出的兩項措施，將能較好解決這個沖突問題，以避免一次調頻被考核。

另外，機組并網運行后，運行值班員應關注導葉開限值是否限制了實際開度，為確保機組各工況安全，建議導葉開限宜比實際開度大2%，以免限制了正常的一次調頻。