風(fēng)電并網(wǎng)一次調(diào)頻控制性能分析

權(quán)剛偉

寧夏京能靈武風(fēng)電有限公司 寧夏 靈武 750004

伴隨風(fēng)力發(fā)電與電網(wǎng)的相互滲透與融合，給電力系統(tǒng)的實(shí)際發(fā)展帶來(lái)機(jī)遇，同時(shí)也帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)，特別是在功率管控方面。風(fēng)電場(chǎng)調(diào)頻的主要目標(biāo)就是在電網(wǎng)頻率產(chǎn)生變化時(shí)，同步發(fā)電機(jī)對(duì)變化進(jìn)行相應(yīng)，風(fēng)電場(chǎng)會(huì)將輸出功率進(jìn)行迅速改變，并且參與到頻率的恢復(fù)中。對(duì)比同步發(fā)電機(jī)，因?yàn)轱L(fēng)具有隨機(jī)性，風(fēng)電場(chǎng)頻率調(diào)節(jié)難以達(dá)成，需要在電網(wǎng)中配置諸多旋轉(zhuǎn)備用容量，一次將功率失衡問(wèn)題消除掉。

一、機(jī)組一次調(diào)頻的原理

(一)發(fā)電機(jī)組頻率的靜態(tài)特性。系統(tǒng)頻率的偏移額定數(shù)值滿(mǎn)足一定要求時(shí)，機(jī)組的會(huì)對(duì)進(jìn)汽量進(jìn)行自動(dòng)改變，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)處理的增減目標(biāo)，此反應(yīng)基于頻率變化二產(chǎn)生處理變化，這屬于機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性，也就是說(shuō)調(diào)速系統(tǒng)頻率特性的斜率、調(diào)速系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷從零變成最大值時(shí)轉(zhuǎn)數(shù)變化和額定轉(zhuǎn)數(shù)之間的比值。并且基于斜率公式能夠獲悉，調(diào)速系統(tǒng)調(diào)差系數(shù)屬于是發(fā)電機(jī)頻率變化、發(fā)電機(jī)組功率變化的百分?jǐn)?shù)。

(二)一次調(diào)頻動(dòng)作的原理。發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻功能就是發(fā)電機(jī)組基于調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性，隨著系統(tǒng)頻率的變化自動(dòng)進(jìn)行出力能力的增減。在一次調(diào)頻框圖中，就是電網(wǎng)頻率出現(xiàn)偏差，基于開(kāi)度的有效調(diào)節(jié)，對(duì)機(jī)組出力進(jìn)行有效改變，達(dá)成一次調(diào)整頻率的目標(biāo)[1]。基于對(duì)機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性的實(shí)際考量，為了能夠規(guī)避小幅頻率波動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)組頻繁動(dòng)作，一次調(diào)頻機(jī)組要設(shè)置對(duì)應(yīng)的調(diào)頻死區(qū)，在頻率偏差死區(qū)超過(guò)調(diào)頻死區(qū)以后，其他構(gòu)件才能夠動(dòng)作。并且為了能夠規(guī)避短時(shí)間之內(nèi)機(jī)組的大幅度調(diào)節(jié)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，更會(huì)對(duì)一次調(diào)頻符合的變化幅度產(chǎn)生限制影響。額定容量是360MW的發(fā)電機(jī)組，如果機(jī)組調(diào)差系數(shù)設(shè)計(jì)成為4%，一次調(diào)頻的死區(qū)就是±r/min，負(fù)荷的變化幅度限制是±6%，因?yàn)樗绤^(qū)與負(fù)荷的變化幅度會(huì)對(duì)一次調(diào)頻的靜態(tài)特性產(chǎn)生限制影響。

(三)大功率缺額下機(jī)組一次調(diào)頻的動(dòng)作過(guò)程。如果失去了區(qū)域電網(wǎng)中的大功率區(qū)外來(lái)電，不考量緊急管控的舉措，系統(tǒng)頻率會(huì)迅速降低，同時(shí)會(huì)在一次調(diào)頻的影響之下恢復(fù)成為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)頻率。

故障產(chǎn)生擾動(dòng)的瞬間，發(fā)電機(jī)的輸出功率依據(jù)發(fā)電機(jī)和擾動(dòng)點(diǎn)間同步轉(zhuǎn)矩系數(shù)能夠分載一些功率擾動(dòng)量。機(jī)組調(diào)速器的動(dòng)作致使原動(dòng)機(jī)機(jī)械功率產(chǎn)生大幅度變化以前，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)電磁功率的驟然增加，知識(shí)發(fā)電機(jī)減速。期間系統(tǒng)發(fā)電機(jī)遵照慣性常數(shù)對(duì)增減負(fù)荷量進(jìn)行分擔(dān)增減，讓系統(tǒng)當(dāng)中的機(jī)組可以得到系統(tǒng)的平均加速度。也就是說(shuō)，發(fā)電機(jī)組依據(jù)完全不一樣的準(zhǔn)則進(jìn)行擾動(dòng)功率配置，機(jī)組實(shí)際處理會(huì)伴隨震蕩對(duì)應(yīng)時(shí)刻。系統(tǒng)頻率降低一次調(diào)頻死區(qū)以后，調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際作用中，機(jī)組處理逐漸開(kāi)始增加，伴隨系統(tǒng)功率的持續(xù)跌落，頻率下降的情況逐漸被一次調(diào)頻所抑制，可是此期間頻率還會(huì)持續(xù)降低。系統(tǒng)對(duì)一次調(diào)頻的作用進(jìn)行有效綜合，頻率歷經(jīng)快速降低，同時(shí)會(huì)回升到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)值，并且機(jī)組處理會(huì)隨著頻率的變化增大，同時(shí)也會(huì)恢復(fù)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。比對(duì)實(shí)際出力的曲線(xiàn)能夠獲悉，此機(jī)組一次調(diào)頻的性能尚未滿(mǎn)足預(yù)期，也就是說(shuō)，一次調(diào)頻能力方面依然有提升的充足空間[2]。

二、風(fēng)電并網(wǎng)一次調(diào)頻控制性能的評(píng)價(jià)方式

機(jī)組一次調(diào)頻的性能評(píng)價(jià)通常有兩種方式，即為PMU數(shù)據(jù)指標(biāo)的評(píng)價(jià)方式、一次調(diào)頻動(dòng)作電量評(píng)價(jià)。

(一)PMU數(shù)據(jù)指標(biāo)

1.一次調(diào)頻死區(qū)。并網(wǎng)機(jī)組通常可以輸出一次調(diào)頻的動(dòng)作信號(hào)，其屬于是開(kāi)關(guān)量信號(hào)，上升沿對(duì)應(yīng)的頻率偏差超出了死區(qū)時(shí)刻，下降沿對(duì)應(yīng)的頻率偏差會(huì)落回到死區(qū)時(shí)刻。所以，遵照動(dòng)作信號(hào)明確機(jī)組調(diào)頻死區(qū)的上、下限預(yù)估數(shù)值。為了盡量降低指令信號(hào)的延遲、測(cè)量精度、噪聲影響等，基于上下限估算數(shù)值進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算。

2.滯后時(shí)間響應(yīng)。在理想的狀態(tài)之下，電網(wǎng)頻率超過(guò)調(diào)速器所設(shè)置的一次調(diào)頻死區(qū)以后，機(jī)組出力會(huì)即時(shí)變化。實(shí)際上因?yàn)樾盘?hào)傳輸、機(jī)械死區(qū)等諸多因素產(chǎn)生的影響，機(jī)組出力變化會(huì)有一定延遲，其就是負(fù)荷滯后響應(yīng)時(shí)間。因?yàn)橐淮握{(diào)頻性能要求快速響應(yīng)，機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)的滯后時(shí)間通常不會(huì)超出3秒鐘。

(二)動(dòng)作電量。基于電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行，機(jī)組一次調(diào)頻性能的考核評(píng)價(jià)中，標(biāo)準(zhǔn)就是機(jī)組在電網(wǎng)頻率實(shí)際貢獻(xiàn)的大小，也就是對(duì)機(jī)組于電網(wǎng)高頻、低頻運(yùn)行中的一次調(diào)頻電量貢獻(xiàn)，其是機(jī)組一次調(diào)頻諸多指標(biāo)的整合[3]。如果電網(wǎng)頻率超過(guò)調(diào)頻死區(qū)，其持續(xù)時(shí)間超出一定的時(shí)間閾值，一次調(diào)頻的作用可以是一次調(diào)頻機(jī)組電網(wǎng)頻率超過(guò)死區(qū)時(shí)段中的發(fā)電出力、初始出力差積分電量，其占據(jù)響應(yīng)時(shí)間中理論計(jì)算積分電量的占比。在頻率偏差較大的時(shí)候，一次頻率的動(dòng)作量會(huì)改善動(dòng)作量的頻率穩(wěn)定性，其能夠?qū)︻l率的越限時(shí)間進(jìn)行有效縮減，這個(gè)時(shí)候，機(jī)組一次調(diào)頻貢獻(xiàn)的電量會(huì)影響電網(wǎng)的安全性與穩(wěn)定性。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)組一次調(diào)頻中的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、性能考核與評(píng)價(jià)等可以對(duì)機(jī)組進(jìn)行規(guī)范和鼓勵(lì)，一次調(diào)頻、維穩(wěn)作用充分發(fā)揮出來(lái)。機(jī)組調(diào)頻輔助服務(wù)的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，于一次調(diào)頻性能的評(píng)價(jià)很標(biāo)準(zhǔn)方面已經(jīng)在探究與應(yīng)用，可是精準(zhǔn)性、全面性方面依然有很多可以?xún)?yōu)化的空間。此外，制定了調(diào)頻補(bǔ)償規(guī)則，消除同機(jī)組AGC共同作用產(chǎn)生的影響。