一次調頻與AGC配合運行策略分析及優化

王威威，胡 豐

（掛治水電廠，貴州 錦屏 556700）

1 引言

一次調頻和AGC（自動發電控制）作為系統頻率調整的兩種方式，對電網中的發電機負荷分別進行一次和二次調整，保證電網發電、供電、用電負荷平衡，從而穩定電網頻率在額定范圍內。

當電網頻率升高時，一次調頻功能要求機組快速減少負荷，否則，機組快速增加負荷。當一次調頻動作時，若此時AGC下達帶滿負荷指令，容易造成機組過負荷，嚴重影響機組安全穩定運行。本文通過介紹一次調頻與AGC配合策略優化，解決一次調頻與AGC有功調節矛盾沖突導致機組過負荷的問題，為同類情況提供參考和借鑒。

2 概況

掛治水電廠位于貴州省錦屏縣境內，安裝3臺單機容量50 MW的軸流轉槳式機組，總裝機容量150 MW，隸屬湖南電網調度。根據《華中區域發電廠并網運行管理實施細則》中“并網發電廠單機100 MW及以上火電機組和單機容量40 MW及以上非貫流式水電機組應具有AGC功能、并網發電機組（含30 MW及以上的風電場、30 MW及以上集中光伏電站）具備一次調頻功能”要求，掛治電廠按照電網調度機構要求投入AGC和一次調頻功能。

3 事件分析及判斷

3.1 事件現象

某年2月16日，掛治電廠2號機組一次調頻長時間動作時，同時，機組AGC下令目標值50 MW，此時機組出現明顯超調現象。情況如下：

12：04掛治電廠2號機組開機并網成功，隨即2號機組調速器一次調頻頻繁動作和復歸；

12：05：45 AGC下達2號機組功率調節48.29 MW指令；

12：06：04上位機出現2號機組有功功率越上限報警；

12：06：07上位機出現2號機組有功功率越上上限報警，監盤人員立即采取人為干預手段，手動下達減2號機組負荷48.4 MW；

12：06：57 2號機組有功功率復上上限；

12：06：59 2號機組有功功率復上限。

之后有功超調現象多次出現，當AGC下達2號機組功率調節50 MW指令時，2號機組有功功率超調，這段時間內2號機組調速器一次調頻均處于頻繁動作狀態，該異常現象一直持續至2號機組調速器一次調頻復歸。

3.2 原因分析

3.2.1 自動發電狀態下機組調功過程（AGC）

當機組響應AGC功率調節過程中調速器工作在開度模式時，功率閉環調節由監控系統完成，監控系統根據功率實際值與需要調節功率目標值的偏差大小，將需要調節的增減指令，以寬度不同的脈沖量形式送給調速器，調速器根據脈沖寬度的大小，相應調整導葉開度的變化，達到功率調節的目的。即當機組并網后，監控系統上位機AGC根據調度下達的機組負荷設定值進行負荷分配，上位機再將分配負荷值下發給下位機，下位機按照調功參數周期性向調速器發送功率“增/減”脈沖信號，調速器根據監控系統發送的脈沖寬度和脈沖個數調整導葉開度從而改變機組負荷，監控系統根據功率變送器采樣值與AGC負荷分配值比對，實現功率閉環。

3.2.2 監控系統PWM調功參數

調節周期t_period=5.2 s，暫停時間t_pause=0 s，制動時間t_brake=0 s，最小脈寬t_min=100 ms，最大脈寬t_max=1.8 s，增負荷調節參數up_pos=5 200，減負荷調節參數up_neg=5 200。一個脈沖周期內分調節時間和等待時間，即監控系統向調速器發送功率“增/減”脈沖信號后存在一段緩沖時間后才會發送下一個脈沖信號。

3.2.3 調速器程序中功率調節過程

（1）調速器接受監控系統功率“增/減”脈沖信號后處理情況：當調速器接收到“增/減”脈沖信號后，LCU開度給定值Position_given_lcu以每個掃描周期疊加0.021%導葉開度的速度累計，直至“增/減”脈沖信號消失。

（2）調速器開度模式下進行機組負荷調節時，導葉開度調節目標值Position_given_freq_priority為LCU開度給定值Position_given_lcu疊加一次調頻導葉動作值Position_given_priority_differ。當一次調頻未動作時一次調頻導葉動作值Position_given_priority_differ為0，即正常AGC調節時LCU開度給定值Position_given_lcu為導葉開度目標值Position_given_freq_priority。

（3）調速器開度模式下導葉調節速度：正常AGC調節時導葉開度Position_given以每個掃描周期疊加0.01%的速度變化，當一次調頻動作時導葉開度Position_given以每個掃描周期疊加0.004%的速度變化，直至導葉開度Position_given與導葉開度調節目標值Position_given_freq_priority的差值在死區范圍內時，調節終止。正常AGC調節時導葉調節速度為一次調頻動作時導葉調節速度的2.5倍。

3.2.4 機組有功功率超調情況分析

依據統計數據及圖表（表1、表2，圖1、圖2）進行分析。

表1 2號機組出現有功功率超調時運行情況統計

表2 2號機組AGC正常調節時運行情況（試驗報告）

圖1 機組負荷第2~6次超調時波形

圖2 機組正常AGC調節時波形

（1）此次出現有功超調時，機組負荷調整速度明顯慢于正常AGC調節速度。

（2）機組有功超調現象不僅僅出現在負荷增加過程中，在減負荷過程也存在明顯超調。

（3）當AGC正常調節時，調速器導葉調節過程呈現階梯式變化，即在監控系統下一次負荷調節脈沖到來前，調速器已將導葉開度調整到當前的負荷調節脈沖賦予的LCU開度給定值。

（4）當一次調頻動作時，調速器導葉調節過程呈現直線型變化，即在監控系統下一次負荷調節脈沖到來時，調速器仍然未將導葉開度調整到前一個負荷調節脈沖賦予的LCU開度給定值，從而形成了LCU開度給定值堆積現象。

（5）當機組負荷調整到50 MW后，雖然監控系統不再發送增加負荷脈沖，但由于調速器內LCU開度給定值Position_given_lcu形成了堆積，調速器仍然需將導葉調整到LCU開度給定值，從而造成了有功超調現象。

3.3 應對措施及策略優化

（1）人為干預

運行監盤人員加強機組運行情況監視，尤其當AGC下達50 MW調節指令同時存在調速器一次調頻動作時，重點關注機組有功功率，一旦出現超調現象立即人為干預負荷調節。顯然此措施達不到預期效果。

（2）優化監控系統程序，增加機組有功功率越限判斷程序段

在監控系統程序中增加功率越限信號虛點glyx，并將功率越限glyx信號虛點與上位機調功令P_Ling并起來。P_Real為機組有功功率變送器上送值（實發值）；將功率越限值設定為52 MW，當P_Real大于52 MW時，延時1 s，功率越限glyx虛點動作，調功過程程序段執行，將機組負荷減下來。此方法減少人為干預的次數，減少了運行人員工作量，效果良好，但不能根治超調現象。

（3）優化機組調速器程序，增加機組有功限制功能，防止機組有功超調

通過利用機組檢修機會對調速器程序進行了完善優化，增加了功率限幅功能，當機組實際功率超過50 MW時，調速器將不再接受監控系統下發的功率增加指令，此種方法在電廠應用，效果優良，超調現象得以控制。

（4）短時閉鎖AGC

在AGC指令下發時，短時將監控系統AGC功率控制閉鎖，調節結束后斷開功率閉鎖，機組出力隨頻率按一次調頻進行自動調節。避免因一次調頻動作電廠總功率發生改變后，AGC閉鎖又重新進行負荷分配調整，導致一次調頻作用不明顯。

4 結論

當一次調頻與AGC調節指令存在重疊時，可以采取功率限制、短時閉鎖AGC指令等措施控制機組有功超調。此外，通過開展調速器與監控系統相關試驗以優化調速器有功調節參數，使調速器功率調節速度與監控系統有功下令速度相互匹配，同時，還進行調速器一次調頻功能試驗，實現一次調頻與AGC有功調節協調運行，從而限制機組有功超調。以上方法可為同類型水電機組一次調頻與AGC配合運行提供借鑒。