郭志斌

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川蒼溪，628400)

引言

發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻功能對于保持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定、減少區(qū)間省間聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)有重要作用，是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要手段。國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)要求并入電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組必須具備并投入一次調(diào)頻功能。大中型水電機(jī)組一次調(diào)頻的死區(qū)一般設(shè)置在±0.05Hz內(nèi)，永態(tài)轉(zhuǎn)差率設(shè)置不大于4%，最大調(diào)整負(fù)荷設(shè)置為額定負(fù)荷的±10%，額定水頭50m以上的水電機(jī)組，其一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間應(yīng)小于4s，額定水頭在50m以下的水電機(jī)組，其一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間應(yīng)小于8s，電網(wǎng)頻率變化超過機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，機(jī)組有功穩(wěn)定值等于監(jiān)控系統(tǒng)有功給定值加一次調(diào)頻有功調(diào)節(jié)量。

隨著電網(wǎng)的不斷發(fā)展，以四川電網(wǎng)作為研究，渝鄂直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程建成投運(yùn)后，西南電網(wǎng)將實(shí)現(xiàn)與華中電網(wǎng)的異步聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大幅下降，相同功率擾動(dòng)造成的電網(wǎng)頻率波動(dòng)加大，頻率控制問題突出。四川省調(diào)各直調(diào)電廠采用的一次調(diào)頻與自動(dòng)發(fā)電控制(AutomaticGenerationControl，簡稱AGC)、監(jiān)控系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制策略存在較大差異，不利于快速恢復(fù)電網(wǎng)頻率，電廠側(cè)通過優(yōu)化一次調(diào)頻與AGC策略實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)

電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要任務(wù)之一是控制電網(wǎng)頻率在50Hz附近的一個(gè)允許范圍內(nèi)。電網(wǎng)頻率偏離額定值50Hz的原因是能源側(cè)的供電功率與負(fù)荷側(cè)的用電負(fù)荷之間的平衡被破壞而引起的。負(fù)荷的用電功率是經(jīng)常在變化的，因此，電網(wǎng)的頻率控制的實(shí)質(zhì)是：根據(jù)電網(wǎng)頻率偏離50Hz的方向和數(shù)值，實(shí)時(shí)在線地通過發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)和電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)能源側(cè)的供電功率以適應(yīng)負(fù)荷側(cè)用電功率的變化，達(dá)到電網(wǎng)發(fā)電功率和用電功率的平衡，從而使電網(wǎng)頻率恢復(fù)到50Hz附近的一個(gè)允許范圍內(nèi)。

通過發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的自身負(fù)荷/頻率靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性對電網(wǎng)的控制，通常稱之為一次調(diào)頻，調(diào)速器測頻回路的輸入量是電網(wǎng)頻率。一次調(diào)頻是由發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的電網(wǎng)頻率f和機(jī)組功率P的靜態(tài)特性f=f(P)和PID調(diào)節(jié)特性來實(shí)現(xiàn)的；二次調(diào)頻是從電網(wǎng)的宏觀控制上，考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及電網(wǎng)交換功率控制等因素，通過電網(wǎng)AGC系統(tǒng)，向有關(guān)機(jī)組分配相應(yīng)功率值設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)范圍內(nèi)的功率/頻率控制(LFC)。

2 原一次調(diào)頻與AGC的控制關(guān)系

機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行，監(jiān)控系統(tǒng)有功閉環(huán)調(diào)節(jié)投入、一次調(diào)頻投入，監(jiān)控接收來自調(diào)速器的一次調(diào)頻功能投入狀態(tài)、一次調(diào)頻信號正常，給調(diào)速器施加0.1Hz頻率擾動(dòng)，調(diào)速器一次調(diào)頻正常動(dòng)作。

圖1 施加0.1HZ頻率擾動(dòng)

根據(jù)《水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)導(dǎo)則》(DL/T1245-2013)中的方法進(jìn)行頻率階躍擾動(dòng)，在施加的擾動(dòng)信號未回到一次調(diào)頻死區(qū)范圍內(nèi)、同時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)未下發(fā)新的有功給定值的情況下，機(jī)組有功穩(wěn)定值等于監(jiān)控系統(tǒng)有功給定值加一次調(diào)頻有功調(diào)節(jié)量。

圖2 一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)AGC更新給定值

3 AGC與一次調(diào)頻的新策略變化

隨著四川電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大發(fā)展，系統(tǒng)側(cè)發(fā)生結(jié)構(gòu)性調(diào)整變化，對電廠AGC與一次調(diào)頻控制策略也隨之發(fā)生改變。

根據(jù)渝鄂直流背靠背聯(lián)網(wǎng)工程建成投運(yùn)后四川電網(wǎng)變化需求，需要改變電廠側(cè)AGC與一次調(diào)頻的控制策略：機(jī)組一次調(diào)頻應(yīng)與AGC、監(jiān)控指令相互協(xié)調(diào)，一次調(diào)頻動(dòng)作期間不能閉鎖AGC、監(jiān)控指令，當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作期間接受到新的AGC、監(jiān)控調(diào)節(jié)指令后，機(jī)組應(yīng)能執(zhí)行新的AGC、監(jiān)控指令。電廠側(cè)新增在系統(tǒng)頻率偏差較大情況下抑制AGC反向調(diào)節(jié)功能，當(dāng)電網(wǎng)頻率低于額定頻率給定門檻時(shí)電廠應(yīng)不執(zhí)行AGC減負(fù)荷指令；當(dāng)電網(wǎng)頻率高于額定頻率給定門檻時(shí)，電廠應(yīng)不執(zhí)行AGC加負(fù)荷指令。

4 AGC與一次調(diào)頻新策略在電廠中實(shí)現(xiàn)

取消監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)一次調(diào)頻動(dòng)作保護(hù)功能，取消后一次調(diào)頻與AGC、監(jiān)控系統(tǒng)有功調(diào)節(jié)不再閉鎖。

調(diào)速增加兩個(gè)開出信號送至監(jiān)控系統(tǒng)，兩個(gè)開出信號在監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)分別定義為：調(diào)速器一次調(diào)頻增負(fù)荷、調(diào)速器一次調(diào)頻減負(fù)荷。兩個(gè)信號均為調(diào)速器控制器經(jīng)計(jì)算得出，當(dāng)調(diào)速器檢測到機(jī)組頻率與額定頻率差值≤-0.1Hz(該值可根據(jù)電網(wǎng)要求調(diào)整)時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)接收到調(diào)速器一次調(diào)頻減負(fù)荷信號；當(dāng)調(diào)速器檢測到機(jī)組頻率與額定頻率差值≥0.1Hz(該值可根據(jù)電網(wǎng)要求調(diào)整)時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)接收到調(diào)速器一次調(diào)頻增負(fù)荷信號。

在監(jiān)控系統(tǒng)中增加程序段，實(shí)現(xiàn)如下功能：當(dāng)有功設(shè)定值-有功實(shí)發(fā)值<0，且調(diào)速器一次調(diào)頻增負(fù)荷信號動(dòng)作時(shí)，不接收AGC減方向指令，不閉鎖監(jiān)控其他方式的減負(fù)荷指令；當(dāng)有功設(shè)定值-有功實(shí)發(fā)值>0，且調(diào)速器一次調(diào)頻減負(fù)荷動(dòng)作時(shí)，不接收AGC加方向指令，不閉鎖監(jiān)控其他方式的加負(fù)荷指令，抑制AGC反向調(diào)節(jié)功能。

完成現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)改造后，進(jìn)行以下試驗(yàn)驗(yàn)證：

(1)AGC負(fù)荷調(diào)節(jié)試驗(yàn)，一次調(diào)頻不動(dòng)作驗(yàn)證

圖3 調(diào)節(jié)±10MW波形

(2)小于±0.1HZ偏差時(shí)，一次調(diào)頻試驗(yàn)，AGC給定值不變驗(yàn)證

圖4 +0.08Hz一次調(diào)頻波形

(3)小于±0.1Hz偏差，一次調(diào)頻動(dòng)作試驗(yàn)，更新AGC給定值正確響應(yīng)驗(yàn)證

圖5 -0.08Hz一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)AGC更新定值波形

(4)大于±0.1Hz偏差，一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)下發(fā)AGC同向值和反向值(正向疊加，反向閉鎖)

圖5 +0.11Hz一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，

圖6 -0.11Hz一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，

通過試驗(yàn)驗(yàn)證，電廠AGC與一次調(diào)頻間運(yùn)行邏輯已發(fā)生如下變化：

①一次調(diào)頻不動(dòng)作時(shí)，AGC負(fù)荷調(diào)節(jié)響應(yīng)正常；

② AGC 給定值不變，±0.08Hz一次調(diào)頻動(dòng)作正常；

③±0.08Hz一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，AGC更新給定值正反向均正確響應(yīng)；

④±0.11Hz一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，AGC更新給定值時(shí)，正向正確響應(yīng)，反向閉鎖。

5 結(jié)語

隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)性的發(fā)展調(diào)整，水電廠一次調(diào)頻功能的實(shí)現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)AGC閉環(huán)調(diào)節(jié)的相互配合也需要進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，水電廠監(jiān)控及調(diào)速器系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)的需要不斷完善現(xiàn)場控制配置，有效實(shí)現(xiàn)策略調(diào)整達(dá)到電網(wǎng)安全運(yùn)行的目的。