水電站機組一次調(diào)頻與AGC性能優(yōu)化

何常勝,舒榮,劉興福,董鴻魁,吳永智

(1.云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217;2.華能瀾滄江水電有限公司,昆明 650217)

水電站機組一次調(diào)頻與AGC性能優(yōu)化

何常勝1,舒榮1,劉興福1,董鴻魁1,吳永智2

(1.云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217;2.華能瀾滄江水電有限公司,昆明 650217)

闡述了水電站機組AGC與一次調(diào)頻功能運行現(xiàn)狀,并對4號機組進行試驗分析,指出機組AGC與一次調(diào)頻控制存在的配合缺陷,并對不匹配問題進行了優(yōu)化改進。

一次調(diào)頻;AGC;景洪水電站

1 前言

目前,抑制電網(wǎng)頻率的重要措施是一次調(diào)頻和自動發(fā)電控制AGC(Automatic Generation Control)下達的二次調(diào)頻,一次調(diào)頻是指當(dāng)外界負荷發(fā)生變化時,機組調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)頻率偏差迅速做出響應(yīng),自動地控制機組有功功率,保持電網(wǎng)有功功率的平衡和頻率的穩(wěn)定;AGC下達的二次調(diào)頻是通過修改有功給定來控制發(fā)電機有功出力,從而從宏觀上跟蹤電力系統(tǒng)負荷變化、維持電網(wǎng)頻率等于額定值,在電網(wǎng)頻率恢復(fù)過程中,二次調(diào)頻正確動作釋放一次調(diào)頻備用以實現(xiàn)頻率無差調(diào)節(jié)。一次調(diào)頻與AGC下達的二次調(diào)頻對電網(wǎng)頻率的控制是一個協(xié)調(diào)互補的關(guān)系,電網(wǎng)頻率在系統(tǒng)正常運行時始終處于波動狀態(tài),機組一次調(diào)頻不斷動作,同時電站AGC下達指令頻繁,一次調(diào)頻與AGC配合將直接影響機組穩(wěn)定運行,因此需要對二者的協(xié)調(diào)性進行優(yōu)化,確保二者正常發(fā)揮功能,文中通過對景洪水電站機組一次調(diào)頻與AGC運行現(xiàn)狀分析,結(jié)合規(guī)程對一次調(diào)頻與AGC協(xié)聯(lián)關(guān)系要求,給出能夠較好解決水電站一次調(diào)頻與AGC配合問題的建議。

2 機組與調(diào)速系統(tǒng)概述

某水電站安裝有5臺單機容量350 MW機組,總裝機容量1 750 MW,以500 kV及220 kV電壓等級接入云南電網(wǎng),在系統(tǒng)中擔(dān)負基荷、調(diào)頻、調(diào)峰及事故備用等任務(wù)。調(diào)速系統(tǒng)電氣部分采用MicroNet Plus硬件平臺,機械液壓系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)換元件采用德國博士公司生產(chǎn)的比例伺服閥,主配壓閥具有頻率控制、功率控制、開度控制、快速同步、暫態(tài)補償、適應(yīng)式變參數(shù)、坡度式加負荷、在線自診斷及處理等功能。機組空載運行時,調(diào)速器按照頻率控制模式工作,頻率人工死區(qū)Ef= 0,給定值為電網(wǎng)頻率,機組頻率跟蹤電網(wǎng)頻率;并網(wǎng)后自動設(shè)定在開度控制模式工作,頻率給定值fc=50 Hz,Ef大小由電網(wǎng)調(diào)度確定,當(dāng)電網(wǎng)(機組)頻率與頻率給定值頻率偏差超過頻率死區(qū)后,調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)這個偏差信號變換為與永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)bp成反比的機組頻差調(diào)節(jié)功率ΔP完成一次調(diào)頻任務(wù)。AGC下達的二次調(diào)頻采用開關(guān)量增減脈沖信號來修改調(diào)速器的給定值,AGC計算根據(jù)功率偏差生成增減脈沖,脈沖寬度取決于功率偏差的大小,功率偏差為正則發(fā)出增脈沖,功率偏差為負則發(fā)出減脈沖。在調(diào)速器內(nèi)部有一個給定值積分器,保持當(dāng)前的給定值,增脈沖使給定值增大,減脈沖使給定值減小,景洪水電站機組對應(yīng)的AGC功率控制系統(tǒng)模型如圖1所示。

圖1 水電站機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制框圖

圖1中Ts為開度積分時間常數(shù)、Kd為爬坡式加負荷前饋增益、Th為坡式加負荷時間常數(shù)、Kp為比例增益、KD為微分增益、T1v為微分時間常數(shù)、KI為積分增益,bp為永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)。

3 一次調(diào)頻與AGC運行現(xiàn)狀

水電站AGC與一次調(diào)頻配合方式為全廠無AGC指令分配時,一次調(diào)頻動作引起的負荷偏差疊加到全廠負荷給定值,給定負荷分配于每臺機組,如果單機負荷與實際負荷反饋差值40 s內(nèi)未超出在功率死區(qū),判斷有功調(diào)節(jié)到位,單機有功調(diào)節(jié)退出,否則繼續(xù)下發(fā)功增/功減脈沖。單機給定負荷與當(dāng)前負荷差值三分鐘內(nèi)仍未進入功率死區(qū),則判功率調(diào)節(jié)超時,單機有功調(diào)節(jié)退出;全廠有AGC指令分配時,一次調(diào)頻動作則屏蔽AGC指令,一次調(diào)頻優(yōu)先。

該水電站一次調(diào)頻積分電量不達標(biāo),對5號機組重新進行一次調(diào)頻與AGC配合試驗,發(fā)現(xiàn)AGC負荷指令下達,一次調(diào)頻同時動作時,當(dāng)一次調(diào)頻動作時,如此時AGC有負荷指令下達,則一次調(diào)頻暫時屏蔽AGC指令,但調(diào)速器的導(dǎo)葉給定跟隨AGC負荷指令在調(diào)速器內(nèi)進行積累,在短時間內(nèi)達到100%,當(dāng)一次調(diào)頻退出或者穩(wěn)定后,這個積累量會一次性變?yōu)閷嶋H給定值,導(dǎo)致導(dǎo)葉全開,如圖2。由于當(dāng)時試驗水頭較低,負荷最高至310 MW,有幸避免機組過負荷事故,試驗結(jié)果說明全廠有AGC指令分配時,一次調(diào)頻與AGC配合存在嚴重缺陷。

圖2 某#5機組一次調(diào)頻與AGC聯(lián)調(diào)錄波圖

為查明一次調(diào)頻與AGC配合缺陷的緣由,對4號機組再次進行一次調(diào)頻與AGC試驗,試驗情況如下：

3.1 全廠AGC退出時一次調(diào)頻試驗

水電站機組的一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)置：頻率死區(qū)設(shè)定為Δf=0.05 Hz、Kp=3、KI=2、KD=0、bp=4%,無限幅,全廠AGC退出時一次調(diào)頻試驗結(jié)果如圖3,從圖3中看出,在施加0.2 Hz的頻率擾動下,根據(jù)Δy=Δf×bp,導(dǎo)葉開度變化7.5%,且無AGC功增、功減脈沖信號下達,一次調(diào)頻動作正確。

圖3 某#4機組全廠AGC退出時一次調(diào)頻錄波圖

3.2 全廠AGC投入時一次調(diào)頻試驗

AGC投入時一次調(diào)頻試驗如圖4、圖5：

圖4 某#4機組全廠AGC投入連續(xù)兩次一次調(diào)頻錄波圖

為防止調(diào)速器大幅開導(dǎo)葉,圖4試驗解除了AGC到調(diào)速器功增、功減脈沖信號。

圖5 第二次一次調(diào)頻動作AGC下發(fā)負荷指令時試驗錄波圖

從4號機組一次調(diào)頻與AGC試驗得出：

1)全廠AGC投入且無負荷指令下發(fā)時,一次調(diào)頻動作引起的負荷偏差將使全廠負荷發(fā)生變化,此時全廠有功調(diào)節(jié)是退出狀態(tài),不會抵消一次調(diào)頻產(chǎn)生的負荷偏差,一次調(diào)頻動作正常, AGC與一次調(diào)頻不會發(fā)生沖突;

2)全廠AGC有負荷指令下發(fā)時,AGC負荷分配值與實際反饋差值40 s內(nèi)未超出在功率死區(qū),判斷有功調(diào)節(jié)到位,單機有功調(diào)節(jié)退出,差值三分鐘內(nèi)仍未進入功率死區(qū),則判功率調(diào)節(jié)超時,單機有功調(diào)節(jié)退出;

3)全廠AGC投入且有負荷指令下發(fā)或機組實發(fā)值與全廠AGC負荷分配值不一致時,此時一次調(diào)頻動作,AGC下發(fā)的負荷調(diào)節(jié)脈沖累積于調(diào)速器導(dǎo)葉給定,在AGC沒有調(diào)節(jié)指令或一次調(diào)頻結(jié)束后,調(diào)速器把累積的給定值一次性全部開出,機組負荷大范圍變化,如圖4、圖5中,第一次一次調(diào)頻動作產(chǎn)生的負荷差值疊加于全廠AGC負荷給定值,全廠AGC對每臺機組負荷進行重新分配,而單機實際負荷反饋與AGC負荷給定值差值40 s內(nèi)仍未超出功率死區(qū),此時次一次調(diào)頻動作,全廠分配給單機的負荷將超過功率死區(qū)增減脈沖將持續(xù)下發(fā)且累計于調(diào)速器內(nèi),從而解釋了2012年底5號機組一次調(diào)頻試驗。

4 坡度式加負荷對AGC的影響

景洪水電站機組調(diào)速器具有坡度式加負荷功能如圖6,它操作PID反饋加速控制對導(dǎo)葉開度變化的響應(yīng),在AGC負荷指令變化時,反饋信號提供到PID控制的積分器上。坡度式加負荷在機組頻率不穩(wěn)定時,自動退出,當(dāng)頻率穩(wěn)定時,重新投入。在導(dǎo)葉開度坡度式加負荷期間,PID控制仍響應(yīng)于實際機組反饋。坡度式加負荷投入前后仿真對比如圖6,其中 Ts=3、Kd=0.8、Th= 0.5、Kp=3、KI=2、KD=0、T1v=0.2、bp=4%。

圖6 坡度式加負荷投入前后仿真對比

從圖6可以看出坡度式加負荷引入調(diào)速器后,以犧牲機組穩(wěn)定性,貢獻于系統(tǒng)穩(wěn)定性,景洪水電站調(diào)速器各項試驗滿足 《云南電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻管理規(guī)定》,調(diào)節(jié)性能較好,調(diào)節(jié)時間能夠滿足規(guī)定需要,不建議投入使用。

5 改進建議

現(xiàn)在很多水電廠的調(diào)速機構(gòu)不能實現(xiàn)一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的共同疊加。所以在二者的配合上,應(yīng)該滿足以下條件：

機組在執(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;一次調(diào)頻在AGC調(diào)節(jié)間斷時期應(yīng)該正常響應(yīng);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;機組的一次調(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。

根據(jù)以上要求,對水電站一次調(diào)頻與AGC協(xié)聯(lián)關(guān)系給出如下改進建議：

1)監(jiān)控系統(tǒng)采取在全廠無AGC指令分配時,不得屏蔽機組一次調(diào)頻功能。當(dāng)頻率在一次調(diào)頻死區(qū)之內(nèi)時,若AGC指令有變化,監(jiān)控系統(tǒng)可以短暫閉鎖發(fā)電機組一次調(diào)頻功能,完成二次調(diào)頻過程。

2)當(dāng)頻率超過一次調(diào)頻死區(qū)時,監(jiān)控系統(tǒng)不得屏蔽AGC指令,若發(fā)電機組一次調(diào)頻動作響應(yīng)方向與AGC指令同時動作時,監(jiān)控系統(tǒng)可以短暫閉鎖發(fā)電機組一次調(diào)頻功能,或著采取AGC指令與一次調(diào)頻指令直接疊加的方式,完成二次調(diào)頻過程。

3)坡度式加負荷功能影響機組穩(wěn)定運行,不建議投入使用。

6 結(jié)束語

隨著云南電網(wǎng)大容量水電機組所占比例不斷提高,參與一次調(diào)頻的大容量機組越來越多,對保持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的作用也越來越重要,本文提出了某水電站目前AGC指令與一次調(diào)頻配合存在的問題,并提出了優(yōu)化方案;對坡度式加負荷功能對機組穩(wěn)定運行影響進行仿真對比,給出了投用建議,這對其它水電站優(yōu)化AGC與一次調(diào)頻功能協(xié)調(diào)關(guān)系,發(fā)揮水電機組一次調(diào)頻與AGC各自的最大作用有參考意義。

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1月22日,在1 000千伏特高壓練塘站內(nèi),身高1.2米、體重50公斤的白色智能巡檢小機器人緩緩地駛出充電室, “精神抖擻”地開始了一天的設(shè)備巡視。這個可愛的白色機器人,有個響當(dāng)當(dāng)?shù)拿?叫 “智能衛(wèi)士”。在1 000千伏特高壓場地內(nèi),機器人接收遠方指令,沿著地面上鋪設(shè)的磁軌道,以每秒0.6米的速度穩(wěn)步前進,進行設(shè)備巡視。每到一個觀測點,它會自動停止 “腳步”,轉(zhuǎn)動 “千里眼”,憑借遠紅外線掃描出設(shè)備發(fā)熱點情況,將設(shè)備外觀、斷路器/閘刀分合閘狀態(tài)、設(shè)備本體和接頭的紅外測溫、表計讀數(shù)等,清晰地傳輸?shù)骄毺琳究刂剖?讓工作人員足不出室就能了解到現(xiàn)場運行狀況。電量不足時,它會自動返回充電室完成充電,并重新駛回中斷點繼續(xù)工作。

據(jù)介紹,1 000千伏特高壓練塘站是皖電東送特高壓工程的最后落腳點,承擔(dān)著本市三分之一的區(qū)外來電。整個練塘站共有5 000個左右的測溫點,2 000多個表計需要讀取,靠人工不可能做到每天巡檢這么多點,有了智能機器人,不僅大大減輕了工作人員巡檢工作量,更能準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)站內(nèi)設(shè)備熱缺陷等事故隱患,及時報警。機器人能經(jīng)受住高溫、狂風(fēng)、暴雨等惡劣環(huán)境的考驗。單臺巡檢機器人的應(yīng)用,每周能減少人員工作量約26小時,平均每天節(jié)約社會勞動時間4小時。

國網(wǎng)上海檢修公司在智能巡檢機器人原有巡檢功能基礎(chǔ)上,還增加了變電站設(shè)備異物識別和設(shè)備異常聲音采集與分析功能。這種基于聲音辨別電力設(shè)備故障的檢測技術(shù),填補了機器人巡檢領(lǐng)域的空白,已經(jīng)達到國際先進水平。從今年開始,上海將陸續(xù)在12座500千伏超高壓變電站內(nèi)使用智能機器人。

(信息來源：北極星智能電網(wǎng)在線)

Optimization of Primary Frequency Regulation and AGC in Unit of Jinghong Hydropower Station.

HE Changsheng1,SHU Rong1,LIU Xingfu1,DONG Hongkui1,WU Yongzhi2
(1.Yunnan Electric Power Grid Research Institute Kunming 650217 Yunnan China; 2.Huaneng Langcang River Hydropower CO.,LTD Kunming 650217 Yunnan China)

The present situation of AGC and primary frequency regulation in the Jinghong hydropower station is described,test and Analysis on the No.4 unit.The unit of Jinghong hydropower station AGC and primary frequency control in the match,and the mismatch problem is improved,to ensure that the AGC and the primary frequency modulation function of both the normal play a role.

primary frequency regulation;Automatic Generation Control;Jinhong hydropower station

TM761.2 TV736

B

1006-7345(2014)01-0106-04

2013-07-29

何常勝 (1984),男,工程師,云南電網(wǎng)公司電力研究院,主要從事水電機組一次調(diào)頻及調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)辨識研究 (e-mail) hllike2008@sina.com。