一次調(diào)頻積分電量考核與探討

張磊磊，蘭東宏，徐劍

(華能瀾滄江水電有限公司糯扎渡水電廠，云南 普洱 665005)

0 前言

并網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻功能對(duì)維持的電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行有著重要作用，某電站在機(jī)組調(diào)試期間已經(jīng)完成一次調(diào)頻相關(guān)試驗(yàn)，一次調(diào)頻功能正確。但投產(chǎn)后，電站多臺(tái)機(jī)組在低水頭大開度工況下，發(fā)生了因一次調(diào)頻積分電量不夠而被考核的事件。電網(wǎng)對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻的考核包括兩個(gè)方面:并網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻功能是否正常投入;一次調(diào)頻動(dòng)作的積分電量是否滿足電網(wǎng)要求。

1 一次調(diào)頻動(dòng)作原理

1.1 一次調(diào)頻動(dòng)作原理

一次調(diào)頻相關(guān)的參數(shù)包括一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)、計(jì)算死區(qū)f0、永泰轉(zhuǎn)差系數(shù)、PID 參數(shù)、轉(zhuǎn)速死區(qū)ix 等。糯扎渡電站一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)0.05 Hz，計(jì)算死區(qū)0.01 Hz，永泰轉(zhuǎn)差系數(shù)Bp=4%，Kp=4，Ki=3，Kd=1，轉(zhuǎn)速死區(qū)ix 為0.016% (5#機(jī)組試驗(yàn)結(jié)果)。PID 參數(shù)只影響調(diào)節(jié)過程，不影響一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)結(jié)果，調(diào)速系統(tǒng)最終的調(diào)節(jié)量只與Bp、計(jì)算死區(qū)和調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速死區(qū)有關(guān)。因調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速死區(qū)很小，分析時(shí)可以不考慮其影響。導(dǎo)葉一次調(diào)頻的動(dòng)作結(jié)果為一定值，計(jì)算如下:

YPID=(△f/50)/BP，一次調(diào)頻的動(dòng)作量

△f=(網(wǎng)頻–50－f0)計(jì)算用頻差

1.2 一次調(diào)頻調(diào)節(jié)效果低

接力器定位時(shí)只定位“0”點(diǎn)和“100%”全開點(diǎn)。若接力器行程與導(dǎo)葉開口成非線性，即導(dǎo)葉大開度下同樣的接力器行程對(duì)應(yīng)的導(dǎo)葉實(shí)際開度變化量小于在導(dǎo)葉低開度下的開度變化量，那么在導(dǎo)葉大開度下一次調(diào)頻同樣的調(diào)節(jié)量對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)效果將變差。根據(jù)1#機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量，接力器行程與導(dǎo)葉開口關(guān)系曲線與設(shè)計(jì)存在一定偏差，但整體線性度較好。特別是在大開度下接力器動(dòng)作相同值導(dǎo)葉開口變化更大。所以接力器定位時(shí)只定位0%和100%開度不會(huì)對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的一次調(diào)頻效果造成明顯影響。

圖1 接力器與導(dǎo)葉開度關(guān)系

1.3 導(dǎo)葉大開度下機(jī)組效率降低

導(dǎo)葉開度大于95%出力限制線后，水輪機(jī)效率降低。特別是在低水頭下，同樣的導(dǎo)葉開度機(jī)組過流量減少，機(jī)組出力降低。導(dǎo)葉動(dòng)作相同的開度，機(jī)組改變的出力將減少。此種情況下可能會(huì)影響一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)效果，減少一次調(diào)頻的積分電量。但是糯扎渡電站投產(chǎn)機(jī)組并非每臺(tái)次機(jī)組在低水頭大開度下一次調(diào)頻動(dòng)作均會(huì)被考核，這就足以說明低水頭大開度下雖然水輪機(jī)效率降低，但不足以導(dǎo)致一次調(diào)頻積分電量不夠。圖2是糯扎渡電站1 號(hào)機(jī)組低水頭下開度負(fù)荷曲線，從測(cè)量結(jié)果可以看出，導(dǎo)葉開度在96%時(shí)，單位開度對(duì)應(yīng)的功率變化最小，為2.414 MW，其他開度的功率變化值均大于此點(diǎn)。根據(jù)計(jì)算，即使在96%開度附近(一次調(diào)頻只要?jiǎng)幼?，其最小?dòng)作量為2%，此處取95～97%單位開度功率變化平均值)，實(shí)際動(dòng)作積分電量(計(jì)算值)總大于理論積分電量的50%。具體計(jì)算如下:

理論積分電量公式為

P 為一次調(diào)頻動(dòng)作后機(jī)組的實(shí)時(shí)功率，P0為一次調(diào)頻動(dòng)作開始的機(jī)組功率。動(dòng)作積分電量為二者之差對(duì)時(shí)間的積分。f 為系統(tǒng)頻率，f0為理論積分電量計(jì)算死區(qū)頻值(50.05 Hz 或49.95 Hz)，ε%為電網(wǎng)調(diào)差率，取值5%，Pk為額定功率。

圖2 單位開度功率變化圖

3#機(jī)組、5#機(jī)組運(yùn)行在低水頭下，導(dǎo)葉開度均在97%左右。機(jī)組一次調(diào)頻正確動(dòng)作后，3#機(jī)組積分電量滿足要求，而5#機(jī)組積分電量不滿足要求。查看3#、5#機(jī)組運(yùn)行相關(guān)曲線發(fā)現(xiàn)，3#機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作后導(dǎo)葉動(dòng)作量正確，而5#機(jī)組一次調(diào)頻后導(dǎo)葉動(dòng)作完成又被拉回，導(dǎo)致了5#機(jī)組一次調(diào)頻積分電量不夠。通過以上計(jì)算分析和實(shí)際情況驗(yàn)證可以確定，只要導(dǎo)葉能夠按照一次調(diào)頻計(jì)算邏輯動(dòng)作，就能保證機(jī)組的積分電量滿足電網(wǎng)要求，低水頭大開度下機(jī)組效率、水頭、流量等因素不會(huì)對(duì)一次調(diào)頻的積分電量造成很大的影響。

1.4 一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)AGC 動(dòng)作

機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，監(jiān)控AGC 動(dòng)作，必然會(huì)影響一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)效果。但是此種情況可以申請(qǐng)免考，且查詢曲線后發(fā)現(xiàn)，被考核機(jī)組在一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)均無AGC 動(dòng)作信號(hào)，因此這種情況不必分析。

1.5 電網(wǎng)頻率在動(dòng)作死區(qū)附近

電站一次調(diào)頻死區(qū)為0.05 Hz，當(dāng)電網(wǎng)頻率在50.05 Hz 或49.95 Hz 附近波動(dòng)時(shí)，一次調(diào)頻將不斷的動(dòng)作復(fù)歸，導(dǎo)致導(dǎo)葉每次J 均不能調(diào)整到位。但南方電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻評(píng)價(jià)的啟動(dòng)條件包含以下三點(diǎn):達(dá)到動(dòng)作死區(qū)、一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)間延時(shí)超過15 s、一次調(diào)頻過程中電網(wǎng)頻率最大值超過0.065 Hz。這三個(gè)條件可以保證電網(wǎng)頻率在調(diào)頻死區(qū)0.05 Hz 附近波動(dòng)時(shí)不被列入考核。

1.6 正常功率對(duì)積分電量計(jì)算影響

導(dǎo)葉不動(dòng)作時(shí)，機(jī)組功率波動(dòng)偏差量最大為5 MW。計(jì)算一次調(diào)頻實(shí)際積分電量時(shí)P0 取功率高點(diǎn)和低點(diǎn)在一分鐘內(nèi)的積分電量偏差△Q=5*60/3 600=0.083 MWh。對(duì)表1 的計(jì)算值進(jìn)行修正，實(shí)際最大可能的影響僅為上述計(jì)算值的一半，此處直接減去功率波動(dòng)計(jì)算積分電量偏差，其結(jié)果仍然大于理論積分電量的50%。

1.7 調(diào)速系統(tǒng)控制程序漏洞

電站7#機(jī)組一次調(diào)頻積分電量不夠被考核，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作前監(jiān)控顯示機(jī)組導(dǎo)葉開度為99.26%。調(diào)速系統(tǒng)對(duì)導(dǎo)葉的開度限制為99.5%，因監(jiān)控系統(tǒng)和調(diào)速系統(tǒng)導(dǎo)葉開度定位存在一定偏差，實(shí)際此時(shí)導(dǎo)葉已經(jīng)處于調(diào)速系統(tǒng)的電氣開限99.5%。當(dāng)系統(tǒng)頻率超過50.05 Hz 時(shí)，機(jī)組一次調(diào)頻正確動(dòng)作，但導(dǎo)葉開度未發(fā)生變化。經(jīng)檢查此原因?qū)儆谡{(diào)速系統(tǒng)的程序漏洞。

調(diào)速系統(tǒng)計(jì)算導(dǎo)葉給定的程序如下:GV_Give=Ynld+YPID+Pgv，GV_ Give 為導(dǎo)葉給定，Ynld為空載開度，YPID為主環(huán)PID 輸出，Pgv為監(jiān)控給定。程序中GV_ Give 限幅為99.5%，Pgv限幅為－10%到100%。當(dāng)監(jiān)控增加Pgv 給定時(shí)，GV_Give 增大，導(dǎo)葉開度增大。因調(diào)速系統(tǒng)接收到監(jiān)控系統(tǒng)的增加命令，至機(jī)組的負(fù)荷增加需要一個(gè)過程，當(dāng)Ynld+YPID+Pgv=99.5%，導(dǎo)葉并未動(dòng)作到位或監(jiān)控系統(tǒng)未監(jiān)測(cè)到機(jī)組達(dá)到負(fù)荷上限。此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)繼續(xù)增加Pgv 給定值，這樣將會(huì)使得Ynld+YPID+Pgv＞99.5%，但調(diào)速系統(tǒng)只會(huì)按99.5%執(zhí)行。程序中Pgv 中的多余給定量將一直存在。

此工況下，若電網(wǎng)頻率高頻達(dá)到一次調(diào)頻動(dòng)作值，一次調(diào)頻將會(huì)動(dòng)作。YPID 將會(huì)有負(fù)值輸出，關(guān)閉導(dǎo)葉。但由于Pgv 中存在多余的給定量，YPID 的負(fù)值輸出量將會(huì)被Pgv 中多余的給定量抵消。至于YPID 負(fù)值量會(huì)被抵消多少則取決于Pgv中多余量。這就是7#機(jī)組在導(dǎo)葉全開狀態(tài)下一次調(diào)頻動(dòng)作而導(dǎo)葉開度未變化的原因。其他機(jī)組也存在同樣的問題。

5#機(jī)組一次調(diào)頻積分電量不夠的原因和7#機(jī)組并不一樣，5#機(jī)組在電網(wǎng)頻率超過頻率死區(qū)后一次調(diào)頻正確動(dòng)作。此時(shí)電網(wǎng)頻率為50.06Hz，導(dǎo)葉開度為97.9%，則根據(jù)公式計(jì)算:

此時(shí)電網(wǎng)頻率為高頻，所以導(dǎo)葉應(yīng)該關(guān)閉2.5%開度。在一次調(diào)頻動(dòng)作初期，導(dǎo)葉關(guān)閉量的確達(dá)到了2.5%，但隨后導(dǎo)葉又被開啟，實(shí)際相當(dāng)于機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作后導(dǎo)葉并未得到有效的響應(yīng)。程序中GV_ Give=Ynld+YPID+Pgv，導(dǎo)葉給定只與空載開度、PID 輸出和監(jiān)控給定有關(guān)。人工水頭下對(duì)應(yīng)的空載開度Ynld 為一定值，不會(huì)發(fā)生改變。導(dǎo)葉動(dòng)作與否只與PID 輸出和監(jiān)控給定有關(guān)。調(diào)速系統(tǒng)在一次調(diào)頻初期能正確動(dòng)作并且動(dòng)作量滿足要求，所以懷疑導(dǎo)葉被關(guān)回與監(jiān)控系統(tǒng)的Pgv 有關(guān)。

監(jiān)控系統(tǒng)在機(jī)組一次調(diào)頻時(shí)不參與調(diào)節(jié)，即一次調(diào)頻動(dòng)作后機(jī)組負(fù)荷變化即使超過監(jiān)控調(diào)節(jié)死區(qū)，監(jiān)控并不會(huì)進(jìn)行調(diào)節(jié)，除非監(jiān)控系統(tǒng)重新賦值。所以為了避免在機(jī)組一次調(diào)頻過程中監(jiān)控Pgv 發(fā)生改變(重新賦值除外)，可以將調(diào)速系統(tǒng)控制程序進(jìn)行相應(yīng)修改，使得一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)Pgv 的值保持為一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)的初始值。此辦法即可以避免一次調(diào)頻時(shí)受到監(jiān)控的干擾，也與監(jiān)控系統(tǒng)的控制邏輯相符。

2 解決辦法

2.1 修改控制程序

導(dǎo)葉全開時(shí)Pgv 值的修改

程序變量定義如下:

Di_ Inc 監(jiān)控增加令 Gv_ Hand_ In 調(diào)速器手動(dòng)Di_ Inc_ Timer 增加計(jì)時(shí)器Trp 監(jiān)控調(diào)整步長(zhǎng)Pgv_ Reserve 中間變量Gv_ Max_ Limit 導(dǎo)葉最大開度限制Gv_ Give 導(dǎo)葉給定.

原程序如下:

2.2 閉鎖監(jiān)控Pgv 的增減

監(jiān)控系統(tǒng)重新賦值時(shí)其開關(guān)量P.new=1。一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，若監(jiān)控系統(tǒng)未重新賦值，則閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)增減命令。此處需將監(jiān)控系統(tǒng)開關(guān)量P.new 接至調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)上面的程序進(jìn)行修改

修改后程序如下:

開度模式及功率模式下監(jiān)控增加令及觸摸屏上的增加令需做同樣的更改。

2.3 不設(shè)計(jì)算死區(qū)

電站計(jì)算死區(qū)為0.01Hz，由YPID=(△f/50)/ bp 可以計(jì)算出計(jì)算死區(qū)設(shè)為0Hz 后，一次調(diào)頻動(dòng)作對(duì)應(yīng)于導(dǎo)葉的開度值將增加0.5%?？紤]機(jī)組功率波動(dòng)和低水頭大開度效率、流量和水頭的影響，建議將計(jì)算死區(qū)改為0Hz，以保證導(dǎo)葉足夠的動(dòng)作量。

3 結(jié)束語

以上分析了造糯電站一次調(diào)頻積分電量不夠的原因。在1 號(hào)機(jī)組調(diào)試期間，監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)一次調(diào)頻存在影響的問題已經(jīng)通過試驗(yàn)得到驗(yàn)證。監(jiān)控系統(tǒng)控制邏輯不完善，導(dǎo)致了對(duì)一次調(diào)頻的影響，相關(guān)控制邏輯已經(jīng)進(jìn)行了修改。為避免調(diào)速系統(tǒng)程序修改太多，對(duì)其他運(yùn)行工況造成影響，上述一次調(diào)頻閉鎖監(jiān)控系統(tǒng)給定的程序可以不進(jìn)行修改。