小灣水電廠一次調(diào)頻策略優(yōu)化研究

紀正堂，陳映喜，平金偉（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南　大理 675702）

小灣水電廠一次調(diào)頻策略優(yōu)化研究

紀正堂，陳映喜，平金偉
（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南大理 675702）

小灣水電廠參與由南方電網(wǎng)電力調(diào)度通信中心組織實施及開發(fā)的并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務評價考核系統(tǒng)的運行，一次調(diào)頻多次受到考核。分析了小灣水電廠一次調(diào)頻被考核的原因，并在保證機組安全性的前提下進行了一次調(diào)頻策略優(yōu)化，保證了一次調(diào)頻滿足要求。

輔助服務；一次調(diào)頻；考核；策略優(yōu)化；小灣水電站

0　引言

2009年1月，原國家電力監(jiān)管委員會制定出臺了《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理實施細則》和《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則》（以下簡稱“兩個細則”）。同年3月，南方區(qū)域兩個細則的實施細則正式印發(fā)并轉(zhuǎn)入試運行。兩個細則的實施，規(guī)范了并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理及并網(wǎng)運行管理；提高了各電力企業(yè)生產(chǎn)管理和設備管理運行水平；有效提高了電能質(zhì)量，促進了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟運行。2010年2月，由南方電網(wǎng)電力調(diào)度通信中心組織實施及開發(fā)的兩個細則實施技術(shù)支持系統(tǒng)——并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務評價考核系統(tǒng)在南方電網(wǎng)試運行，并于2012年10月正式上線運行。

并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務評價考核系統(tǒng)包括一次調(diào)頻、自動發(fā)電控制（AGC）、計劃曲線、電壓曲線合格率、調(diào)峰考核、旋轉(zhuǎn)備用、無功、黑啟動補償?shù)龋?］。小灣水電廠于2010年2月參與該系統(tǒng)的試運行，直至系統(tǒng)正式運行。從實際運行情況看，小灣水電廠一次調(diào)頻多次受到考核。

1　工程概況

小灣水電廠共裝設6臺機組，單機容量700 MW，電站水頭變幅大，為164～251 m，運行水頭高，轉(zhuǎn)速高。調(diào)速器系統(tǒng)采用南瑞SAFR2000H微機數(shù)字控制系統(tǒng)，具備開度調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)2種控制模式［2］；調(diào)速器一次調(diào)頻給定回路及AGC回路相互獨立，有功調(diào)節(jié)采用開度調(diào)節(jié)模式；功率閉環(huán)控制回路在監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)通過繼電器增、減脈沖與調(diào)速器進行接口；頻差調(diào)節(jié)回路在調(diào)速器；監(jiān)控系統(tǒng)采用南瑞NC2000系統(tǒng)。

機組投產(chǎn)前，均嚴格執(zhí)行南方電網(wǎng)、云南電網(wǎng)兩級調(diào)度要求，聘請具備資質(zhì)的云南電力試驗研究院開展調(diào)速器相關(guān)涉網(wǎng)試驗，試驗報告在投產(chǎn)前報兩級調(diào)度審核，試驗數(shù)據(jù)均滿足南方電網(wǎng)相關(guān)標準要求［3-4］。經(jīng)調(diào)度認可后，機組投產(chǎn)并網(wǎng)運行。但機組在后續(xù)運行過程中卻因不滿足兩個細則的考核標準而多次受到考核。

2　兩個細則算法

根據(jù)《南方電網(wǎng)電廠并網(wǎng)運行及輔助服務管理算法規(guī)范》，一次調(diào)頻按機組考核，分為投運率和合格率考核。機組一次調(diào)頻動作的積分電量Qr達到理論動作積分電量Qt的50%判為動作合格，反之為不合格。計算公式如下

式中，pk為實際出力；為積分起始出力，積分起始時間為頻率過死區(qū)時間，積分結(jié)束時間為頻率回到死區(qū)的時間（最大限值1 min）；f為系統(tǒng)頻率；f0為機組一次調(diào)頻動作死區(qū)頻率門檻與50 Hz的差值絕對值；5%為機組轉(zhuǎn)速不等率；sk為機組額定容量。

針對水電機組，兩個細則算法中動作記錄判斷條件為：當電網(wǎng)頻率持續(xù)超過50±0.05 Hz達到15 s以上，且期間要出現(xiàn)超過評價門檻0.065 Hz的頻率峰值時，則對此次一次調(diào)頻品質(zhì)進行判斷。

3　小灣水電廠一次調(diào)頻考核出現(xiàn)的問題

3.1動作不正確，反方向動作，一次調(diào)頻功能貢獻量為負

小灣水電廠在機組投入一次調(diào)頻和AGC功能時，經(jīng)常會出現(xiàn)AGC的負荷指令變化方向和一次調(diào)頻動作方向不一致。受AGC的影響，一次調(diào)頻調(diào)節(jié)效果達不到兩個細則所要求的“機組的一次調(diào)頻功能貢獻量為正”的結(jié)果，就會被考核統(tǒng)計為“該機組一次調(diào)頻不正確動作1次”。

3.1.1一次調(diào)頻與AGC配合策略

根據(jù)一次調(diào)頻與AGC的關(guān)系，產(chǎn)生了一次調(diào)頻優(yōu)先、AGC優(yōu)先、相互閉鎖、相互疊加的不同配合策略［5］。《南方電網(wǎng)自動發(fā)電控制（AGC）技術(shù)規(guī)范》中為規(guī)范一次調(diào)頻與AGC的配合關(guān)系，要求如下：機組在執(zhí)行AGC設定值時應不受一次調(diào)頻功能的影響，出力變化應是兩者疊加的效果。如果調(diào)速機構(gòu)不能同時執(zhí)行一次調(diào)頻功能和AGC負荷調(diào)節(jié)功能時，應以AGC負荷調(diào)節(jié)優(yōu)先。兩者在配合上，應滿足以下條件：

（1）機組在執(zhí)行AGC調(diào)節(jié)任務時不應受到一次調(diào)頻功能的干擾。

（2）一次調(diào)頻在AGC調(diào)節(jié)間斷時期應正常響應。

（3）一次調(diào)頻在動作過程中如果有新的AGC調(diào)節(jié)命令，應立即執(zhí)行AGC調(diào)節(jié)命令。

（4）機組的一次調(diào)頻動作引起的全廠總功率的偏差，應不能被監(jiān)控系統(tǒng)重新調(diào)整回去。

3.1.2AGC策略對一次調(diào)頻調(diào)節(jié)的干擾

小灣水電廠AGC程序策略忽視南方電網(wǎng)AGC規(guī)范中“沒有新的調(diào)度下發(fā)值的前提下，機組的一次調(diào)頻動作引起的全廠總功率的偏差應不能被監(jiān)控系統(tǒng)重新調(diào)整回去”的原則，AGC策略設計上存在干擾一次調(diào)頻正常調(diào)節(jié)的情況。

（1）AGC負荷偏離自動回拉策略（干擾策略1）。全廠AGC調(diào)節(jié)完成后，為保證全廠負荷不大幅偏離給定值，滿足“ |全廠總有功實發(fā)值-全廠AGC有功給定值|＞25 MW，且持續(xù)時間超過40 s”，則AGC程序會將全廠有功負荷拉回設定值。在有機組一次調(diào)頻動作的情況下，該策略就會干擾一次調(diào)頻的正常調(diào)節(jié)。

（2）片面追求全廠功率動態(tài)平衡策略（干擾策略2）。未參加AGC機組的實發(fā)值與設定值差值與參加AGC且一次調(diào)頻動作機組的實發(fā)值之和，在相鄰2個計算周期大于全廠AGC設置死區(qū)的0.5倍（小灣水電廠設置死區(qū)為12 MW）時，則重新進行AGC負荷分配。當所有機組參與AGC成組控制時，若在2個相鄰計算周期內(nèi)機組一次調(diào)頻動作引起全廠負荷偏差超過6 MW時，AGC會重新分配各機組有功負荷，干擾一次調(diào)頻的正常調(diào)節(jié)。

3.1.3策略優(yōu)化

（1）針對干擾策略1。經(jīng)論證及試驗，將該策略取消。

（2）針對干擾策略2。在AGC組態(tài)中，取消“一次調(diào)頻投入”和“一次調(diào)頻動作”2個輸入源；將“未參加AGC機組的實發(fā)值與設定值差值與參加AGC且一次調(diào)頻動作機組的實發(fā)值之和，在相鄰2個計算周期大于全廠AGC設置死區(qū)的0.5倍”改為1倍，徹底解決AGC策略干擾一次調(diào)頻正常調(diào)節(jié)的問題。當參加AGC的機組一次調(diào)頻動作時，由此帶來的負荷偏差不會重新分配。

3.2動作后的調(diào)節(jié)效果不夠，一次調(diào)頻功能貢獻量不夠

3.2.1原因分析

對比一次調(diào)頻合格和不合格數(shù)據(jù)曲線發(fā)現(xiàn)，此類型的考核多出現(xiàn)在系統(tǒng)頻差超過頻率死區(qū)較小的情況下［6］。小灣水電廠調(diào)速器程序中參與比例-積分-微分（PID）計算的頻差需減去頻率死區(qū)，其算法為：計算頻差=頻差-頻率死區(qū)。其中，頻差=|系統(tǒng)頻率-50 Hz|；南方電網(wǎng)頻率死區(qū)下達定值為0.05 Hz，則計算頻差=|系統(tǒng)頻率-50 Hz|-0.05 Hz。

輔助服務考核系統(tǒng)記錄頻率（評價門檻）為50± 0.065 Hz。以系統(tǒng)頻差±0.065 Hz為例，根據(jù)上式，計算頻差=0.065 Hz-0.05 Hz=0.015 Hz。永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)（bp）=4%時，機組導葉僅動作0.75%開度，對機組有功出力變化影響微小，積分電量不能達標。

3.2.2策略優(yōu)化

將計算頻差算法優(yōu)化為：計算頻差=頻差-計算死區(qū)，計算死區(qū)為可調(diào)整的數(shù)值。

靜、動態(tài)試驗及實際運行情況可知，小灣水電廠最終將計算死區(qū)設置為0 Hz，以增加導葉動作量。同樣以系統(tǒng)頻差±0.065 Hz為例，計算頻差=0.065 Hz-0=0.065 Hz，bp=4%時，機組導葉動作3.25%開度，調(diào)節(jié)量明顯增大。

4　一次調(diào)頻考核相關(guān)建議

（1）水電機組的調(diào)節(jié)控制受水頭影響較大，若機組處于當前水頭下最大負荷運行，導葉開度最大，調(diào)速系統(tǒng)處于非最優(yōu)工況，工作處于極度不靈敏區(qū)，在此期間一次調(diào)頻動作發(fā)出調(diào)節(jié)命令后機組調(diào)節(jié)反饋不明顯，可能導致一次調(diào)頻動作量不夠而被考核。建議在輔助服務考核系統(tǒng)中增加一次調(diào)頻免考的條件，即水電機組調(diào)速器導葉開度較大（如95%以上），調(diào)速器處于非最優(yōu)工況下，因一次調(diào)頻動作量不夠而被考核的自動免考。

（2）對新投產(chǎn)機組，建議統(tǒng)籌兼顧，將兩個細則考核內(nèi)容融入調(diào)速器參數(shù)辨識、一次調(diào)頻、AGC試驗等涉網(wǎng)試驗中。涉及一次調(diào)頻與 AGC協(xié)調(diào)關(guān)系試驗時，避免單獨進行一次調(diào)頻或AGC試驗。

（3）各電廠要結(jié)合在各自系統(tǒng)中承擔的作用、各自機組的特點、調(diào)速器的性能，不能盲目追求兩個細則的考核指標，而忽視調(diào)節(jié)的安全穩(wěn)定性。

5　結(jié)語

經(jīng)過一年多的不斷分析、試驗、持續(xù)整改，小灣水電廠的輔助服務一次調(diào)頻考核得以改善。整改完成后至今3個月內(nèi)未發(fā)生一次調(diào)頻考核，并經(jīng)歷了2014年7月3日金楚乙線跳閘金安橋電廠切1 800 MW，2014年9月30日普僑直流雙極閉鎖切3 000 MW負荷的實際檢驗，一次調(diào)頻動作正確，動作量、動作方向均滿足要求，為電網(wǎng)快速恢復故障做出貢獻。

［1］文學，張昆.南方電網(wǎng)一次調(diào)頻現(xiàn)狀研究［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，3（2）：70-72.

［2］魏守平.水輪機調(diào)節(jié)［M］.武漢：華中科技大學出版社，2009.

［3］王新樂.小灣電站1號機組AGC試驗報告［R］.昆明：云南電力試驗研究院，2009.

［4］何常勝.小灣電站2號機組一次調(diào)頻檢查報告［R］.昆明：云南電力試驗研究院，2009.

［5］魏守平.水輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)一次調(diào)頻及孤立電網(wǎng)運行特性分析及仿真［J］.水電自動化與大壩監(jiān)測，2009，33（6）：27-33.

［6］何常勝，董鴻魁，翟鵬，等.水電機組一次調(diào)頻與AGC典型控制策略的工程分析及優(yōu)化［J］.電力系統(tǒng)自動化，2015，39（3）：146-150.

（責任編輯楊健）

Research on Primary Frequency Modulation Optimization of Xiaowan Hydropower Plant

JI Zhentang，CHEN Yingxi，PING Jinwei
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

Xiaowan Hydropower Plant participate the operation of“The system of grid power plant auxiliary service examination”which developed and implemented by Southern Power Grid Dispatching and Communication Center.Since the examination system is implemented in Xiaowan Hydropower Plant，the percent of pass of primary frequency modulation is examined many times.The reasons of primary frequency modulation examination in Xiaowan Hydropower Plant are analyzed，and the strategies of primary frequency modulation under the premise of ensuring hydro-generators'safety are optimized.The optimization ensures that the primary frequency modulation meets the requirements.

auxiliary service；primary frequency modulation；examination；strategy optimization；Xiaowan Hydropower Station

TM761.23（274）

A

0559-9342（2015）10-0057-03

2015-07-27

紀正堂（1984—），男，云南普洱人，工程師，主要從事水電廠設備運行維護管理工作.