水電一次調頻考核起始時刻對考核的影響分析

陳　琳，孫建平，張寬竹

(1. 華北電力大學 控制與計算機工程學院，河北保定071003； 2. 華北石油管理局水電廠，河北任丘062550)

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水電一次調頻考核起始時刻對考核的影響分析

陳琳1，孫建平1，張寬竹2

(1. 華北電力大學 控制與計算機工程學院，河北保定071003； 2. 華北石油管理局水電廠，河北任丘062550)

摘要：針對水電機組一次調頻考核起始時刻延遲的情況，為避免調度部門因其延遲對考核結果產(chǎn)生誤判，分析了起始時間在一次調頻考核中的作用，根據(jù)實際試驗數(shù)據(jù)在MATLAB平臺中編程繪制不同延遲時間下實際動作積分電量與理論動作積分電量曲線，并統(tǒng)計其比值。結果表明，按“兩個細則”中的考核公式，當延遲時間增大到一定程度時，就會導致原本達標的一次調頻動作被判定為不達標。最后，針對這種誤判情況，改進考核公式中的起始功率值并進行驗證，說明了該改進措施的可行性，為后續(xù)研究做鋪墊。

關鍵詞：水電機組；一次調頻；起始時刻；考核

0引言

目前，在影響電能質量的因素中，電網(wǎng)頻率占主要部分。從電廠角度來講，要維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，一次調頻功能必不可少，且此功能的好壞直接關系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。水電機組一次調頻是指當電網(wǎng)頻率發(fā)生波動時，調速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率與額定頻率的頻率差自動調節(jié)導葉開度，改變機組出力來適應負荷變化[1，2]。

一次調頻服務作為基本輔助服務之一，是電網(wǎng)要求電廠必須提供的服務。若電廠因自身原因不能提供一次調頻服務或提供的一次調頻服務不達標就會被考核。根據(jù)考核的結果相應地扣減電廠發(fā)電量，最終影響其經(jīng)濟效益[3]。電網(wǎng)為統(tǒng)一考核規(guī)范，制定了具體考核辦法和規(guī)定，南方電網(wǎng)區(qū)域參考《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則》及《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理實施細則》(簡稱“兩個細則”)的考核要求，然而在詳細的考核依據(jù)實施后，很多水電機組的一次調頻都存在被誤考核的情況[4]。

在實際一次調頻考核情況中，調度部門會在電網(wǎng)頻率超出調頻死區(qū)范圍時記錄當下動作對應時間以及電網(wǎng)實時頻率與電廠上送的機組功率等數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)利用考核公式分別計算出機組的實際和理論動作積分電量，并求出實際與理論動作積分電量的比值，與50%相比，超過即為達標。由于調度部門用于考核計算的機組功率取自電廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而電網(wǎng)頻率取自調度系統(tǒng)，且兩個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)有時間上的相對延遲，即調度系統(tǒng)采集的時間慢于電廠的，這造成了延遲時間的產(chǎn)生，影響機組一次調頻考核結果評價的準確性[5，6]。文獻[1-3]主要介紹了各水電廠調頻過程存在的問題及影響調頻考核準確性的因素；文獻[4]和文獻[6]各分析了調速器調節(jié)參數(shù)和延遲時間對調頻考核結果的影響，但文獻[6]并未確切計算描述延遲時間與積分電量的關系。本文主要是通過計算不同延遲時間長短下實際與理論積分動作電量，分析研究考核起始時刻延遲時間對考核結果的影響，并提出合理建議和應對措施。

1動作積分電量的計算

實際一次調頻考核中，對滿足調頻動作條件的水電機組，調度會記錄其調頻過程中的開始與結束時間以及該段時間內(nèi)的電網(wǎng)頻率。機組的實際積分動作電量占理論電量的比值是調度評價調頻動作是否達標的標準。當實際動作積分電量占理論值的比值超過50%，機組的一次調頻動作達標；否則，不達標[7，8]。

實際動作積分電量計算公式如公式(1)所示：

(1)

式中：Qact為實際動作積分電量，kW·h；t0為積分起始時間，即頻率偏差超過頻率死區(qū)的時刻，s；Δt為積分開始后的一次調頻過程持續(xù)時間(最長不超過60 s，超過60 s的以60 s計算)，s；Pt為機組出力，kW；P0為積分起始時間對應的機組出力，kW。

理論動作積分電量計算公式如公式(2)所示：

(2)

式中：Qtheory為理論動作積分電量，kW·h；Pr為機組額定出力，kW；t0和Δt的意義與上述相同；f為電網(wǎng)頻率，Hz；fr為電網(wǎng)額定頻率，Hz；ef為一次調頻死區(qū)，Hz；4%為機組的轉速不等率。

以上兩式中的t0和Δt均具有相同的意義，說明實際與理論動作積分電量的開始與終止時刻是一致的。

2考核起始時間延遲的影響

由于在實際和理論動作積分電量的計算中，一次調頻考核起始時間起著重要的作用。在實際調頻試驗中選取試驗數(shù)據(jù)，在不同延遲時間下計算實際與理論積分動作電量，并計算其比值，然后分析考核起始時刻的延遲時間對一次調頻考核結果的影響。

2.1實驗數(shù)據(jù)的選取

利用在實際試驗過程中收集的某水電機組的一次調頻動作曲線(如圖1所示)來計算實際和理論動作積分電量并進行比較。圖1中，以一定坡度緩慢下降的電網(wǎng)頻率為輸入信號，有小波動的有功功率曲線為輸出信號，圖中有功功率開始變動的時刻即為頻率偏差超出頻率死區(qū)的時刻，此時刻對應的電網(wǎng)頻率與額定頻率的差值即為頻率死區(qū)。

圖1　水電機組一次調頻動作曲線

根據(jù)實際調頻試驗中的曲線，提取出一次調頻過程中機組頻率和有功功率的數(shù)據(jù)值，導入并保存成.mat文件備用[9，10]。由于是實際一次調頻試驗數(shù)據(jù)，所以能夠用來分析一次調頻考核起始時間延遲對考核結果的影響。

2.2起始時刻延遲的影響

根據(jù)以上所述理論知識編寫程序進行仿真，分別將一次調頻考核起始時刻延遲的時間定義為0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s，一次調頻持續(xù)時間以60 s為基準，繪制上述不同延時下的實際動作積分電量和理論動作積分電量對比圖，如圖2和圖3所示。圖中數(shù)字1～8分別表示延時0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s的實際或理論積分電量曲線。

圖3　不同延時下的60 s內(nèi)的理論積分電量對比圖

分析統(tǒng)計不同起始時刻延遲下對應的一次調頻考核結果，見表1。

表1　不同起始時刻延遲對應的一次調頻考核結果

由以上圖形和表中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著延遲時間的增大，理論動作積分電量的值會變大并逐漸穩(wěn)定不變，而實際動作積分電量的值則逐漸減小，導致實際值與理論值的比值也逐漸減小，表中統(tǒng)計的比值可以明顯說明這一點。當延遲時間超過一定值后(例如表中的18 s)，實際值與理論值的比值就會小于50%，導致原本達標的一次調頻動作被判定為不達標的情況發(fā)生，考核結果的準確性受到影響。

根據(jù)公式(1)、(2)及圖1中一次調頻動作曲線可知，實際動作積分電量的積分起始時刻的功率P0隨延遲時間的增大而增大，導致(Pt-P0)的差值減小，從而使實際動作積分電量值減小。而理論動作積分電量中的(fr+ef)為定值，是不隨延遲時間的增大而變化的；而f的減小會使(f-fr-ef)的絕對值增大，從而整個理論動作積分電量增大。這就是造成實際動作積分電量占理論值比重隨延遲時間變大而逐漸下降的原因。

3考核起始時間延遲的對策

根據(jù)上述計算分析，一次調頻考核起始時間延遲的長短有可能導致誤考核情況的發(fā)生，所以為了避免考核起始時刻延遲給考核結果準確性帶來影響，在計算實際動作積分電量時，將其計算公式的起始功率改為過一次調頻死區(qū)時刻的機組功率值，使其起始功率不隨延遲時間的增大而變化。

改變其積分起始功率，然后進行驗證。分別將一次調頻考核起始時刻延遲的時間定義為0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s，繪制不同延時時間下的實際動作積分電量對比圖，如圖4所示。圖中線1～8分別表示延時0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s的實際積分電量曲線。

分析不同起始時刻延遲對應的一次調頻考核結果，見表2。

由圖4和表2中的數(shù)據(jù)可以看出，當采用過一次調頻死區(qū)時刻的機組功率值作為實際積分電量的起始功率時，隨著延遲時間的增大，實際電量的值會逐漸變大，并逐漸向理論電量值接近，使得實際值與理論值的比值逐漸增大(由表2中比值可看出)，逐漸接近于1，不會發(fā)生一次調頻被誤考核的情況。如此改進考核方法，使得實際積分電量不會像圖2中所示迅速減小，雖然計算出的實際積分電量值比真實值要偏大，但實際電量值與理論值的比值更接近于真實情況，并且提高了調度部門考核結果的準確性。

圖4　不同延時下60 s內(nèi)的實際積分電量對比圖

遲延時間/s理論電量值/(kW·h)實際電量值/(kW·h)實際電量值理論電量值/%一次調頻是否合格0277.999227.07381.68是6310.886262.85684.55是12336.183293.38387.27是18353.886317.85989.82是24364.047336.06292.31是30366.709348.79095.11是36366.709356.03297.09是42366.709361.27298.52是

4結論

(1)計算實際動作積分電量時，將其起始功率改為過一次調頻死區(qū)時刻的機組功率值。這種對考核方法的改進，使其具有與理論電量起始值相似的意義，均為過頻率死區(qū)時刻所對應的值，這使得兩種電量的比值對起始時間遲延的敏感度降低，調度部門考核結果的準確性升高，是一種值得研究應用的改進方法。

(2)當下考核方法中，只有同步電廠和調度系統(tǒng)采集記錄的一次調頻響應過程的時間，提高傳輸一次調頻相關數(shù)據(jù)的優(yōu)先級別，或者將調度部門所需要的一次調頻考核數(shù)據(jù)全部取自電廠側等，才能根本上避免調度部門對一次調頻動作造成誤判。

本文在某水電廠一次調頻試驗的基礎上，利用試驗數(shù)據(jù)通過計算比較，分析了考核起始時刻延遲長短對考核結果的影響，對調度部門考核方法提出了合理的改進并進行了驗證，同時，針對現(xiàn)行考核方法，提出了提高一次調頻考核結果準確性的可行性措施，給各并網(wǎng)電廠處理類似問題提供參考。

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Influence of the Initial Time on the Primary Frequency Regulation Assessment in Hydro-power Unit

CHEN Lin1，SUN Jianping1，ZHANG Kuanzhu2(1. School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University , Baoding 071003, China;2. The Hydropower Plant of Huabei Oilfield, Renqiu 062550, China)

Abstract：In the light of the initial time delay of primary frequency regulation assessment in hydro-power unit, to avoid wrong assessment, this paper analyses the effect of the initial time in the primary frequency regulation assessment. At the same time, the practical data is used to draw the curves of the practical and theory accumulated electric quantity respectively and the ratio of them are also calculated based on MATLAB. The result shows that according to the assessment formula of the “two detailed regulations”, the qualified regulation action will be assessed substandard with the delay time growing to a certain extent. Finally, the assessment formula is improved and verified in this paper, and the improvement measures are proved feasible and can be used as a cushion for further study.

Keywords：hydro-power unit; primary frequency regulation; start moment; assessment

中圖分類號:TK730.2

文獻標識碼:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.03.002

作者簡介：陳琳(1992-)，女，碩士研究生，主要從事水電機組一次調頻輔助服務領域的研究,E-mail：337198316@qq.com。

基金項目：河北省自然科學基金資助項目(F2014502059)。

收稿日期：2016-01-05。