山口水電站機(jī)組一次調(diào)頻功能的優(yōu)化與改進(jìn)

肖云亞

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局， 新疆 伊寧　835400)

?

山口水電站機(jī)組一次調(diào)頻功能的優(yōu)化與改進(jìn)

肖云亞

(新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局， 新疆 伊寧835400)

【摘要】山口水電站按照行業(yè)規(guī)程及電網(wǎng)的要求，對機(jī)組一次調(diào)頻功能存在的問題進(jìn)行核查，并針對問題進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，達(dá)到了規(guī)程和電網(wǎng)的要求，使山口水電站在西北電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則考核中一次調(diào)頻免受考核。

【關(guān)鍵詞】山口水電站；一次調(diào)頻；優(yōu)化與改進(jìn)

電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要任務(wù)之一就是對頻率進(jìn)行監(jiān)視和控制，使其維持在50Hz附近的一個(gè)允許范圍內(nèi)。機(jī)組一次調(diào)頻是穩(wěn)定電網(wǎng)頻率最有效且最快的措施，新疆電網(wǎng)隨著大機(jī)組、風(fēng)電、光伏等電源的不斷接入，使電網(wǎng)頻率控制問題更加突出。為此，2014—2015年新疆電網(wǎng)調(diào)度控制中心(以下簡稱“省調(diào)”)相繼下發(fā)了多個(gè)關(guān)于開展一次調(diào)頻核查與整改的通知文件，山口水電站針對文件的各項(xiàng)要求進(jìn)行了對照核查，并對相關(guān)問題進(jìn)行了整改優(yōu)化。

1山口水電站機(jī)組與調(diào)速器概述

山口水電站位于新疆伊犁地區(qū)，電站總裝機(jī)容量141MW，單機(jī)容量47MW，屬大中型電站，在新疆電網(wǎng)主要承擔(dān)基荷、調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的任務(wù)，電站于2009年建成投產(chǎn)，2009年10月并入新疆主網(wǎng)運(yùn)行。電站機(jī)組調(diào)速器系統(tǒng)選用WDT-80-6.3型數(shù)字比例閥調(diào)速器，電站機(jī)組于2012年10月委托新疆電科院完成一次調(diào)頻性能測試試驗(yàn)，電站機(jī)組與調(diào)速器自投運(yùn)至今，運(yùn)行正常穩(wěn)定，未進(jìn)行技術(shù)改造。

2山口水電站一次調(diào)頻核查發(fā)現(xiàn)的問題

2014年新疆省調(diào)相繼下發(fā)了《關(guān)于開展新疆電網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻、AGC自查工作的通知》(新省調(diào)度字第〔2014〕32號)、《關(guān)于持續(xù)做好一次調(diào)頻整改工作的通知》(新省調(diào)調(diào)字第〔2014〕57號)，按照省調(diào)通知要求，山口水電站對各臺機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)、信號上傳和與AGC功能調(diào)功配合等進(jìn)行了逐一核查，核查后發(fā)現(xiàn)了較為突出的幾項(xiàng)問題。一是一次調(diào)頻投入狀態(tài)、一次調(diào)頻動作信號、調(diào)頻死區(qū)(Hz)、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)(%)、一次調(diào)頻有功調(diào)節(jié)指令(MW)、機(jī)組實(shí)際有功變化量(MW)等信號未通過調(diào)速器上傳至電站監(jiān)控系統(tǒng)；二是機(jī)組一次調(diào)頻動作與受AGC調(diào)功或電站監(jiān)控系統(tǒng)閉環(huán)調(diào)功的影響存在反向調(diào)節(jié)問題；三是在現(xiàn)有的調(diào)速器程序功能下，開展一次調(diào)頻性能模擬試驗(yàn)較為復(fù)雜，工作時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

3針對問題的優(yōu)化與改進(jìn)

3.1增加調(diào)速器通信量上傳監(jiān)控

經(jīng)修改調(diào)速器PLC通信段程序增加了一次調(diào)頻投退狀態(tài)、一次調(diào)頻動作信號開關(guān)量的送出，同時(shí)將調(diào)速器調(diào)頻死區(qū)、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)、一次調(diào)頻有功調(diào)節(jié)理論功率和機(jī)組一次調(diào)頻有功調(diào)節(jié)實(shí)際動作功率模擬量上傳電站監(jiān)控系統(tǒng)。

a.一次調(diào)頻投退狀態(tài)判別條件需同時(shí)滿足“負(fù)載”“開度模式”“導(dǎo)葉自動”3個(gè)條件之后，判為“一次調(diào)頻功能投入”。即程序變更后如下：

IF (Load ANDYmode AND AUTO)THEN

Freq_differ_priority_TO:=1;

Freq_differ_priority_TO1:=1;

ELSE

Freq_differ_priority_TO:=0;

Freq_differ_priority_TO1:=0;

END_IF;

b.一次調(diào)頻動作信號判別條件為在一次調(diào)頻功能投入的狀態(tài)下，當(dāng)機(jī)組頻率與50Hz的差值大于頻率死區(qū)時(shí)，即動作送出。

c.調(diào)速器調(diào)頻死區(qū)、永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)模擬量直接讀取所設(shè)置參數(shù)轉(zhuǎn)發(fā)送出。

d.一次調(diào)頻有功調(diào)節(jié)理論功率計(jì)算方法新增程序見圖1。

圖1　一次調(diào)頻有功調(diào)節(jié)理論功率計(jì)算方法新增程序

當(dāng)處于“一次調(diào)頻動作的上升沿”時(shí)，將機(jī)組功率值Power向 Power_before_act 賦值1次，即記錄一次調(diào)頻動作前的有功功率。

一次調(diào)頻動作期間，以Power與Power_before_act做差值運(yùn)算，并由REAL轉(zhuǎn)換為觸摸屏顯示的INT型。

Power_before_act REAL

power_actural_differ INT 400240

e.一次調(diào)頻有功調(diào)節(jié)實(shí)際動作功率計(jì)算方法新增程序見圖2。

圖2　一次調(diào)頻有功調(diào)節(jié)實(shí)際動作功率計(jì)算方法新增程序

Power_act_calculated 為通過插值運(yùn)算得到的與水頭關(guān)聯(lián)的一次調(diào)頻理論動作值，該值乘以-1.0表示理論動作值是帶有方向的，是與一次調(diào)頻頻差Freq_differ_priority的方向相反的，所以最終得到的Power_act_calculate是實(shí)際方向與一次調(diào)頻頻差相反的實(shí)數(shù)。

power_act_multi 是修正系數(shù)，以保證Power_act_calculate_int 與實(shí)際動作值基本相符。

Power_act_calculate_intINT400238

power_act_multiINT 400508

機(jī)組額定容量為47MW，機(jī)組空載開度至滿發(fā)開度導(dǎo)葉大約動作60%(約15%～75%)，平均為1.33MW/1%。bp=3%時(shí)，0.05Hz的頻差會使接力器動作3.33%，約為4.42MW，而由于導(dǎo)葉開度與機(jī)組功率之間的對應(yīng)并非是完全線性的，因此在開度/功率曲線斜率較大的區(qū)間機(jī)組一次調(diào)頻的理論值和實(shí)際值能夠相符，甚至實(shí)際值會高于理論值，但在接近滿發(fā)時(shí)由于開度/功率曲線斜率較小，一次調(diào)頻實(shí)際值很難達(dá)到上述理論值，因此可通過調(diào)整修正系數(shù)進(jìn)行修正。

3.2機(jī)組一次調(diào)頻動作存在反向調(diào)節(jié)問題的改進(jìn)

通過實(shí)際模擬機(jī)頻進(jìn)行機(jī)組一次調(diào)頻動作試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在電站監(jiān)控系統(tǒng)有功調(diào)節(jié)閉環(huán)功能投入時(shí)，一次調(diào)頻動作后的機(jī)組功率會根據(jù)實(shí)際頻率偏差而增減，但當(dāng)增減功率越過監(jiān)控系統(tǒng)有功調(diào)節(jié)死區(qū)功率后，將會導(dǎo)致功率被重新調(diào)整到監(jiān)控系統(tǒng)有功功率目標(biāo)值。在投入AGC功能的情況下，反調(diào)節(jié)的現(xiàn)象仍然存在。為解決機(jī)組一次調(diào)頻動作反調(diào)節(jié)的問題，經(jīng)省調(diào)多次組織專題會議討論，最終對該問題的整改進(jìn)行了明確，并下發(fā)了《關(guān)于開展水電機(jī)組一次調(diào)頻與AGC協(xié)調(diào)整改工作的通知》(電調(diào)函〔2014〕35號)，根據(jù)要求，山口水電站主要采取如下措施進(jìn)行整改：

a.按照電調(diào)函〔2014〕35號文件，通過加強(qiáng)運(yùn)行管理要求運(yùn)行值班人員嚴(yán)格按照文件監(jiān)控有功調(diào)節(jié)閉環(huán)功能的投退。即：對于省調(diào)要求投入AGC功能的機(jī)組，現(xiàn)場長應(yīng)在投入機(jī)組AGC的同時(shí)投入有功調(diào)節(jié)閉環(huán)功能；對于省調(diào)未要求投入AGC功能的機(jī)組，現(xiàn)場必須退出機(jī)組有功調(diào)節(jié)閉環(huán)，人為調(diào)整機(jī)組出力時(shí)，可短時(shí)投入有功調(diào)節(jié)閉環(huán)。

b.引入電網(wǎng)頻率判據(jù)，在監(jiān)控系統(tǒng)增加閉鎖機(jī)組AGC功能調(diào)節(jié)功率的邏輯。在山口水電站本地監(jiān)控系統(tǒng)增加閉鎖機(jī)組AGC的功能,即：當(dāng)水電站監(jiān)測到電網(wǎng)頻率(調(diào)速器機(jī)端頻率)超過頻率門檻值(50±0.08)Hz時(shí)，閉鎖機(jī)組AGC執(zhí)行反向功率調(diào)整指令，頻率恢復(fù)到(50±0.06)Hz范圍內(nèi)時(shí)，解除對AGC指令的閉鎖。

電網(wǎng)頻率高過頻率門檻值50.08Hz時(shí)，閉鎖機(jī)組AGC的增有功指令不允許機(jī)組增加出力，但不閉鎖AGC的減有功指令允許AGC降低出力；當(dāng)電網(wǎng)頻率低于頻率門檻值50.06Hz時(shí)，解除對AGC指令的閉鎖。邏輯原理見圖3。

圖3　高頻閉鎖/解除原理

電網(wǎng)頻率低過頻率門檻值49.92Hz時(shí)，閉鎖機(jī)組AGC的減有功指令，不允許機(jī)組減少出力，但不閉鎖AGC的增有功指令，允許AGC增加出力；當(dāng)電網(wǎng)頻率高于頻率門檻值49.94Hz時(shí)，解除對AGC指令的閉鎖。邏輯原理見圖4。

圖4　低頻閉鎖/解除原理

3.3在調(diào)速器上增加一次調(diào)頻動作模擬試驗(yàn)功能

修改調(diào)速器PLC程序，并在調(diào)速器觸摸屏上增加一次調(diào)頻動作測試功能界面，以方便定期對機(jī)組一次調(diào)頻功能進(jìn)行模擬測試。具體修改見圖5。

圖5　調(diào)速器人機(jī)界面觸摸屏上增加的一次調(diào)頻試驗(yàn)功能界面

a.增加“調(diào)頻模擬試驗(yàn)”界面，其中“調(diào)頻試驗(yàn)投入”“調(diào)頻試驗(yàn)退出”“模擬機(jī)頻設(shè)定”按鈕與400199關(guān)聯(lián)?！罢{(diào)頻試驗(yàn)投入”之后，調(diào)頻試驗(yàn)為“ON”狀態(tài)，在“調(diào)頻試驗(yàn)退出”或者“斷路器分閘”狀態(tài)下，調(diào)頻試驗(yàn)被復(fù)位。調(diào)頻模擬試驗(yàn)程序見圖6。

Touch_CTRLWORD400199

freq_simu_setBOOL400199.bit9

freq_simu_reset BOOL400199.bit10

freq_simu_enableBOOL400199.bit11

b.在一次調(diào)頻投入的前提下，按下“調(diào)頻試驗(yàn)投入”和“模擬機(jī)頻設(shè)定”按鈕之后，運(yùn)算頻差=模擬機(jī)頻設(shè)定值-50.0，條件不滿足則“模擬機(jī)頻設(shè)定” =50.0。

IF Freq_simu_on AND Ymode AND LOAD AND AUTO AND freq_simu_enable THEN

FreQ_Differ:=Frequency_Simulated-50.0;

Frequency_Simulated:=(INT_TO_REAL (IN:= Frequency_simulated_INT)/100.0);

ELSE

Frequency_Simulated:=50.0;

Frequency_simulated_INT:=5000;

END_IF;

Frequency_simulated_INTINT 400520

Frequency_Simulated REAL

4結(jié)語

山口水電站機(jī)組一次調(diào)頻功能優(yōu)化與改進(jìn)后，功能界面更加開放，通過監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)視到更多的數(shù)據(jù)信息，對于日常維護(hù)及一次調(diào)頻功能測試更加方便快捷而且試驗(yàn)安全。自2015年10月新疆電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則考核以來，山口水電站一次調(diào)頻動作貢獻(xiàn)十分明顯，每月一次調(diào)頻均獲得了大量的補(bǔ)償?shù)梅帧?/p>

The optimization and improvement of unit primary frequency regulation function in Shankou Hydropower Station

XIAO Yunya

(XinjiangIliRiverBasinDevelopmentandConstructionAdministration,Yining835400,China)

Abstract:The problems of unit primary frequency regulation function is checked according to the industry regulations and requirements of power grid in Shankou Hydropower Station. The problems are optimized and improved to reach the regulations and requirements of power grid. Therefore, the primary frequency regulation of Shankou Hydropower Station in two detail assessments of Northwest Power Grid is free from assessment.

Key words:Shankou Hydropower Station; primary frequency regulation; optimization and improvement

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.06.012

中圖分類號：TV738

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1673-8241(2016)06- 0038- 04