基于輔助服務(wù)下大型水電站一次調(diào)頻考核分析及解決措施

于遠(yuǎn)鵬

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

電廠1-6號機(jī)調(diào)速器控制系統(tǒng)的一次調(diào)頻在機(jī)組歸調(diào)即投入正常工作。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)且在功率調(diào)節(jié)模式下檢測到機(jī)端頻率偏離系統(tǒng)頻率50 Hz±0.04 Hz時，一次調(diào)頻動作執(zhí)行，當(dāng)頻率恢復(fù)到50 Hz±0.01 Hz范圍內(nèi)后，一次調(diào)頻動作復(fù)位停止，并且電廠一次調(diào)頻指令信號與功率偏差調(diào)節(jié)指令疊加在一起共同作用于機(jī)組負(fù)荷的調(diào)節(jié)。

1 事件現(xiàn)象

根據(jù)2017年9月輔助服務(wù)[1-4]及運(yùn)行管理考核看，在9月2日，2、6號機(jī)調(diào)速器一次調(diào)頻各被考核1次；在9月14日，2、5號機(jī)調(diào)速器一次調(diào)頻各被考核1次?？己送ㄖ獑螖?shù)據(jù)表明以上機(jī)組在電網(wǎng)頻率小于49.95 Hz頻段，機(jī)組有功功率沒有增加趨勢(見表1)。

表1 考核通知數(shù)據(jù)匯總表

2 現(xiàn)場數(shù)據(jù)分析

2.1 2號機(jī)現(xiàn)場數(shù)據(jù)及原因分析

1)由于2號調(diào)速器觸摸屏?xí)r間大于標(biāo)準(zhǔn)時間3 min，故下列數(shù)據(jù)分析時均已考慮時間差，以對應(yīng)考核通知的時間。取2號機(jī)調(diào)速器2017-09-02日考核時段內(nèi)數(shù)據(jù)整理如圖1。

為便于觀察，將頻率變化放大比例后得圖2。

圖1 2號機(jī)2017-09-02日考核時段波形圖

圖2 2號機(jī)2017-09-02日考核時段波形圖(頻率變化放大)

從2017-09-02日調(diào)速器數(shù)據(jù)整理分析證實，2號機(jī)調(diào)速器一次調(diào)頻功能正常投入工作?？己藭r段前(圖1和圖2中的起始點A)，2號機(jī)調(diào)速器檢測到的機(jī)頻為49.95 Hz時，調(diào)速器導(dǎo)葉控制輸出已做出響應(yīng)，導(dǎo)葉開度(圖1所示粉紅色的曲線)呈逐漸增大趨勢，隨后機(jī)組實際功率開始增加(圖1、圖2的A點，棕色曲線所示)。圖2的整個時間段內(nèi)頻率一直低于49.96 Hz，2號機(jī)調(diào)速器一次調(diào)頻始終執(zhí)行未復(fù)位，但隨后AGC又發(fā)出減功給指令(圖1和圖2中的B點)，故2號機(jī)調(diào)速器又開始執(zhí)行減負(fù)荷動作，導(dǎo)致受考核。

2)取2號機(jī)調(diào)速器2017-09-14日(即9-14)考核時段內(nèi)觸摸屏數(shù)據(jù)整理如圖3。

為便于觀察，將頻率變化放大比例后得圖4。

圖3 2號機(jī)2017-09-14日考核時段波形圖

圖4 2號機(jī)2017-09-14日考核時段波形圖(頻率變化放大)

從圖3、圖4可以看出，在2017-09-14日的16:20至16:30近10 min時間內(nèi)，2號機(jī)組調(diào)速器已檢測到機(jī)頻低于49.96 Hz，一次調(diào)頻均在動作執(zhí)行區(qū)間，但由于開度限制已限制住導(dǎo)葉的開啟(圖2所示黃色、綠色、粉紅色曲線重疊)，并且在被考核期間還有小幅減負(fù)荷指令(圖2紫色曲線所示)，故表現(xiàn)為一次調(diào)頻動作后機(jī)組實際功率無增加趨勢而被考核。

2.2 5號機(jī)現(xiàn)場數(shù)據(jù)及原因分析

1)由于5號調(diào)速器觸摸屏?xí)r間大于標(biāo)準(zhǔn)時間2 min，故下列數(shù)據(jù)分析時均已考慮時間差，以對應(yīng)考核通知的時間。取5號機(jī)調(diào)速器9-14考核時段內(nèi)觸摸屏數(shù)據(jù)整理如圖5。

為便于觀察，將頻率變化放大比例后得圖6。

圖5 5號機(jī)調(diào)速器一次調(diào)頻考核時段波形圖

圖6 5號機(jī)調(diào)速器一次調(diào)頻考核時段波形圖(頻率變化放大)

2)從5號機(jī)2017-09-14日被考核時段的調(diào)速器數(shù)據(jù)整理分析，對應(yīng)時間段上的數(shù)據(jù)如圖5、圖6所示，考核時間段(14:36:08-14:38:40)前，5號機(jī)組調(diào)速器已檢測到機(jī)頻低于49.96 Hz，調(diào)速器導(dǎo)葉控制輸出已做出響應(yīng)，導(dǎo)葉開度(圖5粉紅色的曲線)呈逐漸增大趨勢，隨后機(jī)組實際功率開始增加(圖5、圖6棕色曲線)。但隨后AGC又發(fā)出減20 MW功給指令，5號機(jī)調(diào)速器執(zhí)行減負(fù)荷動作，故表現(xiàn)為一次調(diào)頻動作后機(jī)組實際功率無增加趨勢而被考核。

2.3 6號機(jī)現(xiàn)場數(shù)據(jù)及原因分析

1)由于6號調(diào)速器觸摸屏?xí)r間大于標(biāo)準(zhǔn)時間4 min，故下列數(shù)據(jù)分析時均已考慮時間差，以對應(yīng)考核通知的時間。取6號機(jī)調(diào)速器2017-09-02日考核時段內(nèi)觸摸屏數(shù)據(jù)整理如圖7。為便于觀察，將頻率變化放大比例后得圖8。

圖7 6號機(jī)調(diào)速器一次調(diào)頻考核時段波形圖

圖8 6號機(jī)調(diào)速器一次調(diào)頻考核時段波形圖(頻率變化放大)

2)從6號機(jī)2017-09-02日被考核時段的調(diào)速器數(shù)據(jù)整理分析，對應(yīng)時間段上的數(shù)據(jù)如圖7、圖8所示，考核時間段(13:57:38-14:01:40)，6號機(jī)組調(diào)速器已檢測到機(jī)頻低于49.96 Hz，調(diào)速器導(dǎo)葉控制輸出已做出響應(yīng)，導(dǎo)葉開度(圖6粉紅色的曲線)呈逐漸增大趨勢，隨后機(jī)組實際功率開始增加(圖6、圖7棕色曲線)。但隨后AGC又發(fā)出減30 MW功給指令，6號機(jī)調(diào)速器執(zhí)行減負(fù)荷動作，故表現(xiàn)為一次調(diào)頻動作后機(jī)組實際功率無增加趨勢而被考核。

3 解決措施

3.1 一次調(diào)頻和監(jiān)控系統(tǒng)AGC之間的配合方案

我廠機(jī)組在發(fā)電模式下，機(jī)組有功功率調(diào)節(jié)主要有兩種模式[5-7]：

1)常規(guī)模式(主模式)，即有功功率調(diào)節(jié)主要在監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成閉環(huán)，監(jiān)控系統(tǒng)比較AGC送來的當(dāng)前機(jī)組有功設(shè)定值和機(jī)組功率反饋值，計算出兩者差值，再換算成相應(yīng)的增減調(diào)節(jié)脈沖給電調(diào)，調(diào)速器作為一個隨動系統(tǒng)接受監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)來的增減脈沖來調(diào)整機(jī)組有功，從而達(dá)到有功調(diào)節(jié)的目的。

2)一次調(diào)頻和監(jiān)控系統(tǒng)AGC給定方式之間的配合方式，具體詳見圖9及圖10。在該模式下，調(diào)速器一次調(diào)頻動作后，需要監(jiān)控系統(tǒng)AGC給定方式做一些變化，暫時退出有功調(diào)節(jié)，而跟蹤功率反饋值，待一次調(diào)頻退出時，按正常功率AGC給定方式調(diào)節(jié)，但此時AGC功率給定為一次調(diào)頻終了的功率反饋值。

圖10中的PID調(diào)節(jié)框圖稱為頻率主環(huán)，bp為永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù)，功率一般都通過監(jiān)控系統(tǒng)來調(diào)節(jié)(發(fā)調(diào)節(jié)脈沖)，直接作用于導(dǎo)葉位置輸出(功率給定)；下邊的PI調(diào)節(jié)框圖稱為導(dǎo)葉副環(huán)，它是通過軟件來實現(xiàn)導(dǎo)葉閉環(huán)控制，最終控制輸出的實際上是對應(yīng)導(dǎo)葉偏差的增量信號。該信號經(jīng)過D/A(模數(shù))轉(zhuǎn)換后施加到電液轉(zhuǎn)換器上，最后作用于主配驅(qū)動接力器運(yùn)動。圖10中各參數(shù)含義如下：

圖9 脈沖調(diào)節(jié)功率方式下一次調(diào)頻與AGC配合方式原理框圖

圖10 一次調(diào)頻調(diào)速器原理框圖(脈沖調(diào)節(jié)功率方式下)

KP為主環(huán)比例增益，參數(shù)值0～20之間可調(diào)，一般3～6；KD為主環(huán)微分增益，參數(shù)值0～20之間可調(diào)，一般1～6；KI為主環(huán)積分增益，參數(shù)值0～20之間可調(diào)，一般1～4；KP2為導(dǎo)葉付環(huán)比例增益，參數(shù)值0～20之間可調(diào)，一般4～8；KI2為導(dǎo)葉付環(huán)積分增益，參數(shù)值0～20之間可調(diào)，一般1～2；Ty為接力反應(yīng)時間常數(shù)，一般在0.2左右；bp為調(diào)速系統(tǒng)永態(tài)轉(zhuǎn)差率(速度變動率)，整定在0～6%；E為人工失靈區(qū)(轉(zhuǎn)速死區(qū))，整定在0～0.5 Hz；fg為機(jī)組頻率；fGV為機(jī)組頻率給定；PGV為功率給定。

3.2 解決措施

本次被輔助服務(wù)系統(tǒng)一次調(diào)頻考核的2、5、6號機(jī)組，經(jīng)現(xiàn)場數(shù)據(jù)比對證明一次調(diào)頻功能均已正常投入，除2號機(jī)2017-09-14日被考核時由于導(dǎo)葉受開度限制除外，其他均已在考核期間段前一次調(diào)頻即已有效執(zhí)行，沒有拒動現(xiàn)象。在電網(wǎng)頻率低于49.95 Hz時，機(jī)組同時接受到AGC減負(fù)荷指令是導(dǎo)致2、5、6號機(jī)組一次調(diào)頻不滿足考核指標(biāo)的原因。

從輔助服務(wù)角度分析，對一次調(diào)頻的考慮就是不要受到考核，而對AGC的考慮就是盡量獲取補(bǔ)償，但在實際運(yùn)行中往往會出現(xiàn)二者的矛盾調(diào)節(jié)。當(dāng)前一次調(diào)頻是必須投入的功能，而AGC在一般情況下也是必須投入，因此，很有必要協(xié)調(diào)解決二者的矛盾調(diào)節(jié)。

1)一次調(diào)頻動作時，短時閉鎖AGC的反向調(diào)節(jié)。當(dāng)前本電站的6臺機(jī)全部投入一次調(diào)頻(不包括上級調(diào)度的特殊要求)。依據(jù)輔助服務(wù)投入以來的所有考核情況：水電站機(jī)組輔助服務(wù)考核的標(biāo)準(zhǔn)相對于一次調(diào)頻功能參數(shù)較低。當(dāng)并網(wǎng)機(jī)組的頻率變化越過±0.04 Hz時，必然導(dǎo)致調(diào)速器的一次調(diào)頻動作，在一次調(diào)頻沒有完成前，可以短時閉鎖AGC的反向調(diào)節(jié)。

2)優(yōu)化AGC算法系數(shù)，避免AGC調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻動作沖突。另外從穩(wěn)定運(yùn)行方面來看，一次調(diào)頻[8-11]反映的是機(jī)組測量到的實時頻率的變化情況，為了維護(hù)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，快速響應(yīng)頻率變化而對機(jī)組輸出功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，這相對AGC來說，其調(diào)節(jié)量小，但調(diào)節(jié)速度較快。而AGC的調(diào)節(jié)主要以ACE(常規(guī)區(qū)域控制誤差)為0為目標(biāo)，基于全網(wǎng)，雖然也會考慮頻率的偏差，但聯(lián)絡(luò)線功率實際與計劃的偏差量可能更占主要影響，因此，其中的算法系數(shù)很關(guān)鍵，取得恰當(dāng)?shù)脑捒梢院芎玫胤从愁l率的偏差是否是因為本區(qū)域有功缺額引起的，也會有利于避免與一次調(diào)頻發(fā)生沖突。所以必須優(yōu)化AGC算法系數(shù)。

總之，AGC相對一次調(diào)頻來說是一種速度較慢的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方式，不宜僅僅是因為要獲取更好的AGC補(bǔ)償而閉鎖一次調(diào)頻，而是應(yīng)該很好地進(jìn)行協(xié)調(diào)。

4 結(jié) 語

本廠是系統(tǒng)主要調(diào)頻電廠，一次調(diào)頻動作太頻繁，并且一次調(diào)頻與AGC動作未互相閉鎖。由于AGC算法系數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致多次一次調(diào)頻被考核，而實際并不是一次調(diào)頻未動作，而是一次調(diào)頻動作未復(fù)歸時就接收到AGC反調(diào)節(jié)命令導(dǎo)致的。如果采用上面提出的兩項措施，將能較好解決這個沖突問題，以避免一次調(diào)頻被考核。

另外，機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行后，運(yùn)行值班員應(yīng)關(guān)注導(dǎo)葉開限值是否限制了實際開度，為確保機(jī)組各工況安全，建議導(dǎo)葉開限宜比實際開度大2%，以免限制了正常的一次調(diào)頻。