一次調(diào)頻與AGC配合運(yùn)行策略分析及優(yōu)化

王威威，胡 豐

（掛治水電廠，貴州 錦屏 556700）

1 引言

一次調(diào)頻和AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）作為系統(tǒng)頻率調(diào)整的兩種方式，對(duì)電網(wǎng)中的發(fā)電機(jī)負(fù)荷分別進(jìn)行一次和二次調(diào)整，保證電網(wǎng)發(fā)電、供電、用電負(fù)荷平衡，從而穩(wěn)定電網(wǎng)頻率在額定范圍內(nèi)。

當(dāng)電網(wǎng)頻率升高時(shí)，一次調(diào)頻功能要求機(jī)組快速減少負(fù)荷，否則，機(jī)組快速增加負(fù)荷。當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，若此時(shí)AGC下達(dá)帶滿負(fù)荷指令，容易造成機(jī)組過(guò)負(fù)荷，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文通過(guò)介紹一次調(diào)頻與AGC配合策略優(yōu)化，解決一次調(diào)頻與AGC有功調(diào)節(jié)矛盾沖突導(dǎo)致機(jī)組過(guò)負(fù)荷的問(wèn)題，為同類情況提供參考和借鑒。

2 概況

掛治水電廠位于貴州省錦屏縣境內(nèi)，安裝3臺(tái)單機(jī)容量50 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，總裝機(jī)容量150 MW，隸屬湖南電網(wǎng)調(diào)度。根據(jù)《華中區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》中“并網(wǎng)發(fā)電廠單機(jī)100 MW及以上火電機(jī)組和單機(jī)容量40 MW及以上非貫流式水電機(jī)組應(yīng)具有AGC功能、并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組（含30 MW及以上的風(fēng)電場(chǎng)、30 MW及以上集中光伏電站）具備一次調(diào)頻功能”要求，掛治電廠按照電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)要求投入AGC和一次調(diào)頻功能。

3 事件分析及判斷

3.1 事件現(xiàn)象

某年2月16日，掛治電廠2號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻長(zhǎng)時(shí)間動(dòng)作時(shí)，同時(shí)，機(jī)組AGC下令目標(biāo)值50 MW，此時(shí)機(jī)組出現(xiàn)明顯超調(diào)現(xiàn)象。情況如下：

12：04掛治電廠2號(hào)機(jī)組開(kāi)機(jī)并網(wǎng)成功，隨即2號(hào)機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻頻繁動(dòng)作和復(fù)歸；

12：05：45 AGC下達(dá)2號(hào)機(jī)組功率調(diào)節(jié)48.29 MW指令；

12：06：04上位機(jī)出現(xiàn)2號(hào)機(jī)組有功功率越上限報(bào)警；

12：06：07上位機(jī)出現(xiàn)2號(hào)機(jī)組有功功率越上上限報(bào)警，監(jiān)盤(pán)人員立即采取人為干預(yù)手段，手動(dòng)下達(dá)減2號(hào)機(jī)組負(fù)荷48.4 MW；

12：06：57 2號(hào)機(jī)組有功功率復(fù)上上限；

12：06：59 2號(hào)機(jī)組有功功率復(fù)上限。

之后有功超調(diào)現(xiàn)象多次出現(xiàn)，當(dāng)AGC下達(dá)2號(hào)機(jī)組功率調(diào)節(jié)50 MW指令時(shí)，2號(hào)機(jī)組有功功率超調(diào)，這段時(shí)間內(nèi)2號(hào)機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻均處于頻繁動(dòng)作狀態(tài)，該異常現(xiàn)象一直持續(xù)至2號(hào)機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻復(fù)歸。

3.2 原因分析

3.2.1 自動(dòng)發(fā)電狀態(tài)下機(jī)組調(diào)功過(guò)程（AGC）

當(dāng)機(jī)組響應(yīng)AGC功率調(diào)節(jié)過(guò)程中調(diào)速器工作在開(kāi)度模式時(shí)，功率閉環(huán)調(diào)節(jié)由監(jiān)控系統(tǒng)完成，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)功率實(shí)際值與需要調(diào)節(jié)功率目標(biāo)值的偏差大小，將需要調(diào)節(jié)的增減指令，以寬度不同的脈沖量形式送給調(diào)速器，調(diào)速器根據(jù)脈沖寬度的大小，相應(yīng)調(diào)整導(dǎo)葉開(kāi)度的變化，達(dá)到功率調(diào)節(jié)的目的。即當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)后，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)AGC根據(jù)調(diào)度下達(dá)的機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值進(jìn)行負(fù)荷分配，上位機(jī)再將分配負(fù)荷值下發(fā)給下位機(jī)，下位機(jī)按照調(diào)功參數(shù)周期性向調(diào)速器發(fā)送功率“增/減”脈沖信號(hào)，調(diào)速器根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)送的脈沖寬度和脈沖個(gè)數(shù)調(diào)整導(dǎo)葉開(kāi)度從而改變機(jī)組負(fù)荷，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)功率變送器采樣值與AGC負(fù)荷分配值比對(duì)，實(shí)現(xiàn)功率閉環(huán)。

3.2.2 監(jiān)控系統(tǒng)PWM調(diào)功參數(shù)

調(diào)節(jié)周期t_period=5.2 s，暫停時(shí)間t_pause=0 s，制動(dòng)時(shí)間t_brake=0 s，最小脈寬t_min=100 ms，最大脈寬t_max=1.8 s，增負(fù)荷調(diào)節(jié)參數(shù)up_pos=5 200，減負(fù)荷調(diào)節(jié)參數(shù)up_neg=5 200。一個(gè)脈沖周期內(nèi)分調(diào)節(jié)時(shí)間和等待時(shí)間，即監(jiān)控系統(tǒng)向調(diào)速器發(fā)送功率“增/減”脈沖信號(hào)后存在一段緩沖時(shí)間后才會(huì)發(fā)送下一個(gè)脈沖信號(hào)。

3.2.3 調(diào)速器程序中功率調(diào)節(jié)過(guò)程

（1）調(diào)速器接受監(jiān)控系統(tǒng)功率“增/減”脈沖信號(hào)后處理情況：當(dāng)調(diào)速器接收到“增/減”脈沖信號(hào)后，LCU開(kāi)度給定值Position_given_lcu以每個(gè)掃描周期疊加0.021%導(dǎo)葉開(kāi)度的速度累計(jì)，直至“增/減”脈沖信號(hào)消失。

（2）調(diào)速器開(kāi)度模式下進(jìn)行機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)時(shí)，導(dǎo)葉開(kāi)度調(diào)節(jié)目標(biāo)值Position_given_freq_priority為L(zhǎng)CU開(kāi)度給定值Position_given_lcu疊加一次調(diào)頻導(dǎo)葉動(dòng)作值Position_given_priority_differ。當(dāng)一次調(diào)頻未動(dòng)作時(shí)一次調(diào)頻導(dǎo)葉動(dòng)作值Position_given_priority_differ為0，即正常AGC調(diào)節(jié)時(shí)LCU開(kāi)度給定值Position_given_lcu為導(dǎo)葉開(kāi)度目標(biāo)值Position_given_freq_priority。

（3）調(diào)速器開(kāi)度模式下導(dǎo)葉調(diào)節(jié)速度：正常AGC調(diào)節(jié)時(shí)導(dǎo)葉開(kāi)度Position_given以每個(gè)掃描周期疊加0.01%的速度變化，當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)導(dǎo)葉開(kāi)度Position_given以每個(gè)掃描周期疊加0.004%的速度變化，直至導(dǎo)葉開(kāi)度Position_given與導(dǎo)葉開(kāi)度調(diào)節(jié)目標(biāo)值Position_given_freq_priority的差值在死區(qū)范圍內(nèi)時(shí)，調(diào)節(jié)終止。正常AGC調(diào)節(jié)時(shí)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)速度為一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)導(dǎo)葉調(diào)節(jié)速度的2.5倍。

3.2.4 機(jī)組有功功率超調(diào)情況分析

依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及圖表（表1、表2，圖1、圖2）進(jìn)行分析。

表1 2號(hào)機(jī)組出現(xiàn)有功功率超調(diào)時(shí)運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)

表2 2號(hào)機(jī)組AGC正常調(diào)節(jié)時(shí)運(yùn)行情況（試驗(yàn)報(bào)告）

圖1 機(jī)組負(fù)荷第2~6次超調(diào)時(shí)波形

圖2 機(jī)組正常AGC調(diào)節(jié)時(shí)波形

（1）此次出現(xiàn)有功超調(diào)時(shí)，機(jī)組負(fù)荷調(diào)整速度明顯慢于正常AGC調(diào)節(jié)速度。

（2）機(jī)組有功超調(diào)現(xiàn)象不僅僅出現(xiàn)在負(fù)荷增加過(guò)程中，在減負(fù)荷過(guò)程也存在明顯超調(diào)。

（3）當(dāng)AGC正常調(diào)節(jié)時(shí)，調(diào)速器導(dǎo)葉調(diào)節(jié)過(guò)程呈現(xiàn)階梯式變化，即在監(jiān)控系統(tǒng)下一次負(fù)荷調(diào)節(jié)脈沖到來(lái)前，調(diào)速器已將導(dǎo)葉開(kāi)度調(diào)整到當(dāng)前的負(fù)荷調(diào)節(jié)脈沖賦予的LCU開(kāi)度給定值。

（4）當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，調(diào)速器導(dǎo)葉調(diào)節(jié)過(guò)程呈現(xiàn)直線型變化，即在監(jiān)控系統(tǒng)下一次負(fù)荷調(diào)節(jié)脈沖到來(lái)時(shí)，調(diào)速器仍然未將導(dǎo)葉開(kāi)度調(diào)整到前一個(gè)負(fù)荷調(diào)節(jié)脈沖賦予的LCU開(kāi)度給定值，從而形成了LCU開(kāi)度給定值堆積現(xiàn)象。

（5）當(dāng)機(jī)組負(fù)荷調(diào)整到50 MW后，雖然監(jiān)控系統(tǒng)不再發(fā)送增加負(fù)荷脈沖，但由于調(diào)速器內(nèi)LCU開(kāi)度給定值Position_given_lcu形成了堆積，調(diào)速器仍然需將導(dǎo)葉調(diào)整到LCU開(kāi)度給定值，從而造成了有功超調(diào)現(xiàn)象。

3.3 應(yīng)對(duì)措施及策略優(yōu)化

（1）人為干預(yù)

運(yùn)行監(jiān)盤(pán)人員加強(qiáng)機(jī)組運(yùn)行情況監(jiān)視，尤其當(dāng)AGC下達(dá)50 MW調(diào)節(jié)指令同時(shí)存在調(diào)速器一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注機(jī)組有功功率，一旦出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象立即人為干預(yù)負(fù)荷調(diào)節(jié)。顯然此措施達(dá)不到預(yù)期效果。

（2）優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)程序，增加機(jī)組有功功率越限判斷程序段

在監(jiān)控系統(tǒng)程序中增加功率越限信號(hào)虛點(diǎn)glyx，并將功率越限glyx信號(hào)虛點(diǎn)與上位機(jī)調(diào)功令P_Ling并起來(lái)。P_Real為機(jī)組有功功率變送器上送值（實(shí)發(fā)值）；將功率越限值設(shè)定為52 MW，當(dāng)P_Real大于52 MW時(shí)，延時(shí)1 s，功率越限glyx虛點(diǎn)動(dòng)作，調(diào)功過(guò)程程序段執(zhí)行，將機(jī)組負(fù)荷減下來(lái)。此方法減少人為干預(yù)的次數(shù)，減少了運(yùn)行人員工作量，效果良好，但不能根治超調(diào)現(xiàn)象。

（3）優(yōu)化機(jī)組調(diào)速器程序，增加機(jī)組有功限制功能，防止機(jī)組有功超調(diào)

通過(guò)利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)調(diào)速器程序進(jìn)行了完善優(yōu)化，增加了功率限幅功能，當(dāng)機(jī)組實(shí)際功率超過(guò)50 MW時(shí)，調(diào)速器將不再接受監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的功率增加指令，此種方法在電廠應(yīng)用，效果優(yōu)良，超調(diào)現(xiàn)象得以控制。

（4）短時(shí)閉鎖AGC

在AGC指令下發(fā)時(shí)，短時(shí)將監(jiān)控系統(tǒng)AGC功率控制閉鎖，調(diào)節(jié)結(jié)束后斷開(kāi)功率閉鎖，機(jī)組出力隨頻率按一次調(diào)頻進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。避免因一次調(diào)頻動(dòng)作電廠總功率發(fā)生改變后，AGC閉鎖又重新進(jìn)行負(fù)荷分配調(diào)整，導(dǎo)致一次調(diào)頻作用不明顯。

4 結(jié)論

當(dāng)一次調(diào)頻與AGC調(diào)節(jié)指令存在重疊時(shí)，可以采取功率限制、短時(shí)閉鎖AGC指令等措施控制機(jī)組有功超調(diào)。此外，通過(guò)開(kāi)展調(diào)速器與監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)試驗(yàn)以優(yōu)化調(diào)速器有功調(diào)節(jié)參數(shù)，使調(diào)速器功率調(diào)節(jié)速度與監(jiān)控系統(tǒng)有功下令速度相互匹配，同時(shí)，還進(jìn)行調(diào)速器一次調(diào)頻功能試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻與AGC有功調(diào)節(jié)協(xié)調(diào)運(yùn)行，從而限制機(jī)組有功超調(diào)。以上方法可為同類型水電機(jī)組一次調(diào)頻與AGC配合運(yùn)行提供借鑒。