水電機(jī)組一次調(diào)頻限幅及與AGC協(xié)調(diào)規(guī)范探討

1、水電機(jī)組一次調(diào)頻限幅及與agc協(xié)調(diào)規(guī)范探討摘要：為提高水電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)水平，以廣東電網(wǎng)一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定為例，探討了水電機(jī)組一次調(diào)頻限幅及與agc協(xié)調(diào)規(guī)范。根據(jù)抬機(jī)的原因，指出無需限制軸流式機(jī)組的一次調(diào)頻限幅，建議設(shè)定水電機(jī)組一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)范圍，以避免抬機(jī)、水力振動和超出力對機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的不利影響；列舉了兩種常用的電廠agc與調(diào)速器配合方式，指出了一次調(diào)頻與agc配合矛盾情況及其原因，給出了一次調(diào)頻與agc相互協(xié)調(diào)的實(shí)例。關(guān)鍵詞：水電機(jī)組；一次調(diào)頻；限幅；agc；協(xié)調(diào)；規(guī)范 discussion on specification of limit and coordination wit

2、h agc of primary frequency regulation for hydropower unitabstract: in order to raise the technical level of primary frequency regulation of hydropower unit, the specifications of limit and coordination with agc of primary frequency regulation for hydropower units were discussed that were presented i

3、n the code of primary frequency regulation for guangdong power grid. according to the reasons of machine lifting，it was pointed that there was no necessary to limit the regulation amplitude. in order to avoid machine lifting, hydraulic vibration and excess output affecting safety of units, it was su

4、ggested to set the regulation range. the common ways for governor to coordinate with agc were exampled. the conflict between primary frequency regulation and agc was explained, and an example that governor coordinated with agc well was detailed.key words: hydropower unit; primary frequency regulatio

5、n; limit; agc; coordination; specification一次調(diào)頻是發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)功能之一，是保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的重要技術(shù)手段，水電廠一次調(diào)頻功能的投入對保持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定、確保供電質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用1。廣東電網(wǎng)都對入網(wǎng)機(jī)組的一次調(diào)頻提出了明確的技術(shù)性能要求，指導(dǎo)著一次調(diào)頻運(yùn)行管理工作。但是，其中關(guān)于水電機(jī)組一次調(diào)頻限幅及與agc協(xié)調(diào)規(guī)定的不足阻礙了水電機(jī)組一次調(diào)頻性能的進(jìn)一步提升，有必要探討完善。一、 限幅及與agc協(xié)調(diào)規(guī)范廣東電網(wǎng)對水電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)性能的要求分為技術(shù)參數(shù)規(guī)范、動態(tài)品質(zhì)規(guī)范、限幅及與agc協(xié)調(diào)規(guī)范三塊，其中限幅及與agc協(xié)調(diào)規(guī)范的具體

6、內(nèi)容為2：（1） 一次調(diào)頻負(fù)荷變化幅度不加以限制（軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組負(fù)荷變化幅度可根據(jù)機(jī)組特性適當(dāng)限制）。（2） 對于投入agc功能的機(jī)組，在電網(wǎng)頻率超出500.05hz時(shí)，應(yīng)能暫時(shí)閉鎖不利于頻率恢復(fù)的agc指令，直到機(jī)組一次調(diào)頻作用結(jié)束或暫停時(shí)間超過45秒。二、 一次調(diào)頻限幅一次調(diào)頻限幅應(yīng)包含兩層意思：一、調(diào)節(jié)幅度的限制；二、調(diào)節(jié)區(qū)域的限制。而上述規(guī)范中只對調(diào)節(jié)幅度提出了要求。和火電機(jī)組不同，水電機(jī)組不存在蒸汽參數(shù)的限制，一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度可不加限制3 4。限制軸流式機(jī)組的一次調(diào)頻負(fù)荷變化幅度是為避免一次調(diào)頻過程中發(fā)生抬機(jī)。然而，抬機(jī)的主要原因是甩負(fù)荷時(shí)尾水管內(nèi)的反水錘和水輪機(jī)進(jìn)入水泵工況后

7、向上的軸向水推力 5。因此，只要設(shè)定好參與一次調(diào)頻的軸流式機(jī)組的導(dǎo)葉動作下限，就可以防止抬機(jī)。薩揚(yáng)-舒申斯克水電站事故再一次敲響了水力振動危害的警鐘6，部分負(fù)荷時(shí)混流式機(jī)組會進(jìn)入水力振動區(qū)，轉(zhuǎn)輪后偏心渦帶將引起機(jī)組振動，大軸擺動，出力不穩(wěn)，損壞尾水管等危害，影響機(jī)組的運(yùn)行安全及穩(wěn)定性。另外，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可能會因一次調(diào)頻動作而超出力運(yùn)行，這對于一些機(jī)組亦是非常不利的。所以，為避免抬機(jī)、水力振動和超出力對機(jī)組的破壞，非常有必要對一次調(diào)頻調(diào)節(jié)區(qū)域（即負(fù)荷上、下限）進(jìn)行限制而不僅僅是調(diào)節(jié)幅度。三、 一次調(diào)頻與agc協(xié)調(diào)一次調(diào)頻就是調(diào)速器根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差自動調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，為穩(wěn)定系統(tǒng)頻率出力，特點(diǎn)是響

8、應(yīng)速度快，但永態(tài)調(diào)差系數(shù)不為零，無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率無差調(diào)節(jié)，而二次調(diào)頻則是發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)頻率有超過規(guī)定的偏差時(shí)，有調(diào)頻任務(wù)的電站采用人工或自動方式控制調(diào)速器（開度或功率給定），使頻率恢復(fù)額定值7，這兩者本身沒有矛盾，是調(diào)速器同時(shí)具備的兩個(gè)功能。電廠agc是完成二次調(diào)頻同時(shí)具備優(yōu)化負(fù)荷分配的自動控制裝置，與調(diào)速器有以下兩種常用的配合方式：圖1 電廠agc指令為開度給定的控制框圖fig.1 one approach of coordination wih agc for governor圖2電廠agc指令為功率給定的控制框圖fig.2 other approach of coordination wih

9、agc for governor采用圖1所示的電廠agc與調(diào)速器配合方式時(shí)，一次調(diào)頻會和agc產(chǎn)生矛盾，引起機(jī)組功率振蕩8，如圖3所示。圖3 一次調(diào)頻與電廠agc矛盾示意圖fig.3 oscillogram of conflict between primary frequency regulation and agc在一次調(diào)頻動作過程中，監(jiān)控系統(tǒng)捕捉到的機(jī)組功率與功率給定的差值超過設(shè)定的功率死區(qū)，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的功率控制閉環(huán)反向調(diào)節(jié)開度給定，從而與一次調(diào)頻產(chǎn)生矛盾，此時(shí)需要采取一定的措施使二者協(xié)調(diào)工作9。圖2所示的agc與調(diào)速器配合方式不存在一次調(diào)頻與agc矛盾問題，因?yàn)樵摲绞较码姀Sagc不進(jìn)

10、行功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，該任務(wù)由處于功率調(diào)節(jié)模式的調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成，機(jī)組出力等于功率給定和一次調(diào)頻負(fù)荷調(diào)節(jié)量之和。某抽水蓄能電站agc系統(tǒng)采用圖2所示的控制方式，圖4、5是其中某機(jī)組一次調(diào)頻與agc協(xié)同試驗(yàn)的示波圖。圖4 agc功給210mw，機(jī)頻50.0050.15hz示波圖fig.4 oscillogram of a units response after frequency steps from 50.00 up to 50.15hz while 210mw load setpoint unchanged圖5 機(jī)頻50.15hz，agc功給210180mw示波圖fig.5 oscillogram

11、of a units response after load setpoint steps from 210 down to 180mw while 50.15hz frequency unchanged試驗(yàn)過程為：首先，模擬機(jī)頻（系統(tǒng)頻率）超過一次調(diào)頻死區(qū)，此時(shí)機(jī)組一次調(diào)頻動作，減小機(jī)組出力，直至和頻差相應(yīng)的功率響應(yīng)目標(biāo)，如圖4所示；然后，保持模擬機(jī)頻不變，讓一次調(diào)頻一直動作，模擬調(diào)度agc動作，減小機(jī)組負(fù)荷給定，此時(shí)機(jī)組出力會跟隨agc的負(fù)荷給定而減小直至達(dá)到所要求值，如圖5所示。該試驗(yàn)可以證明：若agc采用圖2所示的控制方式時(shí)，機(jī)組的一次調(diào)頻與電廠agc能夠相互協(xié)調(diào)，機(jī)組負(fù)荷由二者共同決

12、定，同時(shí)保證機(jī)組一次調(diào)頻與調(diào)度agc的無縫銜接，在一次調(diào)頻動作后仍能夠參與電網(wǎng)的二次調(diào)頻和優(yōu)化調(diào)度。四、 建議通過一次調(diào)頻限幅及與agc協(xié)調(diào)的分析，可知廣東電網(wǎng)水電機(jī)組一次調(diào)頻規(guī)定中的相關(guān)內(nèi)容存在不足之處，不利于水電機(jī)組的一次調(diào)頻管理及測試工作，有必要進(jìn)行完善：（1） 一次調(diào)頻負(fù)荷變化幅度不加以限制。（2） 為避免機(jī)組抬機(jī)、超出力或進(jìn)入水力振動區(qū)，必要時(shí)可對一次調(diào)頻調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行限制。（3） 對于投入agc功能的機(jī)組，一次調(diào)頻應(yīng)能夠與agc協(xié)調(diào)工作。當(dāng)上位機(jī)agc控制程序?yàn)楣β书]環(huán)時(shí)，需要采取必要的措施，保證一次調(diào)頻動作時(shí)能夠閉鎖不利于頻率恢復(fù)的agc指令，直至機(jī)組一次調(diào)頻動作結(jié)束。五、 結(jié)語a

13、. 限制軸流式機(jī)組的一次調(diào)頻負(fù)荷變化幅度，使得軸流式機(jī)組的一次調(diào)頻能力無法充分發(fā)揮，也不能從根本上防止抬機(jī)，正確的做法是設(shè)定好參與一次調(diào)頻時(shí)導(dǎo)葉的動作下限，避免產(chǎn)生過大的反水錘和向上的軸向水推力。b. 參與一次調(diào)頻的水電機(jī)組有頻繁進(jìn)出振動區(qū)和超出力的可能，為避免超出力、水力振動對機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，需要對一次調(diào)頻調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行限定。c. 進(jìn)行功率閉環(huán)控制的電廠agc系統(tǒng)，若采用開關(guān)量方式控制調(diào)速器開度給定，可能會和一次調(diào)頻矛盾，此時(shí)需要采取措施保證一次調(diào)頻動作期間二者能夠相互配合。d. 探討了廣東電網(wǎng)有關(guān)水電機(jī)組一次調(diào)頻限幅及與agc協(xié)調(diào)的規(guī)范，給出了完善建議，以期為水力機(jī)組一次調(diào)頻規(guī)范制定提供參考。參考文獻(xiàn)：1 鄭慶平，劉安平烏溪江水力發(fā)電廠一次調(diào)頻j水電能源科學(xué)，2008，26(2)：184-1872 廣東電力系統(tǒng)一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定（征求意見稿）z. 廣州：廣東省電力調(diào)度中心, 2009.3 霍紅巖, 圖布信, 郭華, 等. 水電機(jī)組一次調(diào)頻的分析與探討j. 內(nèi)蒙古電力技術(shù), 2008, 26(4):36-37.4 張建明, 譚建輝, 劉同安, 等. 水電機(jī)組一次調(diào)頻若干問題的探討j. 水電廠自動化, 2007,113(3):31-33.5 雷江逵, 李建衛(wèi). 水輪機(jī)防止抬機(jī)和減輕反水錘問題的實(shí)踐與探討j. 水電站