淺析水電廠AGC與一次調(diào)頻的配合

1、淺析水電廠 AG C 與一次調(diào)頻的配合曾火瓊(天生橋一級(jí)水電開發(fā)有限責(zé)任公司 , 廣東省廣州市 510630摘要 :根據(jù)自動(dòng)發(fā)電控制 (A GC 、 一次調(diào)頻的應(yīng)用情況 , 分析了目前 A GC 、 一次調(diào)頻控制模式潛在 的配合缺陷 , 這些配合缺陷限制了 A GC 、 一次調(diào)頻的調(diào)控效果 。 提出了利用頻率 、 功率限制定值改 進(jìn) A GC 與一次調(diào)頻配合的原則 , 建議制定 A GC 與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 。 關(guān)鍵詞 :自動(dòng)發(fā)電控制 ; 一次調(diào)頻 ; 頻率 ; 轉(zhuǎn)差率 ; 水電廠 中圖分類號(hào) :TV736收稿日期 :2007206225; 修回日期 :2007211220。0 引言至

2、2006年 底 , 國(guó) 內(nèi) 電 廠 總 裝 機(jī) 容 量 突 6億 kW , 南方互聯(lián)電網(wǎng)裝機(jī)容量突破 kW 著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大 , 調(diào)度方式取代 , 電控制 (A , (EMS 直 A GC 是現(xiàn)代電網(wǎng)控制的一項(xiàng)基本和重要功能 , 是基于電網(wǎng)高度自動(dòng)化的 EMS 與發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控 制系統(tǒng) (CCS 間閉環(huán)控制的一種先進(jìn)技術(shù)手段 。實(shí) 施 A GC 可獲得以高質(zhì)量電能為電力的供需實(shí)時(shí)平 衡服務(wù) , 可以提高電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 , 降低運(yùn)行人員 的勞動(dòng)強(qiáng)度 1。一次調(diào)頻是電網(wǎng)中快速的小的負(fù)荷變化需發(fā)電 機(jī)控制系統(tǒng)在不改變負(fù)荷設(shè)定點(diǎn)的情況下監(jiān)測(cè)到轉(zhuǎn) 速的變化 , 改變發(fā)電機(jī)功率 , 適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的隨機(jī)變

3、 動(dòng) , 保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定 。根據(jù)對(duì)某電網(wǎng)的多次模擬 結(jié)果 , 一次調(diào)頻投入與否對(duì)電網(wǎng)頻率的質(zhì)量 、 應(yīng)對(duì)事 故的能力有很大影響 , 多次調(diào)度會(huì)議上都強(qiáng)調(diào)了電 廠投入一次調(diào)頻功能的重要性 。A GC 的采樣周期 、 響應(yīng)調(diào)整模式和速率很難滿 足電網(wǎng)的應(yīng)急要求 , 電網(wǎng)也需要發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻 功能 , 而一次調(diào)頻功能受調(diào)速器性能 、 機(jī)組特性的影 響很大 , 如果設(shè)置不當(dāng) , 一次調(diào)頻也會(huì)導(dǎo)致事故加 重 2。 1994年 5月 25日 , 廣東大亞灣核電站因核 電機(jī)組在試驗(yàn)中滿負(fù)荷跳閘引起系統(tǒng)頻率降低 , 西 部水電機(jī)組快速增加負(fù)荷 , 引起南方電網(wǎng)系統(tǒng)失穩(wěn) 振蕩 、 解列 , 造成廣東 、 廣

4、西 、 貴州 、 云南及香港 、 澳門部分地區(qū)停電 3。由于 A GC 、 一次調(diào)頻控制信號(hào) 、 控制目標(biāo)不同 ,、 1A GC 是通過修改有功出力給定來控制發(fā)電機(jī) 有功出力 , 從而跟蹤電力系統(tǒng)負(fù)荷變化 , 維持頻率等 于額定值 , 同時(shí)滿足互聯(lián)電力系統(tǒng)間按計(jì)劃要求交 換功率的一種控制技術(shù) 。其基本目標(biāo)包括 :使全系 統(tǒng)的發(fā)電出力與負(fù)荷功率相匹配 ; 將電力系統(tǒng)的頻 率偏差調(diào)節(jié)到 0, 保持系統(tǒng)頻率為額定值 ; 控制區(qū)域 間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與計(jì)劃值相等 , 實(shí)現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)有功功率的平衡 。電網(wǎng)調(diào)度端的 A GC 輸入信號(hào)為頻率 、 聯(lián)絡(luò)線 功率等 , 輸出信號(hào)為各廠站的有功定值 , 是典型的多

5、 輸入多目標(biāo)控制系統(tǒng) ; 而一次調(diào)頻依靠發(fā)電機(jī)調(diào)速 器在當(dāng)?shù)夭杉l率信號(hào) , 根據(jù)頻率偏差自動(dòng)進(jìn)行調(diào) 節(jié) , 其調(diào)節(jié)量 、 速率均為事前設(shè)定的定值 。A GC 屬于廣域控制系統(tǒng) , 需要電網(wǎng)中多個(gè)設(shè) 備 、 子系統(tǒng)相互配合才能完成其功能 , 如圖 1所示 , 其 輸 入 為 廣 布 全 電 網(wǎng) 各 廠 站 的 遠(yuǎn) 程 終 端 設(shè) 備 (R TU , 采集信號(hào)為聯(lián)絡(luò)線潮流 、 各廠站功率 、 頻 率 , 經(jīng)過 EMS 運(yùn)算后得出控制各發(fā)電機(jī)出力的功 率值 , 送到各發(fā)電廠 (機(jī)組 R TU , 調(diào)控機(jī)組有功出 力 。 由于系統(tǒng)分布廣 , 響應(yīng)速率受系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集周 期和各廠站控制系統(tǒng)影響很大 ,

6、響應(yīng)時(shí)間為數(shù)十秒 到幾分鐘不等 , 調(diào)整速率由每分鐘數(shù)兆瓦到數(shù)十兆 瓦不等 。一次調(diào)頻則屬于當(dāng)?shù)乜刂葡到y(tǒng) , 一般由發(fā)電機(jī) 調(diào)速器附加控制功能實(shí)現(xiàn) , 水輪發(fā)電機(jī)組通過整定 調(diào)速器永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù) e p 實(shí)現(xiàn) , 可以在 010%之間 整定 , 對(duì)于電網(wǎng)一次調(diào)頻來說 , 一般要求整定為 4%5%, 根據(jù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差控制導(dǎo)葉開度 425。 如圖 2所示 。04 第 32卷 第 1期 2008年 2月 20 日 Vol. 32 No. 1Feb. 20, 2008 圖 1 電網(wǎng) AG C 系統(tǒng)框圖圖 2 一次調(diào)頻示意圖當(dāng)頻率偏離 50Hz 時(shí) , 按下式調(diào)整出力 :P =3e pP max式中 :

7、f 3為頻率偏差 , 按百分比計(jì)算 , f 3=f /f 0; e p 為永態(tài)轉(zhuǎn)差系數(shù) ; P max 為按開度限制折算機(jī)組 的最大功率 。其響應(yīng)速率取決于調(diào)速器暫態(tài)轉(zhuǎn)差率和接力器 速率 , 一般水輪發(fā)電機(jī)組全開全關(guān)導(dǎo)葉時(shí)間不超過 20s , 但水電機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)的整定如導(dǎo)葉全關(guān) 時(shí)間 、 永態(tài)轉(zhuǎn)差率 、 暫態(tài)轉(zhuǎn)差率受調(diào)保計(jì)算的限制 , 不可能任意選擇 , 即便如此 , 水電機(jī)組的一次調(diào)頻響 應(yīng)速率 、 范圍仍遠(yuǎn)高于火電機(jī)組 。 此外 , 為避免接力 器頻繁動(dòng)作 , 調(diào)速器必須設(shè)置轉(zhuǎn)速死區(qū) , 在小范圍的 頻率波動(dòng)時(shí) , 機(jī)組出力不予響應(yīng) ; 當(dāng)頻率變化超過某 一定值 , 調(diào)速器按預(yù)先整定的

8、斜率調(diào)整機(jī)組出力 。由上述可知 , A GC 的控制方式為功率閉環(huán)模 式 , 其控制環(huán)涵蓋全網(wǎng) ; 一次調(diào)頻控制方式為頻率閉 環(huán)模式 , 只按照設(shè)備所在地頻率偏差進(jìn)行調(diào)節(jié) 。兩 者的控制目標(biāo) 、 控制方式 、 響應(yīng)時(shí)間均有較大差異 , 在一些情況下 , 雙方的控制目標(biāo)會(huì)出現(xiàn)矛盾 。1 控制幅度矛盾A GC 一般采用功率控制方式 , 其電廠執(zhí)行端也 是采用功率閉環(huán)控制 , 如水電廠普遍應(yīng)用的監(jiān)控系 統(tǒng)大多采用功率閉環(huán)方式控制機(jī)組出力 , 非 A GC機(jī)組由人工或負(fù)荷曲線設(shè)定機(jī)組功率 ; 當(dāng)機(jī)組接入 A GC 時(shí) , 其功率給定信號(hào)由系統(tǒng) R TU 給出 。由于 出力偏差涉及考核 , 為保證 A

9、GC 或機(jī)組跟蹤負(fù)荷 曲線的精度 , 機(jī)組出力在允許偏差范圍內(nèi)都取得比 較小 , 大多在 10MW 內(nèi) 。而一般水電機(jī)組 e p 值都 取得比較小 , 約 3%6%, 即使在系統(tǒng)頻率允許偏 差范圍內(nèi) , 其一次調(diào)頻響應(yīng)的功率也會(huì)超出允許的 出力偏差 (見圖 2 。由于 A GC 本地功率閉環(huán)響應(yīng)快 , 在系統(tǒng)頻率 發(fā)生較大波動(dòng)時(shí) , 一次調(diào)頻將機(jī)組功率調(diào)整超出功 率閉環(huán)允許偏差值時(shí) , 本地功率閉環(huán)控制將回調(diào)機(jī) 組出力到之前 A GC 的定值 , EMS 的解 算尚未完成 , 新的 A GC , 一次調(diào)頻沒 。即一次 , , 一次調(diào)頻只對(duì)頻率進(jìn)行響應(yīng) , 但從全網(wǎng)角度而 言 ,A GC 的控制

10、方向可能與一次調(diào)頻完全相反 , 按 頻率偏差調(diào)節(jié)未必使系統(tǒng)更加安全 。 如在潮流單一 的南方電網(wǎng) , 其調(diào)節(jié)性能優(yōu)異的水電大多集中在西 部 , 東部大多為火電大機(jī)組 , 在系統(tǒng)壓極限運(yùn)行時(shí) , 當(dāng)東部損失機(jī)組較多而引起頻率降低 , 西部水電一 次調(diào)頻快速響應(yīng)將可能引起系統(tǒng)潮流加重而導(dǎo)致穩(wěn) 定惡化 。 1994年 5月 25日的解網(wǎng)事件正是由于東 部大機(jī)組跳閘 、 西部水電一次調(diào)頻快速加負(fù)荷導(dǎo)致 潮流越限而失穩(wěn) 1。2 AG C 與一次調(diào)頻配合的建議一個(gè)良好的系統(tǒng) , 其不同的控制子系統(tǒng)應(yīng)有良 好的配合 , 應(yīng)當(dāng)滿足無(wú)縫過渡的要求 。 A GC 和一次 調(diào)頻的控制方式 、 目標(biāo) 、 響應(yīng)周期有較

11、大差異 , 但就 全網(wǎng)控制而言 ,A GC 應(yīng)具有高的優(yōu)先級(jí) , 一次調(diào)頻 只是作為快速和基本控制 , 彌補(bǔ) A GC 響應(yīng)周期長(zhǎng) 的缺陷 。從調(diào)速器理論上講 , 功率控制是根據(jù)出力給定 值平移調(diào)速器的靜態(tài)特性 , 一次調(diào)頻是根據(jù)電網(wǎng)頻 率沿 靜 態(tài) 特 性 移 動(dòng) 調(diào) 速 器 的 工 作 位 置 , 可 以 由 A GC 、 一次調(diào)頻各自操作調(diào)速器轉(zhuǎn)差率曲線的不同 參數(shù) , 形成合理的配合 :A GC 定值直接下達(dá)基準(zhǔn)功 率值 P 0, 一次調(diào)頻根據(jù)永態(tài)轉(zhuǎn)差率進(jìn)行調(diào)節(jié) , 如 圖 3所示 。 此外 , 為防止一次調(diào)頻快速加負(fù)荷導(dǎo)致 系統(tǒng)失穩(wěn) , 一次調(diào)頻應(yīng)有功率增量上限 。但是 , 這將改變

12、目前電網(wǎng)管理 、 控制的方式 , 發(fā) 電廠側(cè)監(jiān)控 電調(diào)的接口也需要做大幅度的改動(dòng) , 合理的方案未必可行 。在目前模式下 , 通過合理整 定 A GC 與一次調(diào)頻的定值 , 也可以在一定程度上14 發(fā)電控制技術(shù)及設(shè)備 曾火瓊 淺析水電廠 A GC 與一次調(diào)頻的配合改進(jìn)現(xiàn)有控制方式的缺陷 , 減少 A GC 與一次調(diào)頻 配合不當(dāng)給系統(tǒng)帶來的安全風(fēng)險(xiǎn) 。圖 3 AG C 、 一次調(diào)頻對(duì)調(diào)速器轉(zhuǎn)差率曲線的作用圖 4 AG C 與一次調(diào)頻配合由于一次調(diào)頻參數(shù)是整定在調(diào)速器上的 , 修改定值比較困難 , 而且影響機(jī)組調(diào)節(jié)的品質(zhì) , 因此不宜 在運(yùn)行中改變調(diào)速器定值 。 改進(jìn)思路是 :AGC 功率 定值仍

13、然沿用現(xiàn)有方式傳遞 , 只在 A GC 本地控制 環(huán)節(jié)增加允許功率偏差 、 頻率死區(qū) 、 延遲控制等附加 限制環(huán)節(jié) , 使一次調(diào)頻與 A GC 取得較好的配合效 果 。 該定值可以通過 R TU 下達(dá) , 也可以采用定值 單方式管理 , 只需要對(duì)現(xiàn)有機(jī)組控制方式進(jìn)行少量 修改 , 實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單 。1 短時(shí)閉環(huán) A GC本地功率閉環(huán)不設(shè)功率偏差控制 , 在 A GC 參 數(shù)下發(fā)時(shí) , 短時(shí)將功率控制閉環(huán) , 調(diào)節(jié)結(jié)束后斷開功 率閉環(huán) , 機(jī)組出力隨頻率按一次調(diào)頻的自動(dòng)調(diào)節(jié) , 這 種控制方式適合不受線路輸送能力限制 、 靠近負(fù)荷 中心的調(diào)頻機(jī)組 , 如抽水蓄能機(jī)組 。 正常情況下 , 由 于電網(wǎng)

14、頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差不大 ,A GC 短時(shí)閉環(huán)調(diào) 節(jié)等效于移動(dòng)一次調(diào)頻轉(zhuǎn)差率曲線 , 接近前述的理 想控制方式 。 由于不做功率限制 , 一次調(diào)頻甚至可 以采用變斜率 e p 曲線方式增強(qiáng)其調(diào)頻能力 , 即 e p 線 按不同的頻率段分成多個(gè)斜率 , 在標(biāo)準(zhǔn)頻率中心采 用大斜率以穩(wěn)定出力 ; 頻率偏差超出一定值后 , 取中 間值斜率 (3%8% 以響應(yīng)頻率變化 ; 頻率偏差嚴(yán)重超標(biāo)時(shí) , 則以 01%小斜率大幅度響應(yīng)頻率變 化 。這種控制方式的出力隨系統(tǒng)頻率變化較大 , 可 能導(dǎo)致發(fā)電量誤差偏大 , 不宜進(jìn)行曲線跟蹤考核 , 宜 以累計(jì)誤差電量考核 。2 帶功率增量限制的 A GCA GC 本地

15、控制采用功率閉環(huán) , 設(shè)置功率上限 , 如一次調(diào)頻作用機(jī)組出力超 A GC 定值允許偏差上 限時(shí) ,A GC 本地功率閉環(huán)控制保持機(jī)組出力在功率 允許偏差上限或?qū)C(jī)組出力降回設(shè)定值 , 機(jī)組出力 向下漂移 ,A GC 不做限制 4所示 , A 為初始 工作點(diǎn) , 系統(tǒng)頻率變化后 , 在 點(diǎn) , A , 其功 。 但此 、 非線性的 , 影響 EMS 對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的估計(jì) , 發(fā)電側(cè)的發(fā)電誤差累計(jì)負(fù)偏 。3 常規(guī)的 A GC 延遲控制A GC 本地控制采用功率閉環(huán) , 設(shè)置允許功率偏 差上下限值 。 一次調(diào)頻引起的功率偏差在允許范圍 內(nèi)時(shí) , 功率閉環(huán)控制不起作用 ; 功率偏差超出允許范 圍時(shí) ,A

16、 GC 本地功率控制延遲一定時(shí)間后再將功率 回調(diào)到 A GC 給定值 , 其功率偏差 、 控制延遲時(shí)間根 據(jù)系統(tǒng)頻率特性 、 EMS 和 A GC 響應(yīng)時(shí)間進(jìn)行整定 。3 結(jié)語(yǔ)A GC 、 一次調(diào)頻在系統(tǒng)中的作用日漸重要 , 逐 漸替代人工控制 , 其影響也將是深遠(yuǎn)的 , 但對(duì) A GC 、 一次調(diào)頻的管理和界定尚不嚴(yán)格 , 一次調(diào)頻只是要 求投入 , 響應(yīng)品質(zhì)及與 A GC 的配合尚不被人們所 重視 。 隨著 A GC 、 一次調(diào)頻機(jī)組的增加 , 其品質(zhì)對(duì) 系統(tǒng)安全 、 電能質(zhì)量的影響也日漸突出 , 有必要盡快 制定 A GC 、 一次調(diào)頻的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) , 不僅有利于管理 ,也有利于將來電力市

17、場(chǎng)輔助服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)與補(bǔ)償 。此外 ,A GC 、 一次調(diào)頻在發(fā)電誤差考核方面也 存在一些矛盾 , 如 A GC 希望機(jī)組能嚴(yán)格跟蹤功率 定值 , 而一次調(diào)頻則希望機(jī)組不要跟蹤功率定值 , 應(yīng) 及時(shí)響應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化 , 這就帶來了發(fā)電誤差增 大的責(zé)任問題 , 也需要盡快制定 A GC 及一次調(diào)頻 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)加以解決 。參 考 文 獻(xiàn)1吳紅 , 王瑋 , 黃文偉 , 等 . 自動(dòng)發(fā)電控制在貴州電網(wǎng)中的應(yīng)用 . 電網(wǎng)技術(shù) ,2002,26(1 :73275.(下轉(zhuǎn)第 71頁(yè) 24 2008, 32(1 熱風(fēng)的升高 , 影響發(fā)電機(jī)的溫升 。313 抓牢 4個(gè)環(huán)節(jié)1 檢查要到位 。 規(guī)定的巡回檢查次數(shù)和路

18、線是 經(jīng)過科學(xué)分析后安排的 , 一定要認(rèn)真地執(zhí)行 , 雖然不 是每次巡檢都發(fā)現(xiàn)事故 , 但有可能因一次偶然的疏 忽而導(dǎo)致事故的發(fā)生 。2 發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí) 。 及時(shí)檢查才能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問 題 , 在設(shè)備進(jìn)入新的運(yùn)行方式和有可能出現(xiàn)異?；?缺陷時(shí) , 以及機(jī)組和設(shè)備臨時(shí)停機(jī)或停運(yùn)時(shí) , 要盡可 能安排時(shí)間對(duì)機(jī)組和設(shè)備進(jìn)行檢查 。3 分析判斷要準(zhǔn)確 。 運(yùn)行維護(hù)人員對(duì)設(shè)備運(yùn)行 情況的判斷會(huì)有差異 , 在異常情況未得到確認(rèn)的情 況下 , 應(yīng)積極將情況上報(bào) , 爭(zhēng)取更大的技術(shù)支持 。4 處理問題要果斷 。 設(shè)備異常出現(xiàn)后如果不及 時(shí)進(jìn)行處理 , 往往會(huì)誘發(fā)新的異常 , 加速故障的發(fā)展 速度和潛在危害 , 構(gòu)

19、成新的威脅 性質(zhì)后要力排眾議 , 4 結(jié)語(yǔ)總之 , 做好一個(gè)電廠的設(shè)備維護(hù) , 始終是提高企 業(yè)效益的重要環(huán)節(jié) , 離開性能正常的設(shè)備 , 要想做好 安全生產(chǎn)是不可能的 , 設(shè)備的正常要通過合理的資 源配置來實(shí)現(xiàn) , 在管理的各個(gè)環(huán)節(jié)加以分解協(xié)調(diào) , 切 實(shí)做好設(shè)備的維護(hù)工作 , 保持設(shè)備的正常健康狀態(tài) , 才能具有實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)的基本保障 。參 考 文 獻(xiàn)1中國(guó)華能集團(tuán)公司 . 電力安全作業(yè)規(guī)程 :電氣部分和熱力機(jī)械部分 . 北京 :中國(guó)水利水電出版社 ,2007.2中華人民共和國(guó)能源部 . :發(fā)電廠變. :中國(guó)電力出版社 , (, 男 , , 值守部副主任 , 主要研 。 E 2mail :

20、ruanyh mw.lcjsd. cn, Prevention of Equipment Defects of Man w an H ydropow er PlantRUA N Yuehong(Manwan Hydropower Plant of Huaneng Corp , Yunxian 675805, China Abstract :Equipment defects are serious hidden trouble for electricity production safety. Based on the condition of equipment of the Manwan

21、 Hydropower Plant , the causes , characteristics and harm of equipment defects are analyzed. The inspection tour method for the equipment of the hydropower station is expatiated , by which the equipment defects can be found and treated in time and accidents can be prevented.K ey w ords :hydropower p

22、lant ; equipment defect ; inspection tour(上接第 42頁(yè) 2邵健 , 黃文偉 . 貴州電網(wǎng) A GC 安全約束控制策略的研究與實(shí)現(xiàn) . 現(xiàn)代電力 ,2007,24(3 :48252. 3尹其云 . 加大電網(wǎng)科研力度提高調(diào)度運(yùn)行水平 :第二十四屆中國(guó)電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行會(huì)議工作報(bào)告 . 電網(wǎng)技術(shù) ,1995, 19(11 :125.4魏守平 , 伍永剛 , 林靜懷 . 水輪機(jī)調(diào)速器與電網(wǎng)負(fù)荷頻率控制 . 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè) ,2006,30(1 :18222.5楊照輝 , 代妮 . 四川電網(wǎng)水電廠一次調(diào)頻試驗(yàn)的探討 . 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè) ,2006,30(6 :34236. 曾火瓊 (1962, 男 , 通信作者 , 工程師 , 副總經(jīng)理 , 主要 研 究 方 向 :生 產(chǎn) 維 修 及 技 術(shù) 改 造 管 理 。 E 2mail :zenghuoqiong Analysis of Matching B et w een AG C and PFR in H ydropow er StationsZ EN G H uoqio