水电站机组一次调频与AGC性能优化

何常胜,舒荣,刘兴福,董鸿魁,吴永智

(1.云南电网公司电力研究院,昆明 650217;2.华能澜沧江水电有限公司,昆明 650217)

水电站机组一次调频与AGC性能优化

何常胜1,舒荣1,刘兴福1,董鸿魁1,吴永智2

(1.云南电网公司电力研究院,昆明 650217;2.华能澜沧江水电有限公司,昆明 650217)

阐述了水电站机组AGC与一次调频功能运行现状,并对4号机组进行试验分析,指出机组AGC与一次调频控制存在的配合缺陷,并对不匹配问题进行了优化改进。

一次调频;AGC;景洪水电站

1 前言

目前,抑制电网频率的重要措施是一次调频和自动发电控制AGC(Automatic Generation Control)下达的二次调频,一次调频是指当外界负荷发生变化时,机组调速系统根据频率偏差迅速做出响应,自动地控制机组有功功率,保持电网有功功率的平衡和频率的稳定;AGC下达的二次调频是通过修改有功给定来控制发电机有功出力,从而从宏观上跟踪电力系统负荷变化、维持电网频率等于额定值,在电网频率恢复过程中,二次调频正确动作释放一次调频备用以实现频率无差调节。一次调频与AGC下达的二次调频对电网频率的控制是一个协调互补的关系,电网频率在系统正常运行时始终处于波动状态,机组一次调频不断动作,同时电站AGC下达指令频繁,一次调频与AGC配合将直接影响机组稳定运行,因此需要对二者的协调性进行优化,确保二者正常发挥功能,文中通过对景洪水电站机组一次调频与AGC运行现状分析,结合规程对一次调频与AGC协联关系要求,给出能够较好解决水电站一次调频与AGC配合问题的建议。

2 机组与调速系统概述

某水电站安装有5台单机容量350 MW机组,总装机容量1 750 MW,以500 kV及220 kV电压等级接入云南电网,在系统中担负基荷、调频、调峰及事故备用等任务。调速系统电气部分采用MicroNet Plus硬件平台,机械液压系统电液转换元件采用德国博士公司生产的比例伺服阀,主配压阀具有频率控制、功率控制、开度控制、快速同步、暂态补偿、适应式变参数、坡度式加负荷、在线自诊断及处理等功能。机组空载运行时,调速器按照频率控制模式工作,频率人工死区Ef= 0,给定值为电网频率,机组频率跟踪电网频率;并网后自动设定在开度控制模式工作,频率给定值fc=50 Hz,Ef大小由电网调度确定,当电网(机组)频率与频率给定值频率偏差超过频率死区后,调速系统根据这个偏差信号变换为与永态转差系数bp成反比的机组频差调节功率ΔP完成一次调频任务。AGC下达的二次调频采用开关量增减脉冲信号来修改调速器的给定值,AGC计算根据功率偏差生成增减脉冲,脉冲宽度取决于功率偏差的大小,功率偏差为正则发出增脉冲,功率偏差为负则发出减脉冲。在调速器内部有一个给定值积分器,保持当前的给定值,增脉冲使给定值增大,减脉冲使给定值减小,景洪水电站机组对应的AGC功率控制系统模型如图1所示。

图1 水电站机组调节系统控制框图

图1中Ts为开度积分时间常数、Kd为爬坡式加负荷前馈增益、Th为坡式加负荷时间常数、Kp为比例增益、KD为微分增益、T1v为微分时间常数、KI为积分增益,bp为永态转差系数。

3 一次调频与AGC运行现状

水电站AGC与一次调频配合方式为全厂无AGC指令分配时,一次调频动作引起的负荷偏差叠加到全厂负荷给定值,给定负荷分配于每台机组,如果单机负荷与实际负荷反馈差值40 s内未超出在功率死区,判断有功调节到位,单机有功调节退出,否则继续下发功增/功减脉冲。单机给定负荷与当前负荷差值三分钟内仍未进入功率死区,则判功率调节超时,单机有功调节退出;全厂有AGC指令分配时,一次调频动作则屏蔽AGC指令,一次调频优先。

该水电站一次调频积分电量不达标,对5号机组重新进行一次调频与AGC配合试验,发现AGC负荷指令下达,一次调频同时动作时,当一次调频动作时,如此时AGC有负荷指令下达,则一次调频暂时屏蔽AGC指令,但调速器的导叶给定跟随AGC负荷指令在调速器内进行积累,在短时间内达到100%,当一次调频退出或者稳定后,这个积累量会一次性变为实际给定值,导致导叶全开,如图2。由于当时试验水头较低,负荷最高至310 MW,有幸避免机组过负荷事故,试验结果说明全厂有AGC指令分配时,一次调频与AGC配合存在严重缺陷。

图2 某#5机组一次调频与AGC联调录波图

为查明一次调频与AGC配合缺陷的缘由,对4号机组再次进行一次调频与AGC试验,试验情况如下：

3.1 全厂AGC退出时一次调频试验

水电站机组的一次调频参数设置：频率死区设定为Δf=0.05 Hz、Kp=3、KI=2、KD=0、bp=4%,无限幅,全厂AGC退出时一次调频试验结果如图3,从图3中看出,在施加0.2 Hz的频率扰动下,根据Δy=Δf×bp,导叶开度变化7.5%,且无AGC功增、功减脉冲信号下达,一次调频动作正确。

图3 某#4机组全厂AGC退出时一次调频录波图

3.2 全厂AGC投入时一次调频试验

AGC投入时一次调频试验如图4、图5：

图4 某#4机组全厂AGC投入连续两次一次调频录波图

为防止调速器大幅开导叶,图4试验解除了AGC到调速器功增、功减脉冲信号。

图5 第二次一次调频动作AGC下发负荷指令时试验录波图

从4号机组一次调频与AGC试验得出：

1)全厂AGC投入且无负荷指令下发时,一次调频动作引起的负荷偏差将使全厂负荷发生变化,此时全厂有功调节是退出状态,不会抵消一次调频产生的负荷偏差,一次调频动作正常, AGC与一次调频不会发生冲突;

2)全厂AGC有负荷指令下发时,AGC负荷分配值与实际反馈差值40 s内未超出在功率死区,判断有功调节到位,单机有功调节退出,差值三分钟内仍未进入功率死区,则判功率调节超时,单机有功调节退出;

3)全厂AGC投入且有负荷指令下发或机组实发值与全厂AGC负荷分配值不一致时,此时一次调频动作,AGC下发的负荷调节脉冲累积于调速器导叶给定,在AGC没有调节指令或一次调频结束后,调速器把累积的给定值一次性全部开出,机组负荷大范围变化,如图4、图5中,第一次一次调频动作产生的负荷差值叠加于全厂AGC负荷给定值,全厂AGC对每台机组负荷进行重新分配,而单机实际负荷反馈与AGC负荷给定值差值40 s内仍未超出功率死区,此时次一次调频动作,全厂分配给单机的负荷将超过功率死区增减脉冲将持续下发且累计于调速器内,从而解释了2012年底5号机组一次调频试验。

4 坡度式加负荷对AGC的影响

景洪水电站机组调速器具有坡度式加负荷功能如图6,它操作PID反馈加速控制对导叶开度变化的响应,在AGC负荷指令变化时,反馈信号提供到PID控制的积分器上。坡度式加负荷在机组频率不稳定时,自动退出,当频率稳定时,重新投入。在导叶开度坡度式加负荷期间,PID控制仍响应于实际机组反馈。坡度式加负荷投入前后仿真对比如图6,其中 Ts=3、Kd=0.8、Th= 0.5、Kp=3、KI=2、KD=0、T1v=0.2、bp=4%。

图6 坡度式加负荷投入前后仿真对比

从图6可以看出坡度式加负荷引入调速器后,以牺牲机组稳定性,贡献于系统稳定性,景洪水电站调速器各项试验满足 《云南电网发电机组一次调频管理规定》,调节性能较好,调节时间能够满足规定需要,不建议投入使用。

5 改进建议

现在很多水电厂的调速机构不能实现一次调频和二次调频的共同叠加。所以在二者的配合上,应该满足以下条件：

机组在执行AGC调节任务时不应该受到一次调频功能的干扰;一次调频在AGC调节间断时期应该正常响应;一次调频在动作过程中如果有新的AGC调节命令,应该立即执行AGC调节命令;机组的一次调频动作引起的全厂总功率的偏差应该不能被监控系统重新调整回去。

根据以上要求,对水电站一次调频与AGC协联关系给出如下改进建议：

1)监控系统采取在全厂无AGC指令分配时,不得屏蔽机组一次调频功能。当频率在一次调频死区之内时,若AGC指令有变化,监控系统可以短暂闭锁发电机组一次调频功能,完成二次调频过程。

2)当频率超过一次调频死区时,监控系统不得屏蔽AGC指令,若发电机组一次调频动作响应方向与AGC指令同时动作时,监控系统可以短暂闭锁发电机组一次调频功能,或着采取AGC指令与一次调频指令直接叠加的方式,完成二次调频过程。

3)坡度式加负荷功能影响机组稳定运行,不建议投入使用。

6 结束语

随着云南电网大容量水电机组所占比例不断提高,参与一次调频的大容量机组越来越多,对保持电网频率稳定的作用也越来越重要,本文提出了某水电站目前AGC指令与一次调频配合存在的问题,并提出了优化方案;对坡度式加负荷功能对机组稳定运行影响进行仿真对比,给出了投用建议,这对其它水电站优化AGC与一次调频功能协调关系,发挥水电机组一次调频与AGC各自的最大作用有参考意义。

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1月22日,在1 000千伏特高压练塘站内,身高1.2米、体重50公斤的白色智能巡检小机器人缓缓地驶出充电室, “精神抖擞”地开始了一天的设备巡视。这个可爱的白色机器人,有个响当当的名字,叫 “智能卫士”。在1 000千伏特高压场地内,机器人接收远方指令,沿着地面上铺设的磁轨道,以每秒0.6米的速度稳步前进,进行设备巡视。每到一个观测点,它会自动停止 “脚步”,转动 “千里眼”,凭借远红外线扫描出设备发热点情况,将设备外观、断路器/闸刀分合闸状态、设备本体和接头的红外测温、表计读数等,清晰地传输到练塘站控制室,让工作人员足不出室就能了解到现场运行状况。电量不足时,它会自动返回充电室完成充电,并重新驶回中断点继续工作。

据介绍,1 000千伏特高压练塘站是皖电东送特高压工程的最后落脚点,承担着本市三分之一的区外来电。整个练塘站共有5 000个左右的测温点,2 000多个表计需要读取,靠人工不可能做到每天巡检这么多点,有了智能机器人,不仅大大减轻了工作人员巡检工作量,更能准确发现站内设备热缺陷等事故隐患,及时报警。机器人能经受住高温、狂风、暴雨等恶劣环境的考验。单台巡检机器人的应用,每周能减少人员工作量约26小时,平均每天节约社会劳动时间4小时。

国网上海检修公司在智能巡检机器人原有巡检功能基础上,还增加了变电站设备异物识别和设备异常声音采集与分析功能。这种基于声音辨别电力设备故障的检测技术,填补了机器人巡检领域的空白,已经达到国际先进水平。从今年开始,上海将陆续在12座500千伏超高压变电站内使用智能机器人。

(信息来源：北极星智能电网在线)

Optimization of Primary Frequency Regulation and AGC in Unit of Jinghong Hydropower Station.

HE Changsheng1,SHU Rong1,LIU Xingfu1,DONG Hongkui1,WU Yongzhi2
(1.Yunnan Electric Power Grid Research Institute Kunming 650217 Yunnan China; 2.Huaneng Langcang River Hydropower CO.,LTD Kunming 650217 Yunnan China)

The present situation of AGC and primary frequency regulation in the Jinghong hydropower station is described,test and Analysis on the No.4 unit.The unit of Jinghong hydropower station AGC and primary frequency control in the match,and the mismatch problem is improved,to ensure that the AGC and the primary frequency modulation function of both the normal play a role.

primary frequency regulation;Automatic Generation Control;Jinhong hydropower station

TM761.2 TV736

B

1006-7345(2014)01-0106-04

2013-07-29

何常胜 (1984),男,工程师,云南电网公司电力研究院,主要从事水电机组一次调频及调速系统参数辨识研究 (e-mail) hllike2008@sina.com。