小湾水电厂一次调频策略优化研究

纪正堂，陈映喜，平金伟（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南　大理 675702）

小湾水电厂一次调频策略优化研究

纪正堂，陈映喜，平金伟
（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南大理 675702）

小湾水电厂参与由南方电网电力调度通信中心组织实施及开发的并网发电厂辅助服务评价考核系统的运行，一次调频多次受到考核。分析了小湾水电厂一次调频被考核的原因，并在保证机组安全性的前提下进行了一次调频策略优化，保证了一次调频满足要求。

辅助服务；一次调频；考核；策略优化；小湾水电站

0　引言

2009年1月，原国家电力监管委员会制定出台了《南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》和《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》（以下简称“两个细则”）。同年3月，南方区域两个细则的实施细则正式印发并转入试运行。两个细则的实施，规范了并网发电厂辅助服务管理及并网运行管理；提高了各电力企业生产管理和设备管理运行水平；有效提高了电能质量，促进了电力系统安全稳定、优质经济运行。2010年2月，由南方电网电力调度通信中心组织实施及开发的两个细则实施技术支持系统——并网发电厂辅助服务评价考核系统在南方电网试运行，并于2012年10月正式上线运行。

并网发电厂辅助服务评价考核系统包括一次调频、自动发电控制（AGC）、计划曲线、电压曲线合格率、调峰考核、旋转备用、无功、黑启动补偿等［1］。小湾水电厂于2010年2月参与该系统的试运行，直至系统正式运行。从实际运行情况看，小湾水电厂一次调频多次受到考核。

1　工程概况

小湾水电厂共装设6台机组，单机容量700 MW，电站水头变幅大，为164～251 m，运行水头高，转速高。调速器系统采用南瑞SAFR2000H微机数字控制系统，具备开度调节、功率调节2种控制模式［2］；调速器一次调频给定回路及AGC回路相互独立，有功调节采用开度调节模式；功率闭环控制回路在监控系统，监控系统通过继电器增、减脉冲与调速器进行接口；频差调节回路在调速器；监控系统采用南瑞NC2000系统。

机组投产前，均严格执行南方电网、云南电网两级调度要求，聘请具备资质的云南电力试验研究院开展调速器相关涉网试验，试验报告在投产前报两级调度审核，试验数据均满足南方电网相关标准要求［3-4］。经调度认可后，机组投产并网运行。但机组在后续运行过程中却因不满足两个细则的考核标准而多次受到考核。

2　两个细则算法

根据《南方电网电厂并网运行及辅助服务管理算法规范》，一次调频按机组考核，分为投运率和合格率考核。机组一次调频动作的积分电量Qr达到理论动作积分电量Qt的50%判为动作合格，反之为不合格。计算公式如下

式中，pk为实际出力；为积分起始出力，积分起始时间为频率过死区时间，积分结束时间为频率回到死区的时间（最大限值1 min）；f为系统频率；f0为机组一次调频动作死区频率门槛与50 Hz的差值绝对值；5%为机组转速不等率；sk为机组额定容量。

针对水电机组，两个细则算法中动作记录判断条件为：当电网频率持续超过50±0.05 Hz达到15 s以上，且期间要出现超过评价门槛0.065 Hz的频率峰值时，则对此次一次调频品质进行判断。

3　小湾水电厂一次调频考核出现的问题

3.1动作不正确，反方向动作，一次调频功能贡献量为负

小湾水电厂在机组投入一次调频和AGC功能时，经常会出现AGC的负荷指令变化方向和一次调频动作方向不一致。受AGC的影响，一次调频调节效果达不到两个细则所要求的“机组的一次调频功能贡献量为正”的结果，就会被考核统计为“该机组一次调频不正确动作1次”。

3.1.1一次调频与AGC配合策略

根据一次调频与AGC的关系，产生了一次调频优先、AGC优先、相互闭锁、相互叠加的不同配合策略［5］。《南方电网自动发电控制（AGC）技术规范》中为规范一次调频与AGC的配合关系，要求如下：机组在执行AGC设定值时应不受一次调频功能的影响，出力变化应是两者叠加的效果。如果调速机构不能同时执行一次调频功能和AGC负荷调节功能时，应以AGC负荷调节优先。两者在配合上，应满足以下条件：

（1）机组在执行AGC调节任务时不应受到一次调频功能的干扰。

（2）一次调频在AGC调节间断时期应正常响应。

（3）一次调频在动作过程中如果有新的AGC调节命令，应立即执行AGC调节命令。

（4）机组的一次调频动作引起的全厂总功率的偏差，应不能被监控系统重新调整回去。

3.1.2AGC策略对一次调频调节的干扰

小湾水电厂AGC程序策略忽视南方电网AGC规范中“没有新的调度下发值的前提下，机组的一次调频动作引起的全厂总功率的偏差应不能被监控系统重新调整回去”的原则，AGC策略设计上存在干扰一次调频正常调节的情况。

（1）AGC负荷偏离自动回拉策略（干扰策略1）。全厂AGC调节完成后，为保证全厂负荷不大幅偏离给定值，满足“ |全厂总有功实发值-全厂AGC有功给定值|＞25 MW，且持续时间超过40 s”，则AGC程序会将全厂有功负荷拉回设定值。在有机组一次调频动作的情况下，该策略就会干扰一次调频的正常调节。

（2）片面追求全厂功率动态平衡策略（干扰策略2）。未参加AGC机组的实发值与设定值差值与参加AGC且一次调频动作机组的实发值之和，在相邻2个计算周期大于全厂AGC设置死区的0.5倍（小湾水电厂设置死区为12 MW）时，则重新进行AGC负荷分配。当所有机组参与AGC成组控制时，若在2个相邻计算周期内机组一次调频动作引起全厂负荷偏差超过6 MW时，AGC会重新分配各机组有功负荷，干扰一次调频的正常调节。

3.1.3策略优化

（1）针对干扰策略1。经论证及试验，将该策略取消。

（2）针对干扰策略2。在AGC组态中，取消“一次调频投入”和“一次调频动作”2个输入源；将“未参加AGC机组的实发值与设定值差值与参加AGC且一次调频动作机组的实发值之和，在相邻2个计算周期大于全厂AGC设置死区的0.5倍”改为1倍，彻底解决AGC策略干扰一次调频正常调节的问题。当参加AGC的机组一次调频动作时，由此带来的负荷偏差不会重新分配。

3.2动作后的调节效果不够，一次调频功能贡献量不够

3.2.1原因分析

对比一次调频合格和不合格数据曲线发现，此类型的考核多出现在系统频差超过频率死区较小的情况下［6］。小湾水电厂调速器程序中参与比例-积分-微分（PID）计算的频差需减去频率死区，其算法为：计算频差=频差-频率死区。其中，频差=|系统频率-50 Hz|；南方电网频率死区下达定值为0.05 Hz，则计算频差=|系统频率-50 Hz|-0.05 Hz。

辅助服务考核系统记录频率（评价门槛）为50± 0.065 Hz。以系统频差±0.065 Hz为例，根据上式，计算频差=0.065 Hz-0.05 Hz=0.015 Hz。永态转差系数（bp）=4%时，机组导叶仅动作0.75%开度，对机组有功出力变化影响微小，积分电量不能达标。

3.2.2策略优化

将计算频差算法优化为：计算频差=频差-计算死区，计算死区为可调整的数值。

静、动态试验及实际运行情况可知，小湾水电厂最终将计算死区设置为0 Hz，以增加导叶动作量。同样以系统频差±0.065 Hz为例，计算频差=0.065 Hz-0=0.065 Hz，bp=4%时，机组导叶动作3.25%开度，调节量明显增大。

4　一次调频考核相关建议

（1）水电机组的调节控制受水头影响较大，若机组处于当前水头下最大负荷运行，导叶开度最大，调速系统处于非最优工况，工作处于极度不灵敏区，在此期间一次调频动作发出调节命令后机组调节反馈不明显，可能导致一次调频动作量不够而被考核。建议在辅助服务考核系统中增加一次调频免考的条件，即水电机组调速器导叶开度较大（如95%以上），调速器处于非最优工况下，因一次调频动作量不够而被考核的自动免考。

（2）对新投产机组，建议统筹兼顾，将两个细则考核内容融入调速器参数辨识、一次调频、AGC试验等涉网试验中。涉及一次调频与 AGC协调关系试验时，避免单独进行一次调频或AGC试验。

（3）各电厂要结合在各自系统中承担的作用、各自机组的特点、调速器的性能，不能盲目追求两个细则的考核指标，而忽视调节的安全稳定性。

5　结语

经过一年多的不断分析、试验、持续整改，小湾水电厂的辅助服务一次调频考核得以改善。整改完成后至今3个月内未发生一次调频考核，并经历了2014年7月3日金楚乙线跳闸金安桥电厂切1 800 MW，2014年9月30日普侨直流双极闭锁切3 000 MW负荷的实际检验，一次调频动作正确，动作量、动作方向均满足要求，为电网快速恢复故障做出贡献。

［1］文学，张昆.南方电网一次调频现状研究［J］.南方电网技术，2008，3（2）：70-72.

［2］魏守平.水轮机调节［M］.武汉：华中科技大学出版社，2009.

［3］王新乐.小湾电站1号机组AGC试验报告［R］.昆明：云南电力试验研究院，2009.

［4］何常胜.小湾电站2号机组一次调频检查报告［R］.昆明：云南电力试验研究院，2009.

［5］魏守平.水轮机调节系统一次调频及孤立电网运行特性分析及仿真［J］.水电自动化与大坝监测，2009，33（6）：27-33.

［6］何常胜，董鸿魁，翟鹏，等.水电机组一次调频与AGC典型控制策略的工程分析及优化［J］.电力系统自动化，2015，39（3）：146-150.

（责任编辑杨健）

Research on Primary Frequency Modulation Optimization of Xiaowan Hydropower Plant

JI Zhentang，CHEN Yingxi，PING Jinwei
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

Xiaowan Hydropower Plant participate the operation of“The system of grid power plant auxiliary service examination”which developed and implemented by Southern Power Grid Dispatching and Communication Center.Since the examination system is implemented in Xiaowan Hydropower Plant，the percent of pass of primary frequency modulation is examined many times.The reasons of primary frequency modulation examination in Xiaowan Hydropower Plant are analyzed，and the strategies of primary frequency modulation under the premise of ensuring hydro-generators'safety are optimized.The optimization ensures that the primary frequency modulation meets the requirements.

auxiliary service；primary frequency modulation；examination；strategy optimization；Xiaowan Hydropower Station

TM761.23（274）

A

0559-9342（2015）10-0057-03

2015-07-27

纪正堂（1984—），男，云南普洱人，工程师，主要从事水电厂设备运行维护管理工作.