火电机组一次调频性能在线评价与考核

张　辉，廖大鹏，雷　鸣，范荣奇，汪　挺

（山东电力调度控制中心，济南　250001）

火电机组一次调频性能在线评价与考核

张辉，廖大鹏，雷鸣，范荣奇，汪挺

（山东电力调度控制中心，济南250001）

提出了一种基于机端频率扫描的火电机组一次调频性能在线评价与考核方法。通过广域测量系统（WAMS）扫描频率波动，识别频率波动中的有效扰动及大扰动，定量计算机组的一次调频贡献电量、正确动作率及速度变动率等性能指标，实现了火电机组一次调频性能的在线考核。工程实用表明该评价方法可准确地反映机组的一次调频动作性能，在线考核方式的实现亦较好地促进了电厂侧机组一次调频性能的优化和提升。

火电机组；一次调频；WAMS；速度变动率

0　引言

一次调频是指当电网频率发生一定程度的扰动时，发电机组通过控制系统自动增、减发电机有功功率以维持电网频率稳定的功能。机组一次调频功能是确保电网频率稳定的第一道防线，对于保证电网频率稳定性具有重要的作用［1-3］。

在当前交直流互联电网背景下，直流闭锁、交流联络线跳闸、大容量机组跳闸等引起的较大频率扰动对机组一次调频调节性能提出了更高的要求［4］。同时，厂网分开以来，部分电厂“重设备、轻电网”，对机组一次调频管理缺乏足够重视，造成机组一次调频动作效果不佳。因此加强一次调频的评价与考核，促进机组一次调频动作效果的提升具有重要的意义［5-9］。

《华北区域发电厂并网运行管理实施细则》及《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》（以下简称“两个细则”）明确了对机组一次调频的考核办法，为机组一次调频考核提供了管理层面的依据。同时在技术层面上，电网调控中心的广域监测系统（WAMS）通过同步相量测量装置（PMU）以25～100帧/s的高精度实时采样，解决了传统的SCADA采样精度低且无时标等问题，能够精确反映并上传机组一次调频的动作参数，为一次调频评价与考核提供了有力的技术支持［10-11］。

根据机组一次调频管理实际，选取以机端频率、机组有功出力等参数作为量测依据，构建一次调频性能在线评价与考核系统，系统通过识别频率中的有效扰动及大扰动，定量计算机组一次调频贡献电量、正确动作率及速度变动率等性能指标，实现了机组一次调频性能的在线评价与考核。

1　系统基本构成

1.1量测参数选择

电网频率波动是网内发电出力与负荷动态平衡的结果，网内不同地区的频率虽然整体上趋向一致，但因受地区负荷波动、地区负荷性质等影响而存在一定的差异。目前多数基于WAMS系统的一次调频在线评价系统以全网统一频率作为评价参数来评价全网所有机组的动作情况，其评价结果与机组真实动作情况存在一定偏差。以发电机机端参数作为量测依据是更为准确的评价方法。因机端频率量测精度高于机组转速量测精度，系统采用机端频率作为一次调频动作的评价参数，电厂侧亦统一使用机端频率作为一次调频动作的输入参数。

除频率参数外，量测参数还包括机组有功出力、机组转速、一次调频动作前、动作后负荷指令。其中，机组转速作为母线频率的备用量测数据，一次调频动作前、动作后负荷指令作为机组一次调频动作情况的辅助判据。量测参数精度要求如表1。

1.2系统结构

一次调频性能在线评价与考核系统结构如图1所示。一次调频性能在线评价与考核系统通过访问EMS/WAMS系统获得机组对应的频率、有功出力等测点信息，通过扰动扫描识别有效频率扰动并记录保存。性能指标计算程序根据有效频率扰动记录计算出机组一次调频性能评价指标，并按照 “两个细则”考核要求进行考核结果计算。机组扰动记录、性能评价指标及考核结果定期发布在厂网互动平台上，便于发电厂对机组一次调频动作效果的监视和优化。

图1　一次调频性能在线评价与考核系统结构

2　扰动识别

2.1扰动定义

为保证机组运行的稳定性，机组一次调频设有动作死区，频率在（50±0.033）Hz（机组转速在（3000±2）r/min）之间机组一次调频不动作，超出（50±0.033）Hz（机组转速（3000±2）r/min）机组应迅速动作，图2为一次调频出力补偿曲线。

图2　机组一次调频出力补偿曲线

机组一次调频的动作性能体现在频率超出死区的波动中。在实际电网中频率是不断波动的，频率波动往往偶尔超出频率死区后又在较短的时间内返回死区范围以内，频率仅在直流闭锁、交流联络线跳闸、大容量机组跳闸情况下出现较长时间的超出死区的情况。

对于在较短的时间内返回死区的频率波动，因一次调频动作持续时间较短，难以全面反映机组的性能，系统仅评价机组是否产生对频率的正向贡献。对于频率出现较长时间的超出死区的波动，系统启动计算机组的动作性能参数，即速度变动率。

定义超出频率死区一定时长t，且最大频偏超过fe的频率波动为有效扰动，有效扰动中频率超出fk（fk＞fe）且持续时间tr以上的频率波动定义为大扰动。上述参数可根据实际系统情况进行合理设置。系统定义频率超出一次调频死区，即（50±0.033）Hz且持续在6 s及以上，同时最大频率偏差达到 （50± 0.040）Hz为有效扰动；满足有效扰动条件，且频率超过（50±0.05）Hz持续1 s及以上为大扰动。

大扰动最大持续评价时间取60 s，若60 s内频率回至死区，以返回死区时间为大扰动考核计算结束点。小扰动最大持续评价时间取30 s，若30 s内频率回至死区，以返回死区时间为小扰动考核计算结束点。

2.2扰动扫描

扰动扫描过程如图3所示。系统从EMS/WAMS系统中读取所有机组的机端频率并逐点扫描，当扫描出频率越过死区后，启动是否为有效扰动的识别，判断出有效扰动后继续进行是否为大扰动的判断。对于识别出的有效扰动和大扰动，再确定扰动开始点、结束点，并进行有功变化量和速度变动率的计算。

图3　扰动扫描过程

3　性能指标计算与考核

3.1正确动作率

发生有效扰动后，计算频率偏差超过死区时至一次调频计算结束点之间的有功功率变化量，即一次调频贡献电量。一次调频贡献电量大于0，则认为一次调频正确动作，否则认为一次调频不正确动作。计算公式为

式中：H为机组的一次调频贡献电量，MWh；t0为频率超过一次调频动作死区的时刻；tt为一次调频计算结束时刻；ft0为t0时刻对应的频率值，Hz；Pt为t时刻机组实际有功出力，MW；P0为机组频率超出死区前2 s内有功出力的平均值，MW。

每月机组的正确动作率为

式中：fc为每月正确动作次数；fw为每月错误动作次数。

一次调频正确动作率按机组考核。对于一次调频月正确动作率小于80%的机组，每月考核电量为

式中：PN为机组容量，MW；α为一次调频考核系数，数值为6，h。

3.2速度变动率

大扰动时计算一次调频速度变动率。发电机组一次调频的速度变动率应小于5%，计算公式为：

式中：Pa为大扰动期间自频率极值点开始至评价结束点间的有功出力平均值，MW；P0为频率超出死区时刻前2 s机组有功出力平均值，MW；fa为大扰动期间自频率极值点开始至评价结束点间的频率平均值，Hz；fn为额定频率，Hz。

发生大扰动时，计算各机组一次调频考核性能的综合指标K0，对K0大于零的机组进行考核。计算方法为

若计算出某机组的速度变动率L≥30%，则该机组视为未投入一次调频运行，K0=1。

一次调频性能考核采用定额考核方式，考核电量为：

4　应用情况

以山东电网某机组为例，某日21∶12网内大容量机组发生跳闸，电网频率发生较大扰动，一次调频性能考核自动扫描扰动并计算一次调频动作性能指标，动作曲线见图4，机组动作性能指标见表2。

图4　某机组一次调频动作曲线

表2　某机组一次调频动作性能指标

山东电网于2014年8月正式开展一次调频动作性能考核，2014年8月至2015年3月山东电网机组一次调频动作性能考核情况见图5。在考核开始的8月份动作性能考核电量最大，考核机组台数占总台数的47.8%；随着电厂整改力度的加大，9月、10月考核电量逐渐降低，11月、12月至2015年1月随着电网负荷的增长，机组开机台数增加引起考核电量的一定增长；2015年2月、3月考核电量继续降低，考核电量稳定在2 000 MWH以下，考核机组占比降至18.8%。

5　结语

考虑地区频率间的差异性，提出以机端频率为量测参数的一次调频动作性能在线考核方法，定义频率波动中的有效扰动及大扰动并给出一次调频贡献电量、速度变动率等机组动作性能评价指标。系统应用表明该方法可准确反映机组一次调频动作性能，同时在线化考核方式的实现也改变了过去较为被动的管理局面，激发了发电厂侧一次调频工作主动优化的积极性，进一步提高了山东电网抵御频率扰动的能力。

［1］李瑞超，陈实，陈中元，等.发电机一次调频调节效能实时测定及补偿方法［J］.电力系统自动化，2004，28（2）：70-72.

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［3］杨振勇，李卫华，骆意.火力发电机组一次调频问题研究［J］.华北电力技术，2008（1）：16-20.

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［5］张宝，吴明伟，金玄玄.汽轮机组一次调频性能试验分析［J］.发电设备，2007（6）：440-444.

［6］段南，李国胜，王玉山.大型火电机组一次调频功能投入的研究［J］.华北电力技术，2003（10）：1-4.

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［8］陈文浩，杨梓俊，李雪松.发电机组一次调频性能测评［J］.江苏电机工程，2008（3）：54-56.

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Online Evaluation and Assessment of the Primary Frequency Control Performance for Thermal Power Units

ZHANG Hui，LIAO Dapeng，LEI Ming，FAN Rongqi，WANG Ting
（Shandong Electric Power Dispatching and Control Center，Jinan 250001，China）

A new method is presented to online evaluate and assess the primary frequency control performance of thermal power units，which is based on the scanning of the terminal frequency of generators.By means of wide area measurement system （WAMS），useful frequency fluctuation as well as large disturbances，primary frequency control performance could be identified and quantified，such as the contributed generation，the correct action rate and the unbalanced rotating speed rate.Online assessment could be implemented.Project applications proved that the proposed method could precisely indicate and therefore greatly improve the performance of the primary frequency control.

thermal power units；primary frequency control；WAMS；unbalanced rotating speed rate

TM743

A

1007-9904（2015）11-0016-04

2015-08-15

张辉（1984），男，工程师，从事电网调度运行与分析工作；

廖大鹏（1974），男，高级工程师，从事电网调度运行与分析工作；

雷鸣（1974），男，高级工程师，从事电网调度运行与分析工作。