糯扎渡电站一次调频合格率提高浅析

时间：2024-07-28

李青，浦恩任，秦磊

（华能澜沧江水电股份有限公司集控中心，云南昆明650300）

0 引言

监测和控制电网频率是保证电力系统稳定运行的主要任务之一。因为电力系统频率会随着电网负载改变而改变，所以按照中国电网频率数值一般就是50 Hz，通过发电机组的调速系统和电网AGC系统，可以实时调节能源侧的供电，来适应负荷侧电力的变化，实现发电和电力消耗之间的平衡，使电网的频率保持在接近50 Hz的允许范围内。

调速器的主要任务是在单机带负荷时根据偏离机组频率（转速）额定值的偏差，调节水轮机导叶机构，调整汽轮机导叶机构，保持机组输出功率与功率消耗的平衡，使机组的频率尽可能保持在额定值附近的允许范围内，避免一次调频动作不合格导致的电量考核。糯扎渡电站机组主要存在导叶大开度时，导叶动作量不足一次调频的调节受影响，进而导致一次调频考核。

1 影响一次调频的因素

我国电力发电运行的主要管控装置含有调速器系统。调速器系统主要任务是负担整个机组的开机、关机、调节负载、调速等多项任务。机组的一次调频的管控与调整是由该系统独立实现的。在该系统进行调整过程中，不管是动态、静态的特点还是调整的质量都和该系统所设定的调速器参数的设定息息相关。最近几年，由于科技技术的飞速发展，我国在调速器的生产水平与技术这两方面发展的速度很快，所以该设备不但持续研发了新的构造，而且完善和加强了管控方法和调整方式。当前，调速器的参数设置主要有下面几个，如：微分增益、比例增益、人工死区、积分增益和永态转差率等等。因为这些参数的设置会极大改变电机组的一次调频能力，所以如果参数的设置不匹配的话，那么电机组的第一次调频不能达到预期的能力，严重造成反调整，甚至造成电网事故。

调速器参数设置的大小和每一个机组能否调节到该系统变成负荷的能力有紧密联系，相当于对该系统频率的调整能力。要想达到系统的频率调整能力强的效果，就必须使永态转差率数值变小。同时，如果机组的容量在整个系统中占很重的比率时，那么参数的设置对电网频率的影响就很大。我国当前采用的微机调速器机组可以对这个进行参数设定。但由于水轮机组的出力与水头有很大关系，若水头不同，水流惯性导致机组的惯性调节即使永态转差率相同，机组的一次调频性能会出现很大的区别，因此在调节水轮机组调节器时要关注水头的问题。

调速器人工频率死区的设定。如果在死区出现系统频率变化的时候，不但要人工在调整单元的静态特性上设定频率死区，而且系统频率变化时机组的频率调整不跟着变化，以致于达到保持固定的负载不变的目的，让机组的基本负载更加稳定。因此，必须综合考虑人工频率死区的设置。如果死区设置太小，则不利于机组的稳定性，而且死区太大，则不利于发挥机组的第一调频功能。

运行模式参数指当电网系统中产生较大频率波动时影响调速器运转的运行模式的变换参数，也就是当系统频率变动到某个限制数值时，调速系统的模式变换到速度调节系统出厂时。该参数由制造商给出一个默认值，并且该默认值充分考虑保护机组在过频率波动过大或过小时受的影响，但在系统故障的情况下，电厂进入孤岛模式或在系统中负担主要负载时，系统中容积较大的发电厂将担起调整系统频率波动的责任，所以设定参数尤为重要。

一次调频参数的设定关系到机组的稳定性。如果人工频率死区所制定的范围很广泛，那么调差系数就会很大，这样的话机组的稳定性也会大大的加强，但奉献给电网一次调频的能力就不高。所以对于一次调频参数的制定要与机组的稳定情况相结合，同时要充分的考虑到一次调频的快速反应能力标准。当前务必要强化并网机组调速系统及其相关参数的设定与管控，达到机组的联网运作的要求，不然将对电网和机组在事故发生时的安全运行有不确定的因素存在。

2 一次调频的考核计算

2.1 考核标准

对于如何考核一次调频考核算法？现在主要是采用并网发电机组的方式，依次考核机组的一次调频投运率和动作的准确率。分开评估机组的一次调频投运率与其动作的正确率，达到考察对象的目的。首先一次调频动作方向和电网频率要求的方向必须保持一致，另外实现理论上面的数值的相对比率；如果在考核和核算一次调频的评价时，要考虑到不同种类的、不同型号的机组自身的性质，不仅需要在电脑机组的实际操作积分电量时合情合理的制定出死区，而且需要考虑和参照整个机组能力不足的状况，如机组在超负载工作时等等[1]。

对服务年限长、人工依靠程度高、或者将被政府关停或经过技改仍不达标的电站机组，倘若被一些电力监管机构认证和批准以后，这些一次调频机组其考核的方式就依照下面的公式进行考察：

机组当月一次调频考核金额=（上月考核总金额÷上月参与考核总装机容量）×机组额定容量×μ。μ在0.1～0.5之间进行取数。

2.1.1 考核时段

以15 min为一个考核时段，按月统计考核电量，年度汇总。

2.1.2 考核原则

如果想要依照一次调频运行的时间总计就要进行一次调频投运；

如果根据次数进行考核就要一次调频动作。

2.1.3 基础源数据

实时机组出力信息主要被使用在计算电力工厂真正的出力曲线；

机组实际出力限值信息：用于对因调节能力不足造成的动作不合格给予免考；

系统实时频率信息：用于描绘系统频率实时波动，统计应动作次数；

机组一次调频投运信息：用于统计机组一次调频投运时间；

AGC动作指令信息：用于对因AGC动作造成的一次调频不合格时段给予免考[2]。

2.1.4 考核算法

下面我们用机组k第i次动作为例子，来看看考核的计算方法评价。

一次调频月度合格率计算方法公式如下：

其中，Mk是一次调频进行动作次数；Nk是机组k不符合规定的次数（只取参加了一次调频动作的评估总数）。

如果月度计算次数拥有下面的所有情况，那么就可以称为一次调频应动作次数Mk，水电机组和火电机组是不一样的：

持续时间超过动作延时（15 s）；

电网频率过动作死区（火电机组＞0.033 Hz，水电机组＞0.05 Hz）；

电网频率过动作死区最开始的15 s都属于死区范围里。

如果频率波动包括下面的情况，那么机组将面临再一次的调频动作考核和核算：

持续时间超过动作延时（15 s）；

电网频率过动作死区（火电机组＞0.033 Hz，水电机组＞0.05 Hz）；

中间的频率峰值超出评估门槛（＞0.05 Hz）；

电网频率过动作死区最开始的15 s都属于死区范围里。

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的一半判为动作合格，那么我们进行如下计算：

积分起始结束时间选取方法如下：

图1 考核计算选取图

频率过一次调频动作死区为a点，此时对应时间为t3，过考核峰值门槛后的最大值为c点，此时对应的时间为t0，频率复归点为e点，此时对应时间为t4，以t0时刻偏中心向两边延展30 s，记为t1点和t2点，分别对应频率点为b点和d点，则一次调频的考核时间段算法如下：

①满足t4-t3＞60 s，考核时间为从t3到t4之间。

②满足t3＜t1且t2＜t4，考核时间从t1到t2之间。

③满足t4-t3＞60 s且t3＞t1且t2＜t4，考核时间从t3到t3+60 s之间。

④满足t4-t3＞60 s且t3＜t1且t2＞t4，考核时间从t4-60 s到t4之间。

评估有效的积分是指起始功率为t3点对应的功率，而非考核起始点时的发电机功率。频率回到死区超过3 s，即可认为本次考核结束[3]。

2.2 免考计算方法

存在AGC指令干扰的一次调频动作不合格自动免考，算法如下：

①Φ代表空集；

②τi1为免考标志；

③ta1为一次调频动作期间或之前20 min内存在AGC指令的动作起始时间；

④ta2为该AGC动作结束时间；

⑤tp1为一次调频动作起始时间；

⑥tp2为一次调频动作结束时间。

如果因为机组在额定容量或者最小技术出力周围运行，那么没有办法满足一次调频动作而要求自动免考，算法如下：（根据理论动作幅度判断死区）

无调节能力水电机组、灯泡贯流式水电机组低于70%额定水头。如果一次调频动作所处时段机组水头低于额定水头70%，则该条一次调频动作免考。

非电厂原因导致电厂和电网两侧频率、功率测量存在明显不一致造成考核不合理：人工设置。

非电厂原因造成一次调频不合格，该时段不计算投运率：人工设置。

供热机组由于当前供热量发生正负15%及以上突变导致的考核：根据上报的供热机组供热量发生正负15%的时段，判断处于该时段的一次调频动作免考[2]。

本次动作是否免考，计算方法：

最终，统计机组k月度考核电量Qk：

其中，Yk为一次调频投运率。

3 糯扎渡电厂一次调频的调节模式

在机组并网前空载状态，调速器控制机组跟踪频率给定值使用频率模式调节，使机组能快速达到预定频率。机组并网后，默认开度模式为控制模式，调速器控制机组跟踪导叶开度给定值。并网后一次调频主要由监控系统来完成，监控系统通过AGC来反映当前机组有功设定值和机组功率反馈值，来计算两者差值，然后换算成相应的增、减调节脉冲命令给电调。此时，调速器作为一个随动系统变化接受监控系统发来的增、减脉冲命令来调整机组有功，从而达到有功调节的目的。

图2 一次调频配合原理框图

图3 一次调频原理框图

PID调节框图称为频率主环，BP为调差系数，空载时，BP和死区都为零，PID调节参数采用空载参数，并网时，BP和死区为设定值，PID调节参数采用负载参数，功率通常由监控系统来调整，直接作用于导叶位置输出，右边的PI调节框图称为导叶副环，它是由软件来管控导叶闭环，最后控制输出就是对应导叶偏差的增量信号。该信号经过模拟数字转换后传输给电液转换器。

空载时，BP为零（BP为零的目的是因为要调整频率到目标值，这样开度需要一个宽泛的调整范围和速度性，如果BP设有一定的数值，如果过大会造成导叶调节不到位的情况），死区为零（因为是频率为控制对象，所以要控制极度精准，所以不能设有死区，如果有死区，即不能设置精准的目标值），PID调节参数就使用空载参数[4]。

并网时，BP和死区为设定值，PID调节参数采用负载参数，功率通常由监控系统来调整，直接作用于导叶位置输出，导叶给定有三部分组成：Gv_Give=Pgv+Ynld+Ypid（公式 1）

Pgv为监控脉冲功率给定（内部折算出的导叶开度，是监控增减功过程中逐步叠加的一个导叶开度给定）；程序内部实现是以公式2进行：Pgv=Pgv+Trp/100（公式 2）

Ynld为空载开度；该空载开度为定值，每个水头下都对应一个相应的空载开度，以满足开机，空载控制需要。举例糯扎渡电厂空载开度和水头对应关系如表1：

表1 一次调频对应各水头下的导叶空载开度

Ypid为根据频差计算出的PID输出的开度。程序内部计算靠公式Ypid=Yp+Yd+int（Yi/20000）计算。