賀元康,楊楠,江國琪,李全茂

(1.西北電網(wǎng)有限公司，陜西西安710048；2.甘肅省電力公司，甘肅蘭州730000)

在“外向型、送出型、規(guī)模型”發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，西北750 kV電網(wǎng)逐級發(fā)展為“三華”電網(wǎng)的送端電網(wǎng)。隨著新疆聯(lián)網(wǎng)工程、酒泉千萬千瓦風(fēng)電外送工程竣工，西北水火風(fēng)電“打捆”大規(guī)模外送的局面逐級形成。目前，西北電網(wǎng)直流外送能力達(dá)到了611萬kW，直流外送容量約占當(dāng)前電網(wǎng)負(fù)荷的15.27%，西北電網(wǎng)用電負(fù)荷較低，大容量的直流和大機組故障均會對電網(wǎng)頻率穩(wěn)定造成較大影響。

據(jù)穩(wěn)定計算，寶德直流西北送華中150萬kW情況下故障，西北電網(wǎng)頻率升至50.7 Hz左右；寶德直流西北送華中300萬kW情況下故障，穩(wěn)控裝置正確動作，西北電網(wǎng)頻率升至50.6 Hz左右；德寶直流華中送西北90萬kW情況下故障，西北電網(wǎng)頻率降至49.64 Hz左右;拉西瓦水電廠2臺機組同時跳閘甩140萬kW出力，系統(tǒng)頻率降至49.44 Hz左右。

為保證西北電網(wǎng)在大容量功率突變情況下的頻率穩(wěn)定，西北電力調(diào)度通信中心（以下簡稱西北網(wǎng)調(diào)）對西北電網(wǎng)內(nèi)機組一次調(diào)頻開展了整治工作。

1 一次調(diào)頻整治前西北電網(wǎng)一次調(diào)頻狀況

西北網(wǎng)調(diào)核查了單機在200 MW及以上的火電、水電機組，全網(wǎng)共核查機組162臺，裝機總?cè)萘? 389萬kW，約占系統(tǒng)總裝機的69.4%。其中一次調(diào)頻投入機組139臺，占機組總臺數(shù)的85.8%；性能指標(biāo)合格機組112臺，占機組總臺數(shù)的69.13%。通過核查發(fā)現(xiàn)如下問題。

1）部分機組因一次調(diào)頻試驗不合格，一次調(diào)頻功能尚未投入。

2）火電機組運行工況對一次調(diào)頻性能影響較大，在實際運行中,部分火電機組一次調(diào)頻性能不能滿足要求。

3）部分機組速度變動率較大，導(dǎo)致一次調(diào)頻作用降低[1]。

4）部分機組對一次調(diào)頻進(jìn)行限幅且增加阻尼，導(dǎo)致一次調(diào)頻作用減小。

5）部分火電機組CCS沒有投自動，主蒸汽壓力變化大，影響機組帶負(fù)荷能力，進(jìn)一步影響一次調(diào)頻性能[2]。

2 西北電網(wǎng)機組一次調(diào)頻整改措施

2.1 一次調(diào)頻總體考評方案

西北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻考評包括所有并入西北電網(wǎng)單機在200MW及以上的火電、水電機組。

以每個季度西北電網(wǎng)電量競價盈余資金的X%作為火電、水電、第一調(diào)頻廠機組季度一次調(diào)頻運行考評獎勵資金。機組一次調(diào)頻考評獎勵機制以機組一次調(diào)頻季度貢獻(xiàn)電量、響應(yīng)行為等指標(biāo)作為考評范圍之內(nèi)發(fā)電企業(yè)的考評標(biāo)準(zhǔn)。

西北電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻運行考評遵循“公開、公平、公正”原則，全網(wǎng)實行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，火電、水電、第一調(diào)頻廠機組按季度分別考評、披露、結(jié)算。

2.2 考評獎勵方法

2.2.1 一次調(diào)頻積分電量計算方法

為了更好區(qū)分頻率越限后，機組的一次調(diào)頻性能對頻率穩(wěn)定的貢獻(xiàn)程度，將頻率擾動分為大擾動和小擾動，頻率變化量超過±0.1 Hz的擾動為大擾動，頻率變化量未超過±0.1 Hz的擾動為小擾動。

頻率大擾動時機組一次調(diào)頻的持續(xù)時間通常為幾十秒鐘，頻率變化量越大機組產(chǎn)生的一次調(diào)頻動作量越寶貴。此時的頻率變化量對于迅速恢復(fù)系統(tǒng)正常頻率、縮短頻率越限時間有著極為重要的作用，這段時間的貢獻(xiàn)電量對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定貢獻(xiàn)很大。根據(jù)頻率偏差的大小對積分貢獻(xiàn)電量附加不同的權(quán)重，可以更加科學(xué)、有效地區(qū)分機組一次調(diào)頻對頻率穩(wěn)定所做的貢獻(xiàn)[3-13]。

大擾動時的貢獻(xiàn)電量計算公式如式（1）、（2）所示，該算法體現(xiàn)了根據(jù)電網(wǎng)頻率、一次調(diào)頻死區(qū)和機組出力在不同時刻和不同權(quán)重下的貢獻(xiàn)電量計算累加過程。

式中,Qih為機組i在系統(tǒng)頻率大擾動時的一次調(diào)頻積分電量；t0為系統(tǒng)頻率越限時刻；t1為系統(tǒng)頻率恢復(fù)至機組一次調(diào)頻死區(qū)時刻；Pt為t時刻機組i的實際出力；P0為t0時刻機組i的實際出力；Sit為該時刻該機組i的狀態(tài)，Sit為1表示機組正受AGC或計劃指令作用進(jìn)行機組出力調(diào)整,Sit為0表示AGC或計劃指令未調(diào)整負(fù)荷；R為機組i的平均爬坡速率；T為積分周期；k為積分權(quán)重；△f為當(dāng)前頻率與額定頻率50 Hz的差值；△fsq為一次調(diào)頻動作死區(qū),火電機組取0.033Hz，水電機組取0.05 Hz[14-15]。

頻率發(fā)生小幅度擾動后，系統(tǒng)頻率剛超過死區(qū)時,機組一次調(diào)頻能夠快速響應(yīng)對于系統(tǒng)的穩(wěn)定尤為重要，此時根據(jù)機組一次調(diào)頻響應(yīng)速度區(qū)分機組一次調(diào)頻貢獻(xiàn)量，在頻率超過死區(qū)初期賦予較大權(quán)重。小擾動時的計算公式如式（3）、（4）所示。

式中，Qih為機組i的一次調(diào)頻在頻率小擾動時的積分電量，其他符號的含義與式（1）、（2）相同。

2.2.2 一次調(diào)頻合格率計算方法

1）一次調(diào)頻合格率。當(dāng)電網(wǎng)頻率超出機組一次調(diào)頻死區(qū)時，機組一次調(diào)頻的積分電量QSJ占相應(yīng)時間內(nèi)機組一次調(diào)頻理論計算積分電量QJS的比例作為機組一次調(diào)頻的合格率為GHi。

機組一次調(diào)頻理論積分電量計算公式為

2）一次調(diào)頻平均合格率。以考核期內(nèi)機組一次調(diào)頻合格率的算術(shù)平均值作為機組一次調(diào)頻平均合格率，公式如下：

式中,GHavei為考評周期機組i的一次調(diào)頻平均合格率；GHij為機組i的一次調(diào)頻合格率，按式（5）計算；n為考評周期內(nèi)電網(wǎng)頻率超出機組頻率死區(qū)的次數(shù)。

3）一次調(diào)頻正確動作率。當(dāng)某臺機組并網(wǎng)運行時，在電網(wǎng)頻率越過機組一次調(diào)頻死區(qū)的一個積分期間，如果機組的一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量為正，且一次調(diào)頻合格率GHi大于30%，則統(tǒng)計為該機組一次調(diào)頻正確動作1次，否則，為不正確動作1次。

當(dāng)季度機組一次調(diào)頻正確動作率為Ui,則Ui可表示為

式中，Uim為一次調(diào)頻正確動作次數(shù)；Uin為不正確動作次數(shù)。

若某臺機組該季度一次調(diào)頻運行的正確動作率Ui低于70%，該機組當(dāng)季度貢獻(xiàn)電量按0處理。

2.2.3 考評辦法

機組按照火電、水電分類，根據(jù)機組一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量在相應(yīng)類中的比例以及一次調(diào)頻正確動作率、一次調(diào)頻平均合格率作為考評獎勵依據(jù)，第一調(diào)頻廠按特定評價標(biāo)準(zhǔn)作獎勵依據(jù)。

1)火電、水電、第一調(diào)頻廠考評獎勵資金分配原則。第一調(diào)頻廠獎勵資金按全部考評獎勵資金的5%劃分；普通水、火電機組獎勵資金按全部考評獎勵資金的95%劃分；火電、水電考評獎勵資金按考核期內(nèi)水、火電機組裝機容量及發(fā)電量比例劃分。公式如下:

式中,D為總的考評獎勵資金；DT為第一調(diào)頻廠獎勵資金；DH為火電獎勵資金；DS為水電獎勵資金；PH為考核期火電機組總裝機容量；PS為考核期水電機組總裝機容量；SH為考核期火電機組總發(fā)電量；SS為考核期水電機組總發(fā)電量。

2)火電機組獎勵金額計算。公式如下:

式中，DHi為火電機組的季度獎勵金額；DH為根據(jù)式（10）算出的火電獎勵資金；QHi為火電機組i季度一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量；n為全網(wǎng)參加一次調(diào)頻考評的火電機組臺數(shù)；Ui為機組i一次調(diào)頻季度正確動作率；GHavei為機組i在考核期內(nèi)一次調(diào)頻平均合格率。

3)水電機組獎勵金額計算。公式如下:

式中，DSi為水電機組i的季度獎勵金額；DS為根據(jù)式（11）算出的水電獎勵資金；QSi為水電機組i季度一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量；m為全網(wǎng)參加一次調(diào)頻考評的水電機組臺數(shù)；Ui為水電機組i一次調(diào)頻季度正確動作率；GHi為水電機組i考核期內(nèi)一次調(diào)頻平均合格率。

4)第一調(diào)頻廠機組獎勵金額計算。擔(dān)任過第一調(diào)頻廠的電廠根據(jù)考核期間擔(dān)任第一調(diào)頻廠的時間劃分第一調(diào)頻廠獎勵資金，在不擔(dān)任第一調(diào)頻廠時按普通水電機組獎勵辦法計算獎勵金額。第一調(diào)頻廠獎勵資金劃分公式如下:

式中,DTi為考評周期內(nèi)第一調(diào)頻廠i獎勵金額；DT為第一調(diào)頻廠獎勵資金；Ti為第一調(diào)頻廠i考評周期內(nèi)擔(dān)任第一調(diào)頻廠的時間；T為考評周期總時間。

2.3 計量與結(jié)算

機組一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量考評數(shù)據(jù)以西北電力調(diào)度中心自動化系統(tǒng)為依據(jù)，西北各?。▍^(qū)）電力調(diào)度中心自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為西北網(wǎng)調(diào)考核系統(tǒng)備用數(shù)據(jù)。

西北網(wǎng)調(diào)在每年第一季度的廠網(wǎng)聯(lián)系會上向各參與考評的發(fā)電企業(yè)發(fā)布上年度該企業(yè)各季度一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量、一次調(diào)頻動作達(dá)標(biāo)系數(shù)及獎勵金額明細(xì)清單，并按季度進(jìn)行結(jié)算。

2.4 信息披露

西北網(wǎng)調(diào)每季度第一個月某日前匯總上季度全網(wǎng)參加考評機組一次調(diào)頻運行統(tǒng)計報表，依據(jù)本辦法計算出各機組上季度的一次調(diào)頻運行貢獻(xiàn)電量，于某日前在“三公”調(diào)度信息網(wǎng)站上披露，并向國家電力監(jiān)管委員會西北監(jiān)管局（以下簡稱西北電監(jiān)局）提交全網(wǎng)所有參加考評機組一次調(diào)頻運行考評報告。

2.5 一次調(diào)頻整治前后西北電網(wǎng)頻率特性對比

圖1為一次調(diào)頻整治前后西北電網(wǎng)內(nèi)大容量機組跳閘和大容量直流閉鎖時的頻率特性對比。

由圖1可以看出，整治前西北某直流75萬kW閉鎖頻率最高升至50.271Hz，整治后西北某直流75萬kW閉鎖頻率最高升至50.186Hz，整治前某機組帶55萬kW出力跳閘頻率低至49.807Hz，整治后某機組帶78萬kW出力跳閘頻率低至49.818 Hz，由圖1可以看出，經(jīng)過整治后，西北電網(wǎng)頻率特性有了顯著提高。

圖1 一次調(diào)頻整治前后西北電網(wǎng)頻率特性對比圖

3 總結(jié)

針對西北電網(wǎng)一次調(diào)頻存在的問題和不足，提出了一次調(diào)頻整改措施。該措施根據(jù)機組在頻率大擾動和小擾動時一次調(diào)頻對頻率穩(wěn)定貢獻(xiàn)程度，提出了不同的積分電量計算方法，按照水、火電機組和第一調(diào)頻廠分類，分別計算機組一次調(diào)頻考評獎勵金額，定期披露考評結(jié)果。該措施科學(xué)有效地衡量了水火電機組的一次調(diào)頻性能，對于提高機組的一次調(diào)頻性能有極大的推動作用。實踐表明，通過該措施的實施，西北電網(wǎng)一次調(diào)頻能力有了顯著提高。

[1] 張斌．自動發(fā)電控制及一次調(diào)頻控制系統(tǒng)[M]．北京：中國電力出版社，2005．

[2] 于達(dá)仁，毛志偉，徐基豫．汽輪發(fā)電機組的一次調(diào)頻動態(tài)特性[J]．中國電機工程學(xué)報，1996，16(4):221-225．

[3] 王傳杰,何彥彬.分頻風(fēng)電系統(tǒng)頻率控制策略研究[J].電網(wǎng)與清潔能源,2009,25(3):43-47.

[4] 何仰贊，溫增銀．電力系統(tǒng)分析[M]．武漢：華中理工大學(xué)出版社，1985．

[5] 林的方,王瑞闖,林富洪.兩種簡單實用的電網(wǎng)頻率實時測量方法[J].電網(wǎng)與清潔能源,2009,25(4):37-39.

[6] 張毅明，羅承廉，盂遠(yuǎn)景，等．河南電網(wǎng)頻率響應(yīng)及機組一次調(diào)頻問題的分析研究[J]．中國電力，2002，35(7)：35-38．

[7] 楊力森,范李平.加窗相位差校正算法在電網(wǎng)頻率測量中的應(yīng)用[J].電網(wǎng)與清潔能源,2009,25(7):34-38.

[8] 劉迎博，張江濱，譚雅嵐，等.等效負(fù)荷擾動下水電機組一次調(diào)頻容重比對電網(wǎng)頻率品質(zhì)的影響[J].陜西電力，2010，38（8）：69-72.

[9] 許德操,董凌,張曉陽,等.青海電網(wǎng)HVDC輔助頻率控制研究[J].電網(wǎng)與清潔能源,2011,27(4):8-10.

[10]萬天虎，何常勝，李華.水輪發(fā)電機組一次調(diào)頻仿真與參數(shù)辨識[J].陜西電力，2009，37（3）：55-58.

[11]周永杰，譚雅嵐，張江濱.電網(wǎng)遭受擾動后水電機組一次調(diào)頻對電網(wǎng)頻率的影響[J].電網(wǎng)與清潔能源，2010,26（11）:85-89.

[12]路文喜,梁志瑞,高振弟.改進(jìn)雙正交濾波器組的電網(wǎng)頻率跟蹤算法[J].電網(wǎng)與清潔能源,2009,25(6):32-35.

[13]楊永福，李華.公伯峽水電站4號機組一次調(diào)頻試驗與調(diào)節(jié)參數(shù)優(yōu)化調(diào)整[J].陜西電力，2008，36（7）：41-44.

[14]于達(dá)仁，毛志偉，徐基豫．汽輪發(fā)電機組的一次調(diào)頻動態(tài)特性[J]．中國電機工程學(xué)報，1996，16(4):221-225．

[15]于達(dá)仁，郭鈺鋒，徐基豫．發(fā)電機組并網(wǎng)運行的一次調(diào)頻的穩(wěn)定性[J]．中國電機工程學(xué)報，2000,20(9):59-63．