黃麗琴，汪 瑋，孫 杰

（富春江水力發(fā)電廠，浙江省桐廬縣 311504）

一次調(diào)頻功能在監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)

黃麗琴，汪 瑋，孫 杰

（富春江水力發(fā)電廠，浙江省桐廬縣 311504）

為滿足華東地區(qū)電網(wǎng)“二個細則”對一次調(diào)頻的要求，針對某水電廠無法實現(xiàn)一次調(diào)頻功能的老調(diào)速設備，通過對監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地LCU進行優(yōu)化設計，實現(xiàn)了機組的一次調(diào)頻功能。文中介紹了在監(jiān)控系統(tǒng)中如何實現(xiàn)一次調(diào)頻功能的思路和方法，以供其他水電廠參考和借鑒。

考核細則；監(jiān)控系統(tǒng)；一次調(diào)頻；功能優(yōu)化設計；二次調(diào)頻

0 引言

某水力發(fā)電廠共裝設六臺60MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，通過3個主變單元接入220kV變電站，4回220kV出線接入電網(wǎng)。電廠主要承擔華東電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務。

為保障華東電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行，根據(jù)《發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理規(guī)定》（電監(jiān)市場〔2006〕42號），華東電監(jiān)會制定了《華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則（試行）》和《華東區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理實施細則（試行）》（以下簡稱“二個細則”）。

該電廠作為華東地區(qū)電網(wǎng)的主力調(diào)頻電站，同樣需要響應“二個細則”的要求，但因多臺機組調(diào)速器年份已久，調(diào)速器廠家不建議修改調(diào)速器程序，為滿足“二個細則”的考核要求，首先在3號機組監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元進行一次調(diào)頻功能優(yōu)化設計，2010年11月實現(xiàn)了3號機組一次調(diào)頻功能，并于2010年12月完成了3號機組一次調(diào)頻功能的優(yōu)化和調(diào)整試驗。試驗結(jié)果表明不同的水頭、不同的功率、不同的頻差、不同的控制模式下，3號機組一次調(diào)頻能力滿足華東電網(wǎng)調(diào)度考核要求。

1 主要設備規(guī)范

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)

該電廠監(jiān)控系統(tǒng)設備現(xiàn)地控制單元LCU采用雙機熱備冗余機構(gòu)，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制與調(diào)節(jié)、通信、時鐘同步、自診斷與自恢復、人機接口等功能。

1.2 調(diào)速器

該電廠3號機組調(diào)速器采用WST-PLC環(huán)噴式雙可編程微機調(diào)速器，結(jié)構(gòu)為電子調(diào)節(jié)器+液壓隨動系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)框圖如圖1所示。

1.3 水輪機及有壓過水系統(tǒng)

水輪機引水管：一管一機；尾水管：一管一機；無調(diào)壓井；水輪機設計參數(shù)如表1所示。

名 稱參 數(shù)最大水頭17.7m安裝高程+4.1m導葉最大轉(zhuǎn)角630mm額定功率61550kW最小水頭6.2m吸出高度-2.9m槳葉最大轉(zhuǎn)角3°～34.5°

圖1 機組調(diào)速器調(diào)節(jié)框圖

1.4 發(fā)電機

發(fā)電機設計參數(shù)如表2所示。

表2 發(fā)電機設計參數(shù)

2 一次調(diào)頻功能優(yōu)化

因該電廠3號機組調(diào)速器年份太久，調(diào)速器廠家不建議修改調(diào)速器程序，因此一次調(diào)頻功能的優(yōu)化設計需要在監(jiān)控系統(tǒng)完成，調(diào)速器程序不作任何改動。

2.1 分析調(diào)速器廠家提供的調(diào)速器調(diào)節(jié)框圖（如圖1所示）

（1）正常運行并網(wǎng)后人工頻率死區(qū)為0.5Hz，調(diào)速器工作于功率模式，此時調(diào)速器的頻率調(diào)節(jié)回路在0.5Hz內(nèi)不起作用，調(diào)速器接受LCU下發(fā)的功率值進行調(diào)節(jié)；此0.5Hz調(diào)速器廠家建議不能修改為0.05Hz，否則頻率超過0.05Hz后調(diào)速器將進入孤網(wǎng)調(diào)節(jié)模式，不利于機組的穩(wěn)定運行。

（2）調(diào)速器功率調(diào)節(jié)模式下設有±1MW的功率死區(qū)，在實際運行時機組實發(fā)與LCU下發(fā)的功率給定值有±1MW的偏差。

1）在電網(wǎng)頻超過±0.5Hz后調(diào)速器進入孤網(wǎng)調(diào)節(jié)模式，進入孤網(wǎng)模式后人工頻率死區(qū)設置為0，機組根據(jù)頻率變化進行調(diào)節(jié)；

2）若功率反饋故障，則機組由功率調(diào)節(jié)模式自動切換為開度調(diào)節(jié)模式；若此后功率反饋正常，機組由開度調(diào)節(jié)模式自動切換至功率調(diào)節(jié)模式。

（3）為滿足一次調(diào)頻的需要，優(yōu)化設計一次調(diào)頻時的監(jiān)控框圖如圖2所示。優(yōu)化功能設計時主要考慮：

圖2 某機組調(diào)速器一次調(diào)頻優(yōu)化設計框圖

1）監(jiān)控系統(tǒng)控制邏輯：不影響機組的正?？刂乒δ?；

2）因為機組為軸流轉(zhuǎn)槳式機組，當機組處于非協(xié)聯(lián)工況時機組功率調(diào)節(jié)將非常緩慢，設計時需考慮一次調(diào)頻功能投用范圍；

3）一次調(diào)頻時需要考慮二次調(diào)頻的影響，設計一次調(diào)頻時對來自全廠AGC或上位機或LCU現(xiàn)地觸摸屏發(fā)出的功率指令信號實行同向疊加和反向閉鎖功能；修改程序時所有參數(shù)均設計為可修改參數(shù)，不采用固定值。根據(jù)以上設計要求，最終在電廠3號機組監(jiān)控系統(tǒng)修改邏輯實現(xiàn)如下。

2.2 監(jiān)控硬件修改

（1）機組監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元增加頻率變送器，以測量電網(wǎng)頻率；

（2）機組監(jiān)控系統(tǒng)增加投退一次調(diào)頻功能繼電器，可人工控制一次調(diào)頻功能的投退。

2.3 監(jiān)控邏輯修改

2.3.1 監(jiān)控系統(tǒng)一次調(diào)頻工作條件

（1）一次調(diào)頻功能投退條件。

一次調(diào)頻硬壓板投入；

一次調(diào)頻軟件開關投入；

頻差小于0.5Hz；

機組在發(fā)電態(tài)；

以上任意一條件不滿足即退出一次調(diào)頻功能；

圖3 一次調(diào)頻控制程序

運行人員可通過操作一次調(diào)頻軟硬件開關實現(xiàn)投退一次調(diào)頻功能。

（2）一次調(diào)頻真正動作條件。

一次調(diào)頻功能投入；

頻差大于人工頻率死區(qū)；

當前實發(fā)功率大于10MW且小于70MW。

以上任意一條件不滿足即一次調(diào)頻不動作。

2.3.2 監(jiān)控系統(tǒng)人工頻率死區(qū)設定（如圖3所示）

人工頻率死區(qū)整定值設為±0.05Hz。

為防止一次調(diào)頻在頻率死區(qū)附近頻繁動作將一次調(diào)頻動作后返回的頻率偏差設置為±0.04Hz。即一次調(diào)頻超過±0.05Hz時動作，小于±0.04Hz時復歸一次調(diào)頻。

2.3.3 功率調(diào)節(jié)反向閉鎖（如圖4所示）

修改現(xiàn)地控制單元LCU邏輯程序，當一次調(diào)頻發(fā)生時，在調(diào)頻期間實現(xiàn)：

（1）若LCU收到功率給定發(fā)生變化且變化方向與一次調(diào)頻要求的變化方向相同時，LCU下發(fā)至調(diào)速器的功率給定值為：原功率給定值加一次調(diào)頻功率變化值；

圖4 功率調(diào)節(jié)反向閉鎖

（2）若LCU收到功率給定發(fā)生變化但是變化方向與一次調(diào)頻要求的變化方向相反時，LCU下發(fā)至調(diào)速器的功率給定值為：不接受新下發(fā)的LCU功率給定值，以一次調(diào)頻發(fā)生時記錄的功率為基礎進行一次調(diào)頻。

2.3.4 一次調(diào)頻變化功率限幅

修改現(xiàn)地控制單元LCU邏輯，設計并實現(xiàn)若一次調(diào)頻一旦動作，則功率變化量最少為±4MW，一次調(diào)頻動作引起的功率變化值等于4MW加上頻差變化所產(chǎn)生的功率變化（限幅±3MW）值，即一次調(diào)頻功率變化值范圍為±4～±7MW，且一次調(diào)頻功率變化值疊加在LCU原功率給定值上（原功率給定值來自于：①AGC自動計算；②上位機人工設定；③現(xiàn)地觸摸屏人工設定）。

2.3.5 一次調(diào)頻機組功率限幅

一次調(diào)頻時機組功率給定值的限幅為20～60MW，與機組AGC的功率范圍一樣。

2.4 一次調(diào)頻和二次調(diào)頻配合設計分析

該電廠目前的運行方式設計為：并網(wǎng)后調(diào)速器運行于功率模式，機組的功率閉環(huán)在調(diào)速器中實現(xiàn)，AGC只是將全廠AGC功率分配后的功率給定值送至調(diào)速器。

該電廠一次調(diào)頻功能優(yōu)化設計后和監(jiān)控系統(tǒng)AGC功能的配合設計為：

（1）調(diào)速器一次調(diào)頻功能投入和退出。

在一次調(diào)頻功能硬壓板投入的條件下，開機并網(wǎng)后監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出一次調(diào)頻功能投入信號（如圖5所示），監(jiān)控系統(tǒng)判斷功率處于10～70MW區(qū)間范圍內(nèi)且滿足2.3所列條件后，監(jiān)控系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能才真正投入。當監(jiān)控系統(tǒng)走停機流程時，監(jiān)控系統(tǒng)首先發(fā)出退一次調(diào)頻功能命令（如圖6所示），在退出一次調(diào)頻功能后監(jiān)控系統(tǒng)才執(zhí)行減負荷指令，進入正常停機流程。

圖5 開機并網(wǎng)后監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出一次調(diào)頻功能投入信號

圖6 機組收到停機令后首先發(fā)出一次調(diào)頻退出令

（2）當頻差超過人工頻率死區(qū)后，監(jiān)控系統(tǒng)一次調(diào)頻動作，發(fā)出“3號機組一次調(diào)頻動作” 信號。

（3）當電網(wǎng)頻率恢復正常，監(jiān)控系統(tǒng)檢測到頻率回歸正常，發(fā)“3號機組一次調(diào)頻動作退出”信號。

3 一次調(diào)頻功能試驗及結(jié)果

依據(jù)《華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細則（試行）》《華東區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務管理實施細則（試行）》《華東電網(wǎng)抽水蓄能電廠運行管理及評價辦法（試行）》和電廠的具體情況，制訂了《某水力發(fā)電廠機組一次調(diào)頻調(diào)整試驗方案》，電廠和相關單位于2010年12月11日和12月30日進行了3號機組兩個水頭下的一次調(diào)頻調(diào)整試驗、一次調(diào)頻和二次調(diào)頻配合試驗。

3.1 一次調(diào)頻試驗結(jié)論

在試驗毛水頭17.5～18.2m和14.9～15.0m，不同的功率、不同的頻差、不同的控制模式下，3號機組一次調(diào)頻能力基本滿足考核要求，即：

機組小頻差±0.06Hz動作正確；

機組一次調(diào)頻電量占理論積分電量比例60%以上；

45s內(nèi)機組功率變化值滿足要求。

（1）統(tǒng)計分析試驗數(shù)據(jù)一次調(diào)頻發(fā)生后機組功率發(fā)生明顯變化的延時時間大約在4～13s，典型延時6～10s。軸流轉(zhuǎn)槳式機組響應一次調(diào)頻延時較混流式機組大（混流式機組典型時間小于4s）。

（2）機組一次調(diào)頻功能與LCU二次調(diào)頻功能設計滿足要求。在試驗水頭下當更改功率期間發(fā)生一次調(diào)頻，功率給定變化方向與一次調(diào)頻要求的功率變化方向相同或者相反，積分電量均滿足要求。

（3）經(jīng)比較，PMU表計和調(diào)速器測量數(shù)據(jù)相比，頻率和功率基本一致。

4 結(jié)束語

某電廠的一次調(diào)頻功能在監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)投運已近三年，動作正確可靠，為華東地區(qū)電網(wǎng)提供安全可靠的電能打下堅實的基礎。

[1] 單鵬珠.某水電廠計算機監(jiān)控系統(tǒng)改造[J].水電廠自動化，2007，113（3）：1-4.

黃麗琴（1968—），女，助理工程師，二次專業(yè)，主要研究方向：自動化。E_mail：hlqsjsxy@163.com

汪 瑋（1962—），男，工程師，二次專業(yè)，主要研究方向：自動化。

孫 杰（1970—），男，工程師，二次專業(yè)，主要研究方向：繼電保護。

The Realization of Primary Frequency Modulation Function in the Computer Supervisio and Control System

HUANG Liqin，WANG Wei，SUN Jie
（The Fu Chun Jiang hydroelectric power plant，Tonglu 311504，China）

To meet the“two rules”of east china power grid to the requirements of primary frequency control，unable to realize the function of primary frequency in a hydropower station of the old governor equipment，through the study of the optimization design of the computer supervision and cotrol systems in local control unit LCU，realize a frequency modulation function of the unit.this paper introduces the computer supervision and control systems of train of thought and method how to realize the fuction of primary frequency，for reference of other hydropower.

Assessment rules；computer supervisio and control system；Primary frequency modulation；Function optimization design；secod frequecy regulation