李 青，浦恩任，秦 磊

（華能瀾滄江水電股份有限公司集控中心，云南 昆明650300）

0 引言

監(jiān)測和控制電網(wǎng)頻率是保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的主要任務(wù)之一。因為電力系統(tǒng)頻率會隨著電網(wǎng)負(fù)載改變而改變，所以按照中國電網(wǎng)頻率數(shù)值一般就是50 Hz，通過發(fā)電機組的調(diào)速系統(tǒng)和電網(wǎng)AGC系統(tǒng)，可以實時調(diào)節(jié)能源側(cè)的供電，來適應(yīng)負(fù)荷側(cè)電力的變化，實現(xiàn)發(fā)電和電力消耗之間的平衡，使電網(wǎng)的頻率保持在接近50 Hz的允許范圍內(nèi)。

調(diào)速器的主要任務(wù)是在單機帶負(fù)荷時根據(jù)偏離機組頻率（轉(zhuǎn)速）額定值的偏差，調(diào)節(jié)水輪機導(dǎo)葉機構(gòu)，調(diào)整汽輪機導(dǎo)葉機構(gòu)，保持機組輸出功率與功率消耗的平衡，使機組的頻率盡可能保持在額定值附近的允許范圍內(nèi)，避免一次調(diào)頻動作不合格導(dǎo)致的電量考核。糯扎渡電站機組主要存在導(dǎo)葉大開度時，導(dǎo)葉動作量不足一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)受影響，進(jìn)而導(dǎo)致一次調(diào)頻考核。

1 影響一次調(diào)頻的因素

我國電力發(fā)電運行的主要管控裝置含有調(diào)速器系統(tǒng)。調(diào)速器系統(tǒng)主要任務(wù)是負(fù)擔(dān)整個機組的開機、關(guān)機、調(diào)節(jié)負(fù)載、調(diào)速等多項任務(wù)。機組的一次調(diào)頻的管控與調(diào)整是由該系統(tǒng)獨立實現(xiàn)的。在該系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整過程中，不管是動態(tài)、靜態(tài)的特點還是調(diào)整的質(zhì)量都和該系統(tǒng)所設(shè)定的調(diào)速器參數(shù)的設(shè)定息息相關(guān)。最近幾年，由于科技技術(shù)的飛速發(fā)展，我國在調(diào)速器的生產(chǎn)水平與技術(shù)這兩方面發(fā)展的速度很快，所以該設(shè)備不但持續(xù)研發(fā)了新的構(gòu)造，而且完善和加強了管控方法和調(diào)整方式。當(dāng)前，調(diào)速器的參數(shù)設(shè)置主要有下面幾個，如：微分增益、比例增益、人工死區(qū)、積分增益和永態(tài)轉(zhuǎn)差率等等。因為這些參數(shù)的設(shè)置會極大改變電機組的一次調(diào)頻能力，所以如果參數(shù)的設(shè)置不匹配的話，那么電機組的第一次調(diào)頻不能達(dá)到預(yù)期的能力，嚴(yán)重造成反調(diào)整，甚至造成電網(wǎng)事故。

調(diào)速器參數(shù)設(shè)置的大小和每一個機組能否調(diào)節(jié)到該系統(tǒng)變成負(fù)荷的能力有緊密聯(lián)系，相當(dāng)于對該系統(tǒng)頻率的調(diào)整能力。要想達(dá)到系統(tǒng)的頻率調(diào)整能力強的效果，就必須使永態(tài)轉(zhuǎn)差率數(shù)值變小。同時，如果機組的容量在整個系統(tǒng)中占很重的比率時，那么參數(shù)的設(shè)置對電網(wǎng)頻率的影響就很大。我國當(dāng)前采用的微機調(diào)速器機組可以對這個進(jìn)行參數(shù)設(shè)定。但由于水輪機組的出力與水頭有很大關(guān)系，若水頭不同，水流慣性導(dǎo)致機組的慣性調(diào)節(jié)即使永態(tài)轉(zhuǎn)差率相同，機組的一次調(diào)頻性能會出現(xiàn)很大的區(qū)別，因此在調(diào)節(jié)水輪機組調(diào)節(jié)器時要關(guān)注水頭的問題。

調(diào)速器人工頻率死區(qū)的設(shè)定。如果在死區(qū)出現(xiàn)系統(tǒng)頻率變化的時候，不但要人工在調(diào)整單元的靜態(tài)特性上設(shè)定頻率死區(qū)，而且系統(tǒng)頻率變化時機組的頻率調(diào)整不跟著變化，以致于達(dá)到保持固定的負(fù)載不變的目的，讓機組的基本負(fù)載更加穩(wěn)定。因此，必須綜合考慮人工頻率死區(qū)的設(shè)置。如果死區(qū)設(shè)置太小，則不利于機組的穩(wěn)定性，而且死區(qū)太大，則不利于發(fā)揮機組的第一調(diào)頻功能。

運行模式參數(shù)指當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)中產(chǎn)生較大頻率波動時影響調(diào)速器運轉(zhuǎn)的運行模式的變換參數(shù)，也就是當(dāng)系統(tǒng)頻率變動到某個限制數(shù)值時，調(diào)速系統(tǒng)的模式變換到速度調(diào)節(jié)系統(tǒng)出廠時。該參數(shù)由制造商給出一個默認(rèn)值，并且該默認(rèn)值充分考慮保護(hù)機組在過頻率波動過大或過小時受的影響，但在系統(tǒng)故障的情況下，電廠進(jìn)入孤島模式或在系統(tǒng)中負(fù)擔(dān)主要負(fù)載時，系統(tǒng)中容積較大的發(fā)電廠將擔(dān)起調(diào)整系統(tǒng)頻率波動的責(zé)任，所以設(shè)定參數(shù)尤為重要。

一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)定關(guān)系到機組的穩(wěn)定性。如果人工頻率死區(qū)所制定的范圍很廣泛，那么調(diào)差系數(shù)就會很大，這樣的話機組的穩(wěn)定性也會大大的加強，但奉獻(xiàn)給電網(wǎng)一次調(diào)頻的能力就不高。所以對于一次調(diào)頻參數(shù)的制定要與機組的穩(wěn)定情況相結(jié)合，同時要充分的考慮到一次調(diào)頻的快速反應(yīng)能力標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前務(wù)必要強化并網(wǎng)機組調(diào)速系統(tǒng)及其相關(guān)參數(shù)的設(shè)定與管控，達(dá)到機組的聯(lián)網(wǎng)運作的要求，不然將對電網(wǎng)和機組在事故發(fā)生時的安全運行有不確定的因素存在。

2 一次調(diào)頻的考核計算

2.1 考核標(biāo)準(zhǔn)

對于如何考核一次調(diào)頻考核算法？現(xiàn)在主要是采用并網(wǎng)發(fā)電機組的方式，依次考核機組的一次調(diào)頻投運率和動作的準(zhǔn)確率。分開評估機組的一次調(diào)頻投運率與其動作的正確率，達(dá)到考察對象的目的。首先一次調(diào)頻動作方向和電網(wǎng)頻率要求的方向必須保持一致，另外實現(xiàn)理論上面的數(shù)值的相對比率；如果在考核和核算一次調(diào)頻的評價時，要考慮到不同種類的、不同型號的機組自身的性質(zhì)，不僅需要在電腦機組的實際操作積分電量時合情合理的制定出死區(qū)，而且需要考慮和參照整個機組能力不足的狀況，如機組在超負(fù)載工作時等等[1]。

對服務(wù)年限長、人工依靠程度高、或者將被政府關(guān)?；蚪?jīng)過技改仍不達(dá)標(biāo)的電站機組，倘若被一些電力監(jiān)管機構(gòu)認(rèn)證和批準(zhǔn)以后，這些一次調(diào)頻機組其考核的方式就依照下面的公式進(jìn)行考察：

機組當(dāng)月一次調(diào)頻考核金額=（上月考核總金額÷上月參與考核總裝機容量）×機組額定容量×μ。μ在0.1～0.5之間進(jìn)行取數(shù)。

2.1.1 考核時段

以15 min為一個考核時段，按月統(tǒng)計考核電量，年度匯總。

2.1.2 考核原則

如果想要依照一次調(diào)頻運行的時間總計就要進(jìn)行一次調(diào)頻投運；

如果根據(jù)次數(shù)進(jìn)行考核就要一次調(diào)頻動作。

2.1.3 基礎(chǔ)源數(shù)據(jù)

實時機組出力信息主要被使用在計算電力工廠真正的出力曲線；

機組實際出力限值信息：用于對因調(diào)節(jié)能力不足造成的動作不合格給予免考；

系統(tǒng)實時頻率信息：用于描繪系統(tǒng)頻率實時波動，統(tǒng)計應(yīng)動作次數(shù)；

機組一次調(diào)頻投運信息：用于統(tǒng)計機組一次調(diào)頻投運時間；

AGC動作指令信息：用于對因AGC動作造成的一次調(diào)頻不合格時段給予免考[2]。

2.1.4 考核算法

下面我們用機組k第i次動作為例子，來看看考核的計算方法評價。

一次調(diào)頻月度合格率計算方法公式如下：

其中，Mk是一次調(diào)頻進(jìn)行動作次數(shù)；Nk是機組k不符合規(guī)定的次數(shù)（只取參加了一次調(diào)頻動作的評估總數(shù)）。

如果月度計算次數(shù)擁有下面的所有情況，那么就可以稱為一次調(diào)頻應(yīng)動作次數(shù)Mk，水電機組和火電機組是不一樣的：

持續(xù)時間超過動作延時（15 s）；

電網(wǎng)頻率過動作死區(qū)（火電機組＞0.033 Hz，水電機組＞0.05 Hz）；

電網(wǎng)頻率過動作死區(qū)最開始的15 s都屬于死區(qū)范圍里。

如果頻率波動包括下面的情況，那么機組將面臨再一次的調(diào)頻動作考核和核算：

持續(xù)時間超過動作延時（15 s）；

電網(wǎng)頻率過動作死區(qū)（火電機組＞0.033 Hz，水電機組 ＞0.05 Hz）；

中間的頻率峰值超出評估門檻（＞0.05 Hz）；

電網(wǎng)頻率過動作死區(qū)最開始的15 s都屬于死區(qū)范圍里。

機組一次調(diào)頻動作的積分電量Qr達(dá)到理論動作積分電量Qt的一半判為動作合格，那么我們進(jìn)行如下計算：

積分起始結(jié)束時間選取方法如下：

圖1 考核計算選取圖

頻率過一次調(diào)頻動作死區(qū)為a點，此時對應(yīng)時間為t3，過考核峰值門檻后的最大值為c點，此時對應(yīng)的時間為t0，頻率復(fù)歸點為e點，此時對應(yīng)時間為t4，以t0時刻偏中心向兩邊延展30 s，記為t1點和t2點，分別對應(yīng)頻率點為b點和d點，則一次調(diào)頻的考核時間段算法如下：

①滿足t4-t3＞60 s，考核時間為從t3到t4之間。

②滿足t3＜t1且t2＜t4，考核時間從t1到t2之間。

③滿足t4-t3＞60 s且t3＞t1且t2＜t4，考核時間從t3到t3+60 s之間。

④滿足t4-t3＞60 s且t3＜t1且t2＞t4，考核時間從t4-60 s到t4之間。

評估有效的積分是指起始功率為t3點對應(yīng)的功率，而非考核起始點時的發(fā)電機功率。頻率回到死區(qū)超過3 s，即可認(rèn)為本次考核結(jié)束[3]。

2.2 免考計算方法

存在AGC指令干擾的一次調(diào)頻動作不合格自動免考，算法如下：

①Φ代表空集；

②τi1為免考標(biāo)志；

③ta1為一次調(diào)頻動作期間或之前20 min內(nèi)存在AGC指令的動作起始時間；

④ta2為該AGC動作結(jié)束時間；

⑤tp1為一次調(diào)頻動作起始時間；

⑥tp2為一次調(diào)頻動作結(jié)束時間。

如果因為機組在額定容量或者最小技術(shù)出力周圍運行，那么沒有辦法滿足一次調(diào)頻動作而要求自動免考，算法如下：（根據(jù)理論動作幅度判斷死區(qū)）

無調(diào)節(jié)能力水電機組、燈泡貫流式水電機組低于70%額定水頭。如果一次調(diào)頻動作所處時段機組水頭低于額定水頭70%，則該條一次調(diào)頻動作免考。

非電廠原因?qū)е码姀S和電網(wǎng)兩側(cè)頻率、功率測量存在明顯不一致造成考核不合理：人工設(shè)置。

非電廠原因造成一次調(diào)頻不合格，該時段不計算投運率：人工設(shè)置。

供熱機組由于當(dāng)前供熱量發(fā)生正負(fù)15%及以上突變導(dǎo)致的考核：根據(jù)上報的供熱機組供熱量發(fā)生正負(fù)15%的時段，判斷處于該時段的一次調(diào)頻動作免考[2]。

本次動作是否免考，計算方法：

最終，統(tǒng)計機組k月度考核電量Qk：

其中，Yk為一次調(diào)頻投運率。

3 糯扎渡電廠一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)模式

在機組并網(wǎng)前空載狀態(tài)，調(diào)速器控制機組跟蹤頻率給定值使用頻率模式調(diào)節(jié)，使機組能快速達(dá)到預(yù)定頻率。機組并網(wǎng)后，默認(rèn)開度模式為控制模式，調(diào)速器控制機組跟蹤導(dǎo)葉開度給定值。并網(wǎng)后一次調(diào)頻主要由監(jiān)控系統(tǒng)來完成，監(jiān)控系統(tǒng)通過AGC來反映當(dāng)前機組有功設(shè)定值和機組功率反饋值，來計算兩者差值，然后換算成相應(yīng)的增、減調(diào)節(jié)脈沖命令給電調(diào)。此時，調(diào)速器作為一個隨動系統(tǒng)變化接受監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)來的增、減脈沖命令來調(diào)整機組有功，從而達(dá)到有功調(diào)節(jié)的目的。

圖2 一次調(diào)頻配合原理框圖

圖3 一次調(diào)頻原理框圖

PID調(diào)節(jié)框圖稱為頻率主環(huán)，BP為調(diào)差系數(shù)，空載時，BP和死區(qū)都為零，PID調(diào)節(jié)參數(shù)采用空載參數(shù)，并網(wǎng)時，BP和死區(qū)為設(shè)定值，PID調(diào)節(jié)參數(shù)采用負(fù)載參數(shù)，功率通常由監(jiān)控系統(tǒng)來調(diào)整，直接作用于導(dǎo)葉位置輸出，右邊的PI調(diào)節(jié)框圖稱為導(dǎo)葉副環(huán)，它是由軟件來管控導(dǎo)葉閉環(huán)，最后控制輸出就是對應(yīng)導(dǎo)葉偏差的增量信號。該信號經(jīng)過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后傳輸給電液轉(zhuǎn)換器。

空載時，BP為零（BP為零的目的是因為要調(diào)整頻率到目標(biāo)值，這樣開度需要一個寬泛的調(diào)整范圍和速度性，如果BP設(shè)有一定的數(shù)值，如果過大會造成導(dǎo)葉調(diào)節(jié)不到位的情況），死區(qū)為零（因為是頻率為控制對象，所以要控制極度精準(zhǔn)，所以不能設(shè)有死區(qū)，如果有死區(qū)，即不能設(shè)置精準(zhǔn)的目標(biāo)值），PID調(diào)節(jié)參數(shù)就使用空載參數(shù)[4]。

并網(wǎng)時，BP和死區(qū)為設(shè)定值，PID調(diào)節(jié)參數(shù)采用負(fù)載參數(shù)，功率通常由監(jiān)控系統(tǒng)來調(diào)整，直接作用于導(dǎo)葉位置輸出，導(dǎo)葉給定有三部分組成：Gv_Give=Pgv+Ynld+Ypid（公式 1）

Pgv為監(jiān)控脈沖功率給定（內(nèi)部折算出的導(dǎo)葉開度，是監(jiān)控增減功過程中逐步疊加的一個導(dǎo)葉開度給定）；程序內(nèi)部實現(xiàn)是以公式2進(jìn)行：Pgv=Pgv+Trp/100（公式 2）

Ynld為空載開度；該空載開度為定值，每個水頭下都對應(yīng)一個相應(yīng)的空載開度，以滿足開機，空載控制需要。舉例糯扎渡電廠空載開度和水頭對應(yīng)關(guān)系如表1：

表1 一次調(diào)頻對應(yīng)各水頭下的導(dǎo)葉空載開度

Ypid為根據(jù)頻差計算出的PID輸出的開度。程序內(nèi)部計算靠公式Y(jié)pid=Yp+Yd+int（Yi/20000）計算。

4 具體實施步驟

4.1 對調(diào)速器進(jìn)行導(dǎo)葉開度試驗

當(dāng)機組在發(fā)電態(tài)，導(dǎo)葉開度設(shè)置不同參數(shù)時檢查開度，在調(diào)速器參數(shù)中輸入各個試驗導(dǎo)葉開度量，試驗步驟如下：

在7號機組調(diào)速器電氣柜進(jìn)行一次調(diào)頻模擬試驗，PID輸出未設(shè)置2%疊加量。在70%導(dǎo)葉開度附近試驗數(shù)據(jù)如表2：

表2 70%導(dǎo)葉開度試驗數(shù)據(jù)

在7號機組調(diào)速器電氣柜進(jìn)行一次調(diào)頻模擬試驗，PID輸出未設(shè)置2%疊加量。在90%導(dǎo)葉開度附近試驗數(shù)據(jù)如表3：

表3 90%導(dǎo)葉開度試驗數(shù)據(jù)

對應(yīng)導(dǎo)葉開度曲線如圖4：

圖4 導(dǎo)葉大開度對比圖

試驗結(jié)果：當(dāng)機組在發(fā)電態(tài)，導(dǎo)葉開度設(shè)置不同參數(shù)時檢查開度，在調(diào)速器參數(shù)中輸入各個試驗導(dǎo)葉開度量，試驗表明，導(dǎo)葉開度正確。

4.2 對調(diào)速器程序修改設(shè)置疊加量

對調(diào)速器電氣柜上對調(diào)速器程序中進(jìn)行控制邏輯修改，當(dāng)導(dǎo)葉開度大于92%時，一次調(diào)頻動作，導(dǎo)葉給定自動疊加一定開度后再次進(jìn)行試驗（見圖5、圖 6、表 4、表 5）。

圖5 程序未設(shè)置疊加量

5 結(jié)束語

通過對比導(dǎo)葉設(shè)置疊加量前后的導(dǎo)葉動作量，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉開度在95%以上時設(shè)置疊加量后導(dǎo)葉動作量明顯增加，符合了我們機組調(diào)節(jié)的相關(guān)要求，并且PID輸出已經(jīng)有了設(shè)置疊加量，滿足一次調(diào)頻考核要求。

圖6 程序設(shè)置疊加量

表4 95%未設(shè)置開度疊加量

表5 95%設(shè)置開度疊加量