鄭艷梅，饒士立

(湖北清江水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443000)

水布埡水力發(fā)電廠位于清江中游的巴東縣水布埡鎮(zhèn)，共有4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量460 MW，裝機(jī)容量1 840 MW，是湖北電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻主力。目前4臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻的人工死區(qū)為±0.05 Hz。2017年5月，水布埡電廠4臺(tái)機(jī)組在進(jìn)行一次調(diào)頻復(fù)核試驗(yàn)時(shí)，一次調(diào)頻動(dòng)作正確、響應(yīng)及時(shí)，但一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量不足且不合格。目前電網(wǎng)對(duì)供電電能質(zhì)量要求越來(lái)越高，一次調(diào)頻功能已納入電網(wǎng)輔助服務(wù)考核，一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量不足將被電網(wǎng)考核。2017年4月，電網(wǎng)出現(xiàn)2次大的頻率波動(dòng)，水布埡電廠每臺(tái)機(jī)組的一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量?jī)纱尉缓细袂冶浑娋W(wǎng)考核，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)損失。

1 原因分析

由圖1并查閱文獻(xiàn)[1]可知，水布埡電廠機(jī)組調(diào)速器控制模型為串聯(lián)型PID結(jié)構(gòu)。水布埡電廠調(diào)速器正常工作于開(kāi)度控制方式，此調(diào)節(jié)方式下一次調(diào)頻調(diào)節(jié)量以導(dǎo)葉開(kāi)度為疊加量形成閉環(huán)控制，而開(kāi)度疊加量?jī)H依據(jù)調(diào)節(jié)頻差計(jì)算，未考慮水頭和其他因素的影響，即任何水頭下均以相同開(kāi)度調(diào)節(jié)量疊加。一次調(diào)頻調(diào)節(jié)量在不同水頭不同調(diào)節(jié)頻差下的有功功率調(diào)節(jié)量存在較大差異。水布埡電廠機(jī)組歷年來(lái)的水頭變化與防汛要求是相一致的。每年3月，水庫(kù)開(kāi)始降低水位，全年的最低水位大概在6～9月底；汛期結(jié)束，大概從10月中旬開(kāi)始抬升水位，直至11月中下旬，全年的最高水位大概11月底～第二年的3月。水頭的變化對(duì)機(jī)組負(fù)荷和一次調(diào)頻的效果有很明顯的影響因素。根據(jù)湖北清江水布埡水力發(fā)電廠1～4號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)報(bào)告，2013年11～12月，中國(guó)電力科學(xué)研究院進(jìn)行水布埡電廠機(jī)組的水輪機(jī)及其調(diào)節(jié)系統(tǒng)模型參數(shù)測(cè)試期間的水頭大概在額定水頭185 m，而在2017年，一次調(diào)頻復(fù)核性試驗(yàn)期間的水頭只有175 m，參數(shù)優(yōu)化前的頻率階躍擾動(dòng)檢查性試驗(yàn)中的調(diào)差率均不合格。除此之外，2017年4月，電網(wǎng)出現(xiàn)2次大的頻率波動(dòng)，水布埡電廠每臺(tái)機(jī)組的一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量?jī)纱尉缓细?，查詢?dāng)時(shí)水頭僅為170 m，與機(jī)組額定水頭185 m有一定差距。參考文獻(xiàn)[2]和[3]，并在前述分析基礎(chǔ)上，得出結(jié)論：在調(diào)速器的一次調(diào)頻調(diào)節(jié)算法中，需考慮水頭的變化。

圖1 水布埡電廠機(jī)組一次調(diào)頻控制模型原理圖

同時(shí)，在頻率階躍擾動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)組導(dǎo)葉接力器的動(dòng)作初始階段的機(jī)械阻尼比較大，小頻差擾動(dòng)引起的功率變化小于等比例條件下的大頻差引起的功率變化。因此，也要考慮小頻差下的功率變化幅度問(wèn)題。

2 優(yōu)化處理

由上分析，確定了水布埡電廠四臺(tái)機(jī)組調(diào)速器控制邏輯修改原則：

1)保持基本的調(diào)速器參數(shù)不變，以便保證AGC能夠穩(wěn)定運(yùn)行；

2)一次調(diào)頻邏輯要考慮水頭的變化；

3)一次調(diào)頻邏輯要考慮小頻差下的功率變化幅度問(wèn)題。

修改后的調(diào)速器的一次調(diào)頻控制邏輯圖如圖2所示，增加了兩個(gè)函數(shù)環(huán)節(jié)，其他參數(shù)均未修改，F(xiàn)1(X)為頻差修正系數(shù)，F(xiàn)2(X)為水頭修正系數(shù)；修改各機(jī)組調(diào)速器電氣柜程序中一次調(diào)頻調(diào)節(jié)算法，對(duì)調(diào)速器負(fù)載開(kāi)度模式下的一次調(diào)頻開(kāi)度疊加量乘以系數(shù)予以適當(dāng)放大，以滿足調(diào)節(jié)要求。考慮到水頭和調(diào)節(jié)頻差差異的影響，放大系數(shù)由頻差修正系數(shù)F1(X)和水頭修正系數(shù)F2(X)相乘得出。

圖2 優(yōu)化后的機(jī)組一次調(diào)頻控制模型原理圖

將4臺(tái)機(jī)組的一次調(diào)頻頻差絕對(duì)值Δf(已減去頻率死區(qū)0.05 Hz)，依據(jù)文獻(xiàn)[4]要求，按以下分段：0<Δf<0.05 Hz，0.05 Hz≤Δf<0.1 Hz，Δf≥0.1 Hz或Δf≤0 Hz。相應(yīng)區(qū)間的頻差修正系數(shù)取值如表1所示。

表1 F1(X)系數(shù)取值表

將4臺(tái)機(jī)組水頭h以下分段：195 m≤h≤201 m，185 m≤h<195 m，175 m≤h<185 m，175 m≤h<185 m，165 m≤h<175 m，h>201 m或h<153 m。相應(yīng)區(qū)間的水頭修正系數(shù)取值如表2所示。

表2 F2(X)系數(shù)取值表

修改4臺(tái)機(jī)組調(diào)速器電氣柜A、B套PLC控制程序，將主程序MAST Task下的Incdec子程序段中“%MF54:=%MF56*2.0/%MF110;”語(yǔ)句修改為如下語(yǔ)句：

IF %MW2024<=201 AND %MW2024>=195 THEN %MF32:=K1;END_IF;

IF %MW2024<195 AND %MW2024>=185 THEN %MF32:=K1;END_IF;

IF %MW2024<185 AND %MW2024>=175 THEN %MF32:=K1;END_IF;

IF %MW2024<175 AND %MW2024>=165 THEN %MF32:=K1;END_IF;

IF %MW2024<165 AND %MW2024>=153 THEN %MF32:=K1;END_IF;

IF %MW2024>201 OR %MW2024<153 THEN %MF32:=K1;END_IF;

%MF42:=ABS(%MF56);

IF %MF42>0.0 AND %MF42<0.05 THEN %MF49:=K2;END_IF;

IF %MF42>=0.05 AND %MF42<0.1 THEN %MF49:=K2;END_IF;

IF %MF42>=0.1 OR %MF42<=0.0 THEN %MF49:=K2;END_IF;

%MF54:=%MF56*2.0*%MF32*%MF49/%MF110;

上述語(yǔ)句中K1、K2為符號(hào)示例，K1為水頭修正系數(shù)，K2為頻差修正系數(shù)，修改程序時(shí)需以具體常數(shù)值代替，具體數(shù)值見(jiàn)表1、表2。

各機(jī)組程序修改完成后進(jìn)行通道切換試驗(yàn)，確保機(jī)組空載和負(fù)載時(shí)調(diào)節(jié)控制功能正常。經(jīng)過(guò)優(yōu)化水布埡電廠4臺(tái)機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻控制邏輯后，水布埡電廠機(jī)組運(yùn)行至今，沒(méi)有再出現(xiàn)一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量不合格的情況，避免了被電網(wǎng)考核，挽回了電廠的經(jīng)濟(jì)損失，為電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

3 結(jié) 語(yǔ)

一次調(diào)頻功能是水輪發(fā)電機(jī)組的必備功能之一，因此調(diào)速器一次調(diào)頻控制邏輯的完善與否至關(guān)重要，直接關(guān)系到機(jī)組一次調(diào)頻能否正確動(dòng)作，一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量是否合格，對(duì)維持電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定影響巨大。同時(shí)，相應(yīng)的機(jī)組頻率測(cè)量精度、導(dǎo)葉開(kāi)度測(cè)量精度、機(jī)組有功功率測(cè)量精度也會(huì)對(duì)機(jī)組的一次調(diào)頻能力產(chǎn)生影響。只有當(dāng)機(jī)組的測(cè)量元件的硬件性能和軟件設(shè)計(jì)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，才能保證機(jī)組的一次調(diào)頻性能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。