徐秀英

[摘 ? ?要]為提高電網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性，保證電網(wǎng)有功功率平衡，對(duì)原來(lái)采用的一次調(diào)頻調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了仔細(xì)分析研究，在原有控制策略基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)際運(yùn)行表明，這種優(yōu)化后的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)，提高了機(jī)組快速響應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的要求，從而確保了一次調(diào)頻控制系統(tǒng)的長(zhǎng)期、穩(wěn)定投入。

[關(guān)鍵詞]一次調(diào)頻;調(diào)整改造;原因分析;實(shí)驗(yàn)

[中圖分類號(hào)]F426.91;TV74;F426.61 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）06–0–03

[Abstract]In order to improve the operation stability of power grid and ensure the active power balance of power grid， the original primary frequency regulation system is carefully analyzed and optimized based on the original control strategy. The actual operation shows that the optimized primary frequency regulation control system improves the requirement of quick response to grid load， thus ensuring the long-term and stable operation of the primary frequency regulation control system.

[Keywords]primary frequency modulation; adjustment and transformation; cause analysis; experiment

一次調(diào)頻功能是動(dòng)態(tài)的保證電網(wǎng)有功功率平衡的手段之一。當(dāng)電網(wǎng)頻率升高時(shí)一次調(diào)頻功能要求機(jī)組降低并網(wǎng)有功功率，反之，機(jī)組提高并網(wǎng)有功功率。水電站為混流式水輪發(fā)電機(jī)，一次調(diào)頻功能通過(guò)調(diào)整水輪機(jī)導(dǎo)葉開度快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化，保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1 機(jī)組概況

水電站為5臺(tái)27.5 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組。發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF27.5-40/7600，水輪機(jī)型號(hào)為HLA801-LJ-336，水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)型號(hào)為HGS-H21。

2 一次調(diào)頻原控制策略存在的問(wèn)題分析

2.1 本區(qū)域電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻機(jī)組的要求

（1）一次調(diào)頻人工死區(qū)：水電機(jī)組死區(qū)控制在±0.05 Hz。

（2）轉(zhuǎn)速不等率：水電機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率（永態(tài)轉(zhuǎn)差率）不大于3%。

（3）一次調(diào)頻的最大調(diào)整負(fù)荷限幅：水電機(jī)組除振動(dòng)區(qū)和空化區(qū)外不設(shè)置限幅。

（4）一次調(diào)頻的響應(yīng)特性：一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間指運(yùn)行機(jī)組從電網(wǎng)頻率越過(guò)該機(jī)組一次調(diào)頻的死區(qū)開始，到該機(jī)組的負(fù)荷開始變化所需的時(shí)間。

①水電機(jī)組：額定水頭在50 m以下的水電機(jī)組，一次調(diào)頻響應(yīng)滯后時(shí)間應(yīng)小于10 s。

②所有機(jī)組一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)整幅度應(yīng)在15s內(nèi)達(dá)到理論計(jì)算的一次調(diào)頻的最大負(fù)荷調(diào)整幅度的90%。

③在電網(wǎng)頻率變化超過(guò)機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)開始的45s內(nèi)，機(jī)組實(shí)際出力與響應(yīng)目標(biāo)偏差的平均值應(yīng)在理論計(jì)算的調(diào)整幅度的士5%內(nèi)。

（5）并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組一次調(diào)頻月度平均合格率應(yīng)滿足水電機(jī)組一次調(diào)頻平均合格率不小于60%。

（6）一次調(diào)頻大頻差擾動(dòng)性能考核。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生頻率超過(guò)（50+0.1） Hz大頻差擾動(dòng)時(shí)，開展機(jī)組一次調(diào)頻專項(xiàng)考核。單次大頻差擾動(dòng)一次調(diào)頻合格率I大頻差應(yīng)不小于80%，低于80%按200分/次考核。

2.2 一次調(diào)頻扣分情況及原因

2019年上半年電站一次調(diào)頻考核、補(bǔ)償情況如表1所示：

通過(guò)查詢計(jì)算機(jī)監(jiān)控曲線、綜合機(jī)組運(yùn)行情況、水庫(kù)情況分析，主要原因如下。

（1）電站處于電網(wǎng)末端，采集到頻率偏差時(shí)間比省調(diào)統(tǒng)計(jì)考核時(shí)間晚1 s左右，而大頻差一般持續(xù)時(shí)間為3 s左右，使水電站一次調(diào)頻動(dòng)作滯后，響應(yīng)滯后，有效積分時(shí)間短，動(dòng)作積分電量減少。

（2）電站水庫(kù)因泥沙淤積已無(wú)庫(kù)容，而電站所有機(jī)組均為人工水頭，水位變化大。當(dāng)正常調(diào)整負(fù)荷后，機(jī)組導(dǎo)葉開度不變，水位緩慢下降，機(jī)組出力隨水位下降而緩慢降低時(shí)，若一次調(diào)頻動(dòng)作，導(dǎo)葉存在一部分空行程，使得出力響應(yīng)合格率不能達(dá)到80%，同時(shí)導(dǎo)致積分電量合格率不能達(dá)到80%，嚴(yán)重時(shí)甚至不能滿足常規(guī)擾動(dòng)時(shí)的60%合格率要求。

（3）電站機(jī)組都運(yùn)行在開度模式。一次調(diào)頻只調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度，以開度閉環(huán)，與兩個(gè)細(xì)則計(jì)算時(shí)采用的功率存在較大偏差，時(shí)常發(fā)生一次調(diào)頻響應(yīng)后導(dǎo)葉開度明顯變化而功率不變的情況，從而導(dǎo)致一次調(diào)頻性能不合格。開度模式一次調(diào)頻的動(dòng)作過(guò)程是頻差→導(dǎo)葉開度→有功功率的模式。其中，頻差→導(dǎo)葉開度這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程，是調(diào)速器控制系統(tǒng)檢測(cè)到頻差，歸算至對(duì)應(yīng)導(dǎo)葉開度行程并執(zhí)行的過(guò)程;導(dǎo)葉開度→有功功率過(guò)程受水輪機(jī)工作水頭和機(jī)組工況（在當(dāng)前水頭下，當(dāng)前功率所對(duì)應(yīng)最佳導(dǎo)葉開度）影響。

（4）電網(wǎng)調(diào)度規(guī)定，非當(dāng)值調(diào)度同意，電站有功功率調(diào)節(jié)不得人工投入。電站機(jī)組在人工水頭情況下均不能保證在最佳工況運(yùn)行。特別是在汛期機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)葉開度基本都在100%，即便減小5個(gè)開度，出力也不會(huì)明顯變化，這就導(dǎo)致小頻率偏差范圍出力調(diào)節(jié)量不足，一次調(diào)頻合格率不達(dá)標(biāo)。

（5）一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，水錘效應(yīng)突出，抵消了大部分正向積分動(dòng)作電量，導(dǎo)致一次調(diào)頻正向動(dòng)作積分電量不能滿足2個(gè)細(xì)則要求。

3 一次調(diào)頻功能優(yōu)化方案

根據(jù)上述原因分析，電站做以下參數(shù)優(yōu)化：

（1）采取調(diào)整一次調(diào)頻PID參數(shù)增加出力響應(yīng)正向積分時(shí)間、減少水錘效應(yīng)反向影響。

（2）減小一次調(diào)頻死區(qū)，在同樣頻差情況下增大功率調(diào)節(jié)量等措施改善一次調(diào)頻性能。

經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行觀察，以上優(yōu)化措施效果不明顯。

電站根據(jù)運(yùn)行情況對(duì)方案做以下調(diào)整：

（1）對(duì)電站機(jī)組一次調(diào)頻功能進(jìn)行改造，采用增強(qiáng)型一次調(diào)頻模式，增加一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)的積分電量。

（2）調(diào)速器廠家根據(jù)電站機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況設(shè)計(jì)兩套調(diào)速器調(diào)節(jié)模式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)性能試驗(yàn)結(jié)果，合理地選擇調(diào)節(jié)模式。

（3）電科院根據(jù)調(diào)速?gòu)S家改造后的一次調(diào)頻功能在不同頻差、不同開度工況下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，合理設(shè)置一次調(diào)頻參數(shù)。

（4）測(cè)試、優(yōu)化調(diào)速器頻率采集周期及算法，減少一次調(diào)頻響應(yīng)滯后時(shí)間，提高積分時(shí)間、響應(yīng)速率。

（5）大頻差擾動(dòng)情況，一次調(diào)頻動(dòng)作結(jié)果以功率閉環(huán)為準(zhǔn)，一次調(diào)頻幅度設(shè)置為不限幅。

（6）優(yōu)化參數(shù)，盡可能減小水錘對(duì)一次調(diào)頻的反向影響。

4 試驗(yàn)測(cè)試

4.1 調(diào)速器靜態(tài)特性試驗(yàn)

4.1.1 測(cè)試目的

測(cè)量調(diào)速器的靜態(tài)特性，如轉(zhuǎn)速死區(qū)[ix]，非線性[%FSR]，校驗(yàn)轉(zhuǎn)差系數(shù)[bp]。

4.1.2 測(cè)試步驟

（1）確認(rèn)調(diào)速器在自動(dòng)、發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)。

（2）通過(guò)人機(jī)界面或面板上的操作開關(guān)將導(dǎo)葉開度給定調(diào)整至50%。

（3）修改做靜特性試驗(yàn)需要參數(shù)：①設(shè)置開度模式Kp=10，Ki=10，Kd=0，Bp=6%，DB=0;②禁止一次調(diào)頻功能;③禁止孤網(wǎng)投入功能;④修改水頭開度曲線中對(duì)應(yīng)水頭的“空載開度”改為5，對(duì)應(yīng)水頭的“開度限制”改為99;⑤打開電氣開限至99%。

（4）在人機(jī)界面中調(diào)出“調(diào)速器靜特性試驗(yàn)”畫面，按照提示進(jìn)行試驗(yàn)。

4.1.3 測(cè)試要求

調(diào)速器轉(zhuǎn)速死區(qū)小于0.02%。

4.1.4 測(cè)試結(jié)果

bp=5.99%，ix=0.004%，符合要求。

4.2 空載擾動(dòng)試驗(yàn)

（1）測(cè)試目的：通過(guò)調(diào)整空載PID參數(shù)，測(cè)試調(diào)速器在空載運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

（2）測(cè)試步驟：①啟動(dòng)仿真機(jī)對(duì)機(jī)組頻率、導(dǎo)葉開度進(jìn)行錄波;②分別施加1%、2%、4%、8%的階躍至頻率給定;③計(jì)算調(diào)節(jié)時(shí)間及超調(diào)量;④調(diào)整空載PID參數(shù)。

（3）測(cè)試要求：調(diào)節(jié)PID參數(shù)值至最優(yōu)值。

（4）測(cè)試圖如圖1～圖4所示：

一次調(diào)頻頻差擾動(dòng)量分別在±0.15 Hz、±0.20 Hz時(shí)，進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)，記錄機(jī)組負(fù)荷變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

（5）結(jié)果分析：①一次調(diào)頻固有死區(qū)為+0.005 Hz，滿足技術(shù)導(dǎo)則不大于土0.02 Hz的要求。②一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間均不大于1.5 s，滿足導(dǎo)則不大于4 s的要求。③90%目標(biāo)負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間為5.8～8.8s，滿足導(dǎo)則15 s內(nèi)達(dá)到機(jī)組響應(yīng)目標(biāo)90%的要求。④負(fù)荷響應(yīng)穩(wěn)定時(shí)間為9.8～11.9 s，滿足導(dǎo)則30 s內(nèi)負(fù)荷響應(yīng)穩(wěn)定的要求。

5 一次調(diào)頻功能優(yōu)化后效果

通過(guò)調(diào)速器廠家和電科院的努力，成功完成對(duì)電站一次調(diào)頻功能的優(yōu)化。經(jīng)測(cè)試，優(yōu)化后的一次調(diào)頻功能均通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。電站機(jī)組一次調(diào)頻功能優(yōu)化后，一次調(diào)頻考核補(bǔ)償情況見表3。

2020年5月、6月一次調(diào)頻考核分?jǐn)?shù)81.98分，較同期694.43分減少612.45分，一次調(diào)頻合格率大幅提升，電站機(jī)組功率響應(yīng)基本滿足電網(wǎng)公司要求。

目前機(jī)組一次調(diào)頻功能投入運(yùn)行正常，該系統(tǒng)的功能優(yōu)化，為同類型機(jī)組及控制系統(tǒng)的優(yōu)化提供了一種可行模式。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄧育林.巖灘水電站2號(hào)機(jī)組調(diào)速器功率故障原因分析及處理[J].紅水河，2020，39（3）：84-87.