王 軍
(國能大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠,四川 漢源 625304)
深溪溝水電站位于四川省大渡河中游漢源縣和甘洛縣接壤部,為大渡河干流規(guī)劃的第十八級(jí)電站,其上一梯級(jí)為瀑布溝電站。電站接瀑布溝水電站尾水,裝機(jī)規(guī)模為4×165 MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組,以500 kV電壓等級(jí)接入電力系統(tǒng)。深溪溝水電站調(diào)速器微機(jī)調(diào)節(jié)器采用法國施耐德昆騰+M580構(gòu)架的PLC雙重冗余配置,監(jiān)控系統(tǒng)AGC采用DCS技術(shù)應(yīng)用的虛擬DPU控制,機(jī)組LCU采用傳統(tǒng)施耐德昆騰系列雙機(jī)熱備機(jī)架。
2019年5月6日,某500 kV主力廠多臺(tái)機(jī)組跳閘,西南電網(wǎng)損失功率約180萬kW,電網(wǎng)頻率出現(xiàn)持續(xù)低頻,最大頻偏約-0.23 Hz,穩(wěn)態(tài)頻偏在-0.11~-0.12 Hz之間波動(dòng),持續(xù)時(shí)間超過5 min。
在此期間瀑布溝電站2F、4F、5F機(jī)組和深溪溝電站2F機(jī)組均存在AGC與一次調(diào)頻配合不協(xié)調(diào)而出現(xiàn)反調(diào)的問題,具體數(shù)據(jù)見瀑布溝5F機(jī)組調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)(圖1、圖2)。
根據(jù)圖1、圖2數(shù)據(jù)記錄分析,15:16:26,瀑布溝電站5F機(jī)組頻率持續(xù)降低,機(jī)組一次調(diào)頻正常動(dòng)作,機(jī)組有功功率逐步從204 MW上升至228 MW。15:16:37,瀑布溝電站AGC下發(fā)5F機(jī)組有功調(diào)節(jié)199 MW命令,電站AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合采用“直接疊加”方式,5F機(jī)組有功功率從228 MW降低至198 MW。由于AGC調(diào)節(jié)影響,調(diào)節(jié)結(jié)果為AGC功率閉環(huán)調(diào)節(jié)值,AGC與一次調(diào)頻配合不協(xié)調(diào)削弱了一次調(diào)頻動(dòng)作效果。
圖1 瀑布溝5F機(jī)組PMU數(shù)據(jù)
圖2 瀑布溝5F機(jī)組監(jiān)控調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)
監(jiān)控系統(tǒng)與機(jī)組一次調(diào)頻配合主要原則如下:
(1)監(jiān)控系統(tǒng)投入功率閉環(huán)調(diào)節(jié)時(shí)應(yīng)不限制機(jī)組一次調(diào)頻的正常調(diào)節(jié),一次調(diào)頻功率調(diào)節(jié)量應(yīng)與監(jiān)控系統(tǒng)功率給定實(shí)現(xiàn)直接疊加。
(2)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)增設(shè)一次調(diào)頻修正功能,根據(jù)電網(wǎng)頻率變化計(jì)算機(jī)組一次調(diào)頻功率調(diào)節(jié)量,修正監(jiān)控系統(tǒng)功率給定。應(yīng)配置不同參數(shù)組,設(shè)置最大負(fù)荷、最小負(fù)荷限制措施。
(3)監(jiān)控系統(tǒng)一次調(diào)頻修正功能應(yīng)不影響原有AGC及操作員功率調(diào)節(jié)的速度及幅度,一次調(diào)頻修正功能不主動(dòng)閉鎖AGC功率調(diào)節(jié)指令和操作員功率調(diào)節(jié)。
3.2.1 調(diào)速器系統(tǒng)基礎(chǔ)功能完善
調(diào)速器應(yīng)具備導(dǎo)葉控制“三選二”功能。頻率控制“三取中值”功能,保障頻率控制、開度控制的穩(wěn)定性。
圖3 開度、頻率控制示意圖
3.2.2 調(diào)速器系統(tǒng)配合功能完善
調(diào)速器系統(tǒng)計(jì)算工頻(50 Hz)與A、B機(jī)殘壓1、殘壓2、齒盤頻率信號(hào)的頻差數(shù)據(jù),將頻差數(shù)據(jù)通過4~20 mA模擬量信號(hào)上送機(jī)組LCU單元,上送頻率精度為0.001 Hz。新增頻差保護(hù)功能,若調(diào)速器切“孤網(wǎng)參數(shù)”或非自動(dòng)運(yùn)行或非負(fù)載態(tài),則將上送監(jiān)控系統(tǒng)的頻率偏差數(shù)據(jù)置0。
3.2.3 監(jiān)控系統(tǒng)LCU功率調(diào)節(jié)功能完善
(1)機(jī)組LCU將接收到的調(diào)速器3路頻差數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換精度0.001 Hz。新增Δ殘壓1、Δ殘壓2、Δ齒盤頻差“三取中”邏輯,將三取中頻差數(shù)據(jù)賦值給Δf頻偏。
(2)機(jī)組LCU計(jì)算一次調(diào)頻功率修正值,新增一次調(diào)頻頻率偏差計(jì)算理論功率調(diào)節(jié)量程序邏輯,計(jì)算公式:ΔP=|Δf頻偏-db人工死區(qū)|÷50×PN÷bp。
(3)在機(jī)組LCU功率閉環(huán)中增加一次調(diào)頻動(dòng)作量,將一次調(diào)頻理論調(diào)節(jié)功率值疊加至AGC功率調(diào)節(jié)值,將“功率設(shè)定值+一次調(diào)頻動(dòng)作值-實(shí)發(fā)值”作為功率PID調(diào)節(jié)目標(biāo)值。
自適應(yīng)協(xié)調(diào)配合控制流程見圖4。
圖4 AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合控制流程框圖
AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合控制流程框圖中應(yīng)注意以下問題:
(1)頻率死區(qū)及方向(SELECT):在一次調(diào)頻死區(qū)以外,計(jì)算帶方向的頻率偏差。
(2)一次調(diào)頻理論功率調(diào)節(jié)量計(jì)算(Pfm):根據(jù)頻率偏差方向,計(jì)算的一次調(diào)頻功率理論調(diào)節(jié)量應(yīng)帶有調(diào)節(jié)方向。
(3)一次調(diào)頻理論功率調(diào)節(jié)量功率疊加前速率限制(VEL_LIM):應(yīng)根據(jù)有功增減方向設(shè)置不同的速率限制值,速率限制計(jì)算周期應(yīng)可調(diào)。速率限制計(jì)算周期應(yīng)根據(jù)實(shí)際帶負(fù)荷調(diào)節(jié)測試進(jìn)行整定。
(4)監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻功率閉環(huán)疊加(AGC_PF):功率閉環(huán)疊加值應(yīng)與機(jī)組LCU功率閉環(huán)進(jìn)入PID調(diào)節(jié)運(yùn)算前的最終給定值直接疊加。
未投入監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合功能前,功率調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果見圖5。
圖5 監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻不協(xié)調(diào)試驗(yàn)記錄
4.1.1 試驗(yàn)條件及參數(shù)定義
(1)條件:機(jī)組LCU功率閉環(huán)始終投入,退出監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合功能。
(2)定義:頻率:50 Hz與試驗(yàn)頻率的偏差值,即:試驗(yàn)低頻,頻率偏差為“+”;試驗(yàn)高頻,頻率偏差為“-”;LCU-PID:監(jiān)控系統(tǒng)功率給定值與機(jī)組功率反饋值的差值。
4.1.2 試驗(yàn)過程及說明
(1) 1.4~10 s,監(jiān)控LCU功率閉環(huán)始終投入,試驗(yàn)前機(jī)組功率給定與功率反饋值基本一致,即“LCUPID”=0。
(2) 10 s開始,當(dāng)試驗(yàn)頻率降低為49.8 Hz時(shí),調(diào)速器系統(tǒng)頻率偏差為“+0.2 Hz”,調(diào)速器一次調(diào)頻動(dòng)作,機(jī)組減有功功率,即“導(dǎo)葉反饋”逐漸減小,“功率反饋”逐漸降低。
(3) 10~20 s,一次調(diào)頻動(dòng)作,機(jī)組減有功功率時(shí),機(jī)組LCU中功率給定值與功率反饋值偏差逐漸增加,即“LCU-PID”逐漸增大。
(4) 20~51 s,監(jiān)控系統(tǒng)LCU啟動(dòng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié),目的將機(jī)組有功功率重新拉回目標(biāo)給定值,由于此時(shí)監(jiān)控LCU功率調(diào)節(jié)的介入,“導(dǎo)葉給定”逐漸增加,“導(dǎo)葉反饋”逐漸增加,“功率反饋”逐漸增大,“LCU-PID”逐漸減小至0。該過程一直持續(xù)到機(jī)組有功反饋跟蹤至機(jī)組有功給定值。
(5) 51~118 s,一次調(diào)頻頻差恒定,一次調(diào)頻量恒定,監(jiān)控LCU功率給定值恒定,LCU功率閉環(huán)調(diào)節(jié)到位后保持穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)該過程調(diào)節(jié),一次調(diào)頻調(diào)節(jié)量被LCU功率閉環(huán)調(diào)節(jié)抵消調(diào),一次調(diào)頻與LCU功率閉環(huán)不協(xié)調(diào),即:一次調(diào)頻與AGC不協(xié)調(diào)。
(6) 118~214 s,當(dāng)試驗(yàn)頻率回到50 Hz時(shí),調(diào)速器系統(tǒng)一次調(diào)頻動(dòng)作量回調(diào),機(jī)組功率增加,監(jiān)控LCU直接動(dòng)作減有功功率,最終保持機(jī)組有功功率反饋值跟蹤給定值。在此期間,機(jī)組功率調(diào)節(jié)過程反復(fù)動(dòng)作,一次調(diào)頻調(diào)節(jié)量被LCU功率閉環(huán)調(diào)節(jié)抵消調(diào),一次調(diào)頻與LCU功率閉環(huán)不協(xié)調(diào),即:一次調(diào)頻與AGC不協(xié)調(diào)。
投入監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合功能,功率調(diào)節(jié)與一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果見圖6。
圖6 監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)試驗(yàn)記錄
4.2.1 試驗(yàn)條件及定義
(1)條件:機(jī)組LCU功率閉環(huán)始終投入,投入監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合功能。
(2) 定義:PIDOUT,調(diào)速器系統(tǒng)導(dǎo)葉開度PID給定輸出。
4.2.2 試驗(yàn)過程及說明
(1) 2.4~10 s,監(jiān)控LCU功率閉環(huán)始終投入,試驗(yàn)前機(jī)組功率給定與功率反饋值基本一致,即“LCU-PID”=0。
(2) 10 s開始,當(dāng)試驗(yàn)頻率降低為49.8 Hz時(shí),調(diào)速器系統(tǒng)頻率偏差為“+0.2 Hz”,大于一次調(diào)頻死區(qū)(0.04 Hz),調(diào)速器一次調(diào)頻動(dòng)作,機(jī)組減有功功率,即“PIDOUT”逐漸減小,“導(dǎo)葉反饋”跟蹤“PIDOUT”,“功率反饋”逐漸降低。
(3) 10~122 s,一次調(diào)頻動(dòng)作,機(jī)組減有功功率時(shí),由于監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻協(xié)調(diào)配合功能已投入,監(jiān)控LCU將計(jì)算的一次調(diào)頻理論功率調(diào)節(jié)量疊加至機(jī)組LCU原始功率給定值,即“監(jiān)控LCU功率原始給定值+監(jiān)控LCU計(jì)算一次調(diào)頻理論功率調(diào)節(jié)量”=“機(jī)組功率原始反饋值+調(diào)速器實(shí)際一次調(diào)頻動(dòng)作量”,因此“LCU-PID”基本保持在0,監(jiān)控LCU功率閉環(huán)雖然投入,但未參與調(diào)節(jié),不影響一次調(diào)頻動(dòng)作,監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻配合協(xié)調(diào)。
(4) 122~222 s,當(dāng)試驗(yàn)頻率回到50 Hz時(shí),調(diào)速器系統(tǒng)一次調(diào)頻動(dòng)作量回調(diào),“PIDOUT”返回至動(dòng)作前狀態(tài)值,“導(dǎo)葉反饋”跟蹤“PIDOUT”,“功率反饋”回到反饋動(dòng)作前狀態(tài)值,“監(jiān)控LCU功率原始給定值+監(jiān)控LCU計(jì)算一次調(diào)頻理論功率調(diào)節(jié)量”逐步返回至“監(jiān)控LCU功率原始給定值”,因此“LCU-PID”基本保持在0,監(jiān)控LCU功率閉環(huán)雖然投入,但未參與調(diào)節(jié),不影響一次調(diào)頻動(dòng)作,監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻配合協(xié)調(diào)。
應(yīng)用“自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)(AGC)與一次調(diào)頻自適應(yīng)協(xié)調(diào)配合策略”,可以有效解決深溪溝電站監(jiān)控AGC與一次調(diào)頻不協(xié)調(diào)問題,但深溪溝電站水頭較低,高水頭電站在該自適應(yīng)策略中應(yīng)對(duì)一次調(diào)頻理論功率調(diào)整量進(jìn)行一定的水頭修正,才能更好發(fā)揮該協(xié)調(diào)策略控制優(yōu)勢。通過該協(xié)調(diào)配合策略的應(yīng)用,能更有效地保障電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性、可靠性。