浅析水电厂AGC与一次调频的配合

1、浅析水电厂 AG C 与一次调频的配合曾火琼(天生桥一级水电开发有限责任公司 , 广东省广州市 510630摘要 :根据自动发电控制 (A GC 、 一次调频的应用情况 , 分析了目前 A GC 、 一次调频控制模式潜在 的配合缺陷 , 这些配合缺陷限制了 A GC 、 一次调频的调控效果 。 提出了利用频率 、 功率限制定值改 进 A GC 与一次调频配合的原则 , 建议制定 A GC 与一次调频协调的技术标准 。 关键词 :自动发电控制 ; 一次调频 ; 频率 ; 转差率 ; 水电厂 中图分类号 :TV736收稿日期 :2007206225; 修回日期 :2007211220。0 引言至

2、2006年 底 , 国 内 电 厂 总 装 机 容 量 突 6亿 kW , 南方互联电网装机容量突破 kW 着电网规模的扩大 , 调度方式取代 , 电控制 (A , (EMS 直 A GC 是现代电网控制的一项基本和重要功能 , 是基于电网高度自动化的 EMS 与发电机组协调控 制系统 (CCS 间闭环控制的一种先进技术手段 。实 施 A GC 可获得以高质量电能为电力的供需实时平 衡服务 , 可以提高电网运行的经济性 , 降低运行人员 的劳动强度 1。一次调频是电网中快速的小的负荷变化需发电 机控制系统在不改变负荷设定点的情况下监测到转 速的变化 , 改变发电机功率 , 适应电网负荷的随机变

3、 动 , 保证电网频率稳定 。根据对某电网的多次模拟 结果 , 一次调频投入与否对电网频率的质量 、 应对事 故的能力有很大影响 , 多次调度会议上都强调了电 厂投入一次调频功能的重要性 。A GC 的采样周期 、 响应调整模式和速率很难满 足电网的应急要求 , 电网也需要发电机组一次调频 功能 , 而一次调频功能受调速器性能 、 机组特性的影 响很大 , 如果设置不当 , 一次调频也会导致事故加 重 2。 1994年 5月 25日 , 广东大亚湾核电站因核 电机组在试验中满负荷跳闸引起系统频率降低 , 西 部水电机组快速增加负荷 , 引起南方电网系统失稳 振荡 、 解列 , 造成广东 、 广

4、西 、 贵州 、 云南及香港 、 澳门部分地区停电 3。由于 A GC 、 一次调频控制信号 、 控制目标不同 ,、 1A GC 是通过修改有功出力给定来控制发电机 有功出力 , 从而跟踪电力系统负荷变化 , 维持频率等 于额定值 , 同时满足互联电力系统间按计划要求交 换功率的一种控制技术 。其基本目标包括 :使全系 统的发电出力与负荷功率相匹配 ; 将电力系统的频 率偏差调节到 0, 保持系统频率为额定值 ; 控制区域 间联络线的交换功率与计划值相等 , 实现各区域内有功功率的平衡 。电网调度端的 A GC 输入信号为频率 、 联络线 功率等 , 输出信号为各厂站的有功定值 , 是典型的多

5、 输入多目标控制系统 ; 而一次调频依靠发电机调速 器在当地采集频率信号 , 根据频率偏差自动进行调 节 , 其调节量 、 速率均为事前设定的定值 。A GC 属于广域控制系统 , 需要电网中多个设 备 、 子系统相互配合才能完成其功能 , 如图 1所示 , 其 输 入 为 广 布 全 电 网 各 厂 站 的 远 程 终 端 设 备 (R TU , 采集信号为联络线潮流 、 各厂站功率 、 频 率 , 经过 EMS 运算后得出控制各发电机出力的功 率值 , 送到各发电厂 (机组 R TU , 调控机组有功出 力 。 由于系统分布广 , 响应速率受系统数据采集周 期和各厂站控制系统影响很大 ,

6、响应时间为数十秒 到几分钟不等 , 调整速率由每分钟数兆瓦到数十兆 瓦不等 。一次调频则属于当地控制系统 , 一般由发电机 调速器附加控制功能实现 , 水轮发电机组通过整定 调速器永态转差系数 e p 实现 , 可以在 010%之间 整定 , 对于电网一次调频来说 , 一般要求整定为 4%5%, 根据发电机转速偏差控制导叶开度 425。 如图 2所示 。04 第 32卷 第 1期 2008年 2月 20 日 Vol. 32 No. 1Feb. 20, 2008 图 1 电网 AG C 系统框图图 2 一次调频示意图当频率偏离 50Hz 时 , 按下式调整出力 :P =3e pP max式中 :

7、f 3为频率偏差 , 按百分比计算 , f 3=f /f 0; e p 为永态转差系数 ; P max 为按开度限制折算机组 的最大功率 。其响应速率取决于调速器暂态转差率和接力器 速率 , 一般水轮发电机组全开全关导叶时间不超过 20s , 但水电机组一次调频参数的整定如导叶全关 时间 、 永态转差率 、 暂态转差率受调保计算的限制 , 不可能任意选择 , 即便如此 , 水电机组的一次调频响 应速率 、 范围仍远高于火电机组 。 此外 , 为避免接力 器频繁动作 , 调速器必须设置转速死区 , 在小范围的 频率波动时 , 机组出力不予响应 ; 当频率变化超过某 一定值 , 调速器按预先整定的

8、斜率调整机组出力 。由上述可知 , A GC 的控制方式为功率闭环模 式 , 其控制环涵盖全网 ; 一次调频控制方式为频率闭 环模式 , 只按照设备所在地频率偏差进行调节 。两 者的控制目标 、 控制方式 、 响应时间均有较大差异 , 在一些情况下 , 双方的控制目标会出现矛盾 。1 控制幅度矛盾A GC 一般采用功率控制方式 , 其电厂执行端也 是采用功率闭环控制 , 如水电厂普遍应用的监控系 统大多采用功率闭环方式控制机组出力 , 非 A GC机组由人工或负荷曲线设定机组功率 ; 当机组接入 A GC 时 , 其功率给定信号由系统 R TU 给出 。由于 出力偏差涉及考核 , 为保证 A

9、GC 或机组跟踪负荷 曲线的精度 , 机组出力在允许偏差范围内都取得比 较小 , 大多在 10MW 内 。而一般水电机组 e p 值都 取得比较小 , 约 3%6%, 即使在系统频率允许偏 差范围内 , 其一次调频响应的功率也会超出允许的 出力偏差 (见图 2 。由于 A GC 本地功率闭环响应快 , 在系统频率 发生较大波动时 , 一次调频将机组功率调整超出功 率闭环允许偏差值时 , 本地功率闭环控制将回调机 组出力到之前 A GC 的定值 , EMS 的解 算尚未完成 , 新的 A GC , 一次调频没 。即一次 , , 一次调频只对频率进行响应 , 但从全网角度而 言 ,A GC 的控制

10、方向可能与一次调频完全相反 , 按 频率偏差调节未必使系统更加安全 。 如在潮流单一 的南方电网 , 其调节性能优异的水电大多集中在西 部 , 东部大多为火电大机组 , 在系统压极限运行时 , 当东部损失机组较多而引起频率降低 , 西部水电一 次调频快速响应将可能引起系统潮流加重而导致稳 定恶化 。 1994年 5月 25日的解网事件正是由于东 部大机组跳闸 、 西部水电一次调频快速加负荷导致 潮流越限而失稳 1。2 AG C 与一次调频配合的建议一个良好的系统 , 其不同的控制子系统应有良 好的配合 , 应当满足无缝过渡的要求 。 A GC 和一次 调频的控制方式 、 目标 、 响应周期有较

11、大差异 , 但就 全网控制而言 ,A GC 应具有高的优先级 , 一次调频 只是作为快速和基本控制 , 弥补 A GC 响应周期长 的缺陷 。从调速器理论上讲 , 功率控制是根据出力给定 值平移调速器的静态特性 , 一次调频是根据电网频 率沿 静 态 特 性 移 动 调 速 器 的 工 作 位 置 , 可 以 由 A GC 、 一次调频各自操作调速器转差率曲线的不同 参数 , 形成合理的配合 :A GC 定值直接下达基准功 率值 P 0, 一次调频根据永态转差率进行调节 , 如 图 3所示 。 此外 , 为防止一次调频快速加负荷导致 系统失稳 , 一次调频应有功率增量上限 。但是 , 这将改变

12、目前电网管理 、 控制的方式 , 发 电厂侧监控 电调的接口也需要做大幅度的改动 , 合理的方案未必可行 。在目前模式下 , 通过合理整 定 A GC 与一次调频的定值 , 也可以在一定程度上14 发电控制技术及设备 曾火琼 浅析水电厂 A GC 与一次调频的配合改进现有控制方式的缺陷 , 减少 A GC 与一次调频 配合不当给系统带来的安全风险 。图 3 AG C 、 一次调频对调速器转差率曲线的作用图 4 AG C 与一次调频配合由于一次调频参数是整定在调速器上的 , 修改定值比较困难 , 而且影响机组调节的品质 , 因此不宜 在运行中改变调速器定值 。 改进思路是 :AGC 功率 定值仍

13、然沿用现有方式传递 , 只在 A GC 本地控制 环节增加允许功率偏差 、 频率死区 、 延迟控制等附加 限制环节 , 使一次调频与 A GC 取得较好的配合效 果 。 该定值可以通过 R TU 下达 , 也可以采用定值 单方式管理 , 只需要对现有机组控制方式进行少量 修改 , 实现相对简单 。1 短时闭环 A GC本地功率闭环不设功率偏差控制 , 在 A GC 参 数下发时 , 短时将功率控制闭环 , 调节结束后断开功 率闭环 , 机组出力随频率按一次调频的自动调节 , 这 种控制方式适合不受线路输送能力限制 、 靠近负荷 中心的调频机组 , 如抽水蓄能机组 。 正常情况下 , 由 于电网

14、频率与标准频率误差不大 ,A GC 短时闭环调 节等效于移动一次调频转差率曲线 , 接近前述的理 想控制方式 。 由于不做功率限制 , 一次调频甚至可 以采用变斜率 e p 曲线方式增强其调频能力 , 即 e p 线 按不同的频率段分成多个斜率 , 在标准频率中心采 用大斜率以稳定出力 ; 频率偏差超出一定值后 , 取中 间值斜率 (3%8% 以响应频率变化 ; 频率偏差严重超标时 , 则以 01%小斜率大幅度响应频率变 化 。这种控制方式的出力随系统频率变化较大 , 可 能导致发电量误差偏大 , 不宜进行曲线跟踪考核 , 宜 以累计误差电量考核 。2 带功率增量限制的 A GCA GC 本地

15、控制采用功率闭环 , 设置功率上限 , 如一次调频作用机组出力超 A GC 定值允许偏差上 限时 ,A GC 本地功率闭环控制保持机组出力在功率 允许偏差上限或将机组出力降回设定值 , 机组出力 向下漂移 ,A GC 不做限制 4所示 , A 为初始 工作点 , 系统频率变化后 , 在 点 , A , 其功 。 但此 、 非线性的 , 影响 EMS 对系统状态的估计 , 发电侧的发电误差累计负偏 。3 常规的 A GC 延迟控制A GC 本地控制采用功率闭环 , 设置允许功率偏 差上下限值 。 一次调频引起的功率偏差在允许范围 内时 , 功率闭环控制不起作用 ; 功率偏差超出允许范 围时 ,A

16、 GC 本地功率控制延迟一定时间后再将功率 回调到 A GC 给定值 , 其功率偏差 、 控制延迟时间根 据系统频率特性 、 EMS 和 A GC 响应时间进行整定 。3 结语A GC 、 一次调频在系统中的作用日渐重要 , 逐 渐替代人工控制 , 其影响也将是深远的 , 但对 A GC 、 一次调频的管理和界定尚不严格 , 一次调频只是要 求投入 , 响应品质及与 A GC 的配合尚不被人们所 重视 。 随着 A GC 、 一次调频机组的增加 , 其品质对 系统安全 、 电能质量的影响也日渐突出 , 有必要尽快 制定 A GC 、 一次调频的技术标准 , 不仅有利于管理 ,也有利于将来电力市

17、场辅助服务的竞争与补偿 。此外 ,A GC 、 一次调频在发电误差考核方面也 存在一些矛盾 , 如 A GC 希望机组能严格跟踪功率 定值 , 而一次调频则希望机组不要跟踪功率定值 , 应 及时响应系统频率的变化 , 这就带来了发电误差增 大的责任问题 , 也需要尽快制定 A GC 及一次调频 技术标准加以解决 。参 考 文 献1吴红 , 王玮 , 黄文伟 , 等 . 自动发电控制在贵州电网中的应用 . 电网技术 ,2002,26(1 :73275.(下转第 71页 24 2008, 32(1 热风的升高 , 影响发电机的温升 。313 抓牢 4个环节1 检查要到位 。 规定的巡回检查次数和路

18、线是 经过科学分析后安排的 , 一定要认真地执行 , 虽然不 是每次巡检都发现事故 , 但有可能因一次偶然的疏 忽而导致事故的发生 。2 发现问题要及时 。 及时检查才能及时发现问 题 , 在设备进入新的运行方式和有可能出现异常或 缺陷时 , 以及机组和设备临时停机或停运时 , 要尽可 能安排时间对机组和设备进行检查 。3 分析判断要准确 。 运行维护人员对设备运行 情况的判断会有差异 , 在异常情况未得到确认的情 况下 , 应积极将情况上报 , 争取更大的技术支持 。4 处理问题要果断 。 设备异常出现后如果不及 时进行处理 , 往往会诱发新的异常 , 加速故障的发展 速度和潜在危害 , 构

19、成新的威胁 性质后要力排众议 , 4 结语总之 , 做好一个电厂的设备维护 , 始终是提高企 业效益的重要环节 , 离开性能正常的设备 , 要想做好 安全生产是不可能的 , 设备的正常要通过合理的资 源配置来实现 , 在管理的各个环节加以分解协调 , 切 实做好设备的维护工作 , 保持设备的正常健康状态 , 才能具有实现安全生产的基本保障 。参 考 文 献1中国华能集团公司 . 电力安全作业规程 :电气部分和热力机械部分 . 北京 :中国水利水电出版社 ,2007.2中华人民共和国能源部 . :发电厂变. :中国电力出版社 , (, 男 , , 值守部副主任 , 主要研 。 E 2mail :

20、ruanyh mw.lcjsd. cn, Prevention of Equipment Defects of Man w an H ydropow er PlantRUA N Yuehong(Manwan Hydropower Plant of Huaneng Corp , Yunxian 675805, China Abstract :Equipment defects are serious hidden trouble for electricity production safety. Based on the condition of equipment of the Manwan

21、 Hydropower Plant , the causes , characteristics and harm of equipment defects are analyzed. The inspection tour method for the equipment of the hydropower station is expatiated , by which the equipment defects can be found and treated in time and accidents can be prevented.K ey w ords :hydropower p

22、lant ; equipment defect ; inspection tour(上接第 42页 2邵健 , 黄文伟 . 贵州电网 A GC 安全约束控制策略的研究与实现 . 现代电力 ,2007,24(3 :48252. 3尹其云 . 加大电网科研力度提高调度运行水平 :第二十四届中国电网调度运行会议工作报告 . 电网技术 ,1995, 19(11 :125.4魏守平 , 伍永刚 , 林静怀 . 水轮机调速器与电网负荷频率控制 . 水电自动化与大坝监测 ,2006,30(1 :18222.5杨照辉 , 代妮 . 四川电网水电厂一次调频试验的探讨 . 水电自动化与大坝监测 ,2006,30(6 :34236. 曾火琼 (1962Analysis of Matching B et w een AG C and PFR in H ydropow er StationsZ EN G H uoqiong(Tiansh