基于辅助服务下大型水电站一次调频考核分析及解决措施

于远鹏

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川 成都 610051)

电厂1-6号机调速器控制系统的一次调频在机组归调即投入正常工作。当机组并网且在功率调节模式下检测到机端频率偏离系统频率50 Hz±0.04 Hz时，一次调频动作执行，当频率恢复到50 Hz±0.01 Hz范围内后，一次调频动作复位停止，并且电厂一次调频指令信号与功率偏差调节指令叠加在一起共同作用于机组负荷的调节。

1 事件现象

根据2017年9月辅助服务[1-4]及运行管理考核看，在9月2日，2、6号机调速器一次调频各被考核1次；在9月14日，2、5号机调速器一次调频各被考核1次。考核通知单数据表明以上机组在电网频率小于49.95 Hz频段，机组有功功率没有增加趋势(见表1)。

表1 考核通知数据汇总表

2 现场数据分析

2.1 2号机现场数据及原因分析

1)由于2号调速器触摸屏时间大于标准时间3 min，故下列数据分析时均已考虑时间差，以对应考核通知的时间。取2号机调速器2017-09-02日考核时段内数据整理如图1。

为便于观察，将频率变化放大比例后得图2。

图1 2号机2017-09-02日考核时段波形图

图2 2号机2017-09-02日考核时段波形图(频率变化放大)

从2017-09-02日调速器数据整理分析证实，2号机调速器一次调频功能正常投入工作。考核时段前(图1和图2中的起始点A)，2号机调速器检测到的机频为49.95 Hz时，调速器导叶控制输出已做出响应，导叶开度(图1所示粉红色的曲线)呈逐渐增大趋势，随后机组实际功率开始增加(图1、图2的A点，棕色曲线所示)。图2的整个时间段内频率一直低于49.96 Hz，2号机调速器一次调频始终执行未复位，但随后AGC又发出减功给指令(图1和图2中的B点)，故2号机调速器又开始执行减负荷动作，导致受考核。

2)取2号机调速器2017-09-14日(即9-14)考核时段内触摸屏数据整理如图3。

为便于观察，将频率变化放大比例后得图4。

图3 2号机2017-09-14日考核时段波形图

图4 2号机2017-09-14日考核时段波形图(频率变化放大)

从图3、图4可以看出，在2017-09-14日的16:20至16:30近10 min时间内，2号机组调速器已检测到机频低于49.96 Hz，一次调频均在动作执行区间，但由于开度限制已限制住导叶的开启(图2所示黄色、绿色、粉红色曲线重叠)，并且在被考核期间还有小幅减负荷指令(图2紫色曲线所示)，故表现为一次调频动作后机组实际功率无增加趋势而被考核。

2.2 5号机现场数据及原因分析

1)由于5号调速器触摸屏时间大于标准时间2 min，故下列数据分析时均已考虑时间差，以对应考核通知的时间。取5号机调速器9-14考核时段内触摸屏数据整理如图5。

为便于观察，将频率变化放大比例后得图6。

图5 5号机调速器一次调频考核时段波形图

图6 5号机调速器一次调频考核时段波形图(频率变化放大)

2)从5号机2017-09-14日被考核时段的调速器数据整理分析，对应时间段上的数据如图5、图6所示，考核时间段(14:36:08-14:38:40)前，5号机组调速器已检测到机频低于49.96 Hz，调速器导叶控制输出已做出响应，导叶开度(图5粉红色的曲线)呈逐渐增大趋势，随后机组实际功率开始增加(图5、图6棕色曲线)。但随后AGC又发出减20 MW功给指令，5号机调速器执行减负荷动作，故表现为一次调频动作后机组实际功率无增加趋势而被考核。

2.3 6号机现场数据及原因分析

1)由于6号调速器触摸屏时间大于标准时间4 min，故下列数据分析时均已考虑时间差，以对应考核通知的时间。取6号机调速器2017-09-02日考核时段内触摸屏数据整理如图7。为便于观察，将频率变化放大比例后得图8。

图7 6号机调速器一次调频考核时段波形图

图8 6号机调速器一次调频考核时段波形图(频率变化放大)

2)从6号机2017-09-02日被考核时段的调速器数据整理分析，对应时间段上的数据如图7、图8所示，考核时间段(13:57:38-14:01:40)，6号机组调速器已检测到机频低于49.96 Hz，调速器导叶控制输出已做出响应，导叶开度(图6粉红色的曲线)呈逐渐增大趋势，随后机组实际功率开始增加(图6、图7棕色曲线)。但随后AGC又发出减30 MW功给指令，6号机调速器执行减负荷动作，故表现为一次调频动作后机组实际功率无增加趋势而被考核。

3 解决措施

3.1 一次调频和监控系统AGC之间的配合方案

我厂机组在发电模式下，机组有功功率调节主要有两种模式[5-7]：

1)常规模式(主模式)，即有功功率调节主要在监控系统构成闭环，监控系统比较AGC送来的当前机组有功设定值和机组功率反馈值，计算出两者差值，再换算成相应的增减调节脉冲给电调，调速器作为一个随动系统接受监控系统发来的增减脉冲来调整机组有功，从而达到有功调节的目的。

2)一次调频和监控系统AGC给定方式之间的配合方式，具体详见图9及图10。在该模式下，调速器一次调频动作后，需要监控系统AGC给定方式做一些变化，暂时退出有功调节，而跟踪功率反馈值，待一次调频退出时，按正常功率AGC给定方式调节，但此时AGC功率给定为一次调频终了的功率反馈值。

图10中的PID调节框图称为频率主环，bp为永态转差系数，功率一般都通过监控系统来调节(发调节脉冲)，直接作用于导叶位置输出(功率给定)；下边的PI调节框图称为导叶副环，它是通过软件来实现导叶闭环控制，最终控制输出的实际上是对应导叶偏差的增量信号。该信号经过D/A(模数)转换后施加到电液转换器上，最后作用于主配驱动接力器运动。图10中各参数含义如下：

图9 脉冲调节功率方式下一次调频与AGC配合方式原理框图

图10 一次调频调速器原理框图(脉冲调节功率方式下)

KP为主环比例增益，参数值0～20之间可调，一般3～6；KD为主环微分增益，参数值0～20之间可调，一般1～6；KI为主环积分增益，参数值0～20之间可调，一般1～4；KP2为导叶付环比例增益，参数值0～20之间可调，一般4～8；KI2为导叶付环积分增益，参数值0～20之间可调，一般1～2；Ty为接力反应时间常数，一般在0.2左右；bp为调速系统永态转差率(速度变动率)，整定在0～6%；E为人工失灵区(转速死区)，整定在0～0.5 Hz；fg为机组频率；fGV为机组频率给定；PGV为功率给定。

3.2 解决措施

本次被辅助服务系统一次调频考核的2、5、6号机组，经现场数据比对证明一次调频功能均已正常投入，除2号机2017-09-14日被考核时由于导叶受开度限制除外，其他均已在考核期间段前一次调频即已有效执行，没有拒动现象。在电网频率低于49.95 Hz时，机组同时接受到AGC减负荷指令是导致2、5、6号机组一次调频不满足考核指标的原因。

从辅助服务角度分析，对一次调频的考虑就是不要受到考核，而对AGC的考虑就是尽量获取补偿，但在实际运行中往往会出现二者的矛盾调节。当前一次调频是必须投入的功能，而AGC在一般情况下也是必须投入，因此，很有必要协调解决二者的矛盾调节。

1)一次调频动作时，短时闭锁AGC的反向调节。当前本电站的6台机全部投入一次调频(不包括上级调度的特殊要求)。依据辅助服务投入以来的所有考核情况：水电站机组辅助服务考核的标准相对于一次调频功能参数较低。当并网机组的频率变化越过±0.04 Hz时，必然导致调速器的一次调频动作，在一次调频没有完成前，可以短时闭锁AGC的反向调节。

2)优化AGC算法系数，避免AGC调节与一次调频动作冲突。另外从稳定运行方面来看，一次调频[8-11]反映的是机组测量到的实时频率的变化情况，为了维护电网频率稳定，快速响应频率变化而对机组输出功率进行调节，这相对AGC来说，其调节量小，但调节速度较快。而AGC的调节主要以ACE(常规区域控制误差)为0为目标，基于全网，虽然也会考虑频率的偏差，但联络线功率实际与计划的偏差量可能更占主要影响，因此，其中的算法系数很关键，取得恰当的话可以很好地反映频率的偏差是否是因为本区域有功缺额引起的，也会有利于避免与一次调频发生冲突。所以必须优化AGC算法系数。

总之，AGC相对一次调频来说是一种速度较慢的经济调度方式，不宜仅仅是因为要获取更好的AGC补偿而闭锁一次调频，而是应该很好地进行协调。

4 结 语

本厂是系统主要调频电厂，一次调频动作太频繁，并且一次调频与AGC动作未互相闭锁。由于AGC算法系数设置不当，导致多次一次调频被考核，而实际并不是一次调频未动作，而是一次调频动作未复归时就接收到AGC反调节命令导致的。如果采用上面提出的两项措施，将能较好解决这个冲突问题，以避免一次调频被考核。

另外，机组并网运行后，运行值班员应关注导叶开限值是否限制了实际开度，为确保机组各工况安全，建议导叶开限宜比实际开度大2%，以免限制了正常的一次调频。