调速器功率闭环模式下一次调频模型的分析与应用

甘波 刘立宁 骆星

摘 要：本文对调速器功率闭环模式下的一次调频模型进行了介绍与说明。说明了调速器功率闭环的定义，给出了调速器功率调节和一次调频的调节模型，总结了调速器功率闭环模式下的一次调频模型的优点。

关键词：功率闭环；一次调频；调速器；模型

“关于《华中区域发电厂辅助服务及并网运行管理实施细则》试运行有关事项的通知”，该通知要求并入四川电网的机组，必须投入一次调频的功能，一次调频管理的考核办法简化为：“当系统频率偏差超过一次调频动作死区，且持续时间达1分钟及以上时，启动考核统计程序，以系统频率超过机组一次调频动作死区的时刻为起始时刻，频率恢复到死区时刻为结束时刻，监测期间机组有功功率变化情况，如果期间被机组未正确动作则记考核一次。”

然而绝大多数的中小型水轮发电机组调速系统采用的是传统的开度调节模式，在这种调节控制模式下，当调速器系统启动一次调频时，调速器会按照开度控制模型下的控制规律，调节导叶接力器行程，改变导叶开度从而达到调节功率的目的。但事实上由于中小型机组，特别是近年来不断发展的贯流式水轮发电机组，由于水头低，单位功率耗水量大，一次调频起动时，水轮机导叶的开度变化不能够及时反映出功率的明显变化，或者说不能很好地达到成电监[2010]19号要求达到的效果。

本文所介绍的调速器系统功率闭环模型的一次调频模型，是指在发电机正常运行时，监控系统只负责将功率设定值下发给调速器系统，调速器系统接收到监控系统下发的功率给定值后，以此功率给定与功率反馈形成闭环来进行调节。这种功率调节模式正好与电网要求的一次调频动作的考核算法相吻合，能够有效地避免并网电厂被考核值得广大水电厂推广和应用。

1 水轮机调速器功能介绍

我国电力部门规定，电网的额定频率为50Hz，大电网允许的频率偏差为±0.2Hz。对我国的电网来说，即使是大的电力系统，其负荷波动也往往会达到其总容量的2%～3%。电力系统负荷的不断变化，导致了频率的波动。因此，不断地调节水轮发电机组的输出功率，维持机组的转速在额定转速的规定范围内，就是水轮机调节的基本任务。

众所周知，只有调节流量Q和效率ηt，才能调节水轮机转矩Mt，达到Mt与负荷转矩Mg平衡的目的。水轮机调节的任务是维持水轮发电机组转速（频率）在额定值的允许范围内。因此，只有当水轮机调节器调节水轮机导叶开度和轮叶的角度，使Mt=Mg，才能使机组在一个允许的转速（频率）下运行。

2 调速器频率、开度调节模式介绍

频率调节模式主要用于机组开机到空载、并网以及机组甩负荷过程中的调节，主要目的是实现机组快速开机发电并维持电网频率稳定，所以调节过程一般采用PID调节以增加系统的速动性。值得注意的是，频率调节模式只是开机过程中的一种调节模式，不能和系统的频率调节相混淆，调节模式任何时候都只能有一个，而各种调节可以并行，作为调速器其主要目的是维持系统频率稳定，所以频率调节在任何工况，任何调节模式下都投入。不过，当并网运行频率的偏差小于频率死区时，频率调节被会屏蔽掉，只有当频率波动大于频率死区时，频率调节才真正起作用，频率调节和功率调节、开度调节并不冲突而是并联的关系。

4 结语

调速器功率闭环的一次调频模型主要优点在于：能够更加迅速、准确地对功率进行调节，减少超调量，解决了开度调节模式下，一次调频动作迟缓，效果不明显甚至幅度起反调的风险，从而提高了一次调频的动作合格率，值得各水电厂特别是小水电厂应用和推廣。

参考文献：

[1] 蔡维由.中小型水轮机调速器的原理调试与故障分析处理.中国电力出版社，2010.

[2] 王建辉等.自动控制原理.清华大学出版社，2007.