山口水电站机组一次调频功能的优化与改进

肖云亚

(新疆伊犁河流域开发建设管理局， 新疆 伊宁　835400)



山口水电站机组一次调频功能的优化与改进

肖云亚

(新疆伊犁河流域开发建设管理局， 新疆 伊宁835400)

【摘要】山口水电站按照行业规程及电网的要求，对机组一次调频功能存在的问题进行核查，并针对问题进行了优化与改进，达到了规程和电网的要求，使山口水电站在西北电网两个细则考核中一次调频免受考核。

【关键词】山口水电站；一次调频；优化与改进

电力系统运行的主要任务之一就是对频率进行监视和控制，使其维持在50Hz附近的一个允许范围内。机组一次调频是稳定电网频率最有效且最快的措施，新疆电网随着大机组、风电、光伏等电源的不断接入，使电网频率控制问题更加突出。为此，2014—2015年新疆电网调度控制中心(以下简称“省调”)相继下发了多个关于开展一次调频核查与整改的通知文件，山口水电站针对文件的各项要求进行了对照核查，并对相关问题进行了整改优化。

1山口水电站机组与调速器概述

山口水电站位于新疆伊犁地区，电站总装机容量141MW，单机容量47MW，属大中型电站，在新疆电网主要承担基荷、调峰、调频和事故备用的任务，电站于2009年建成投产，2009年10月并入新疆主网运行。电站机组调速器系统选用WDT-80-6.3型数字比例阀调速器，电站机组于2012年10月委托新疆电科院完成一次调频性能测试试验，电站机组与调速器自投运至今，运行正常稳定，未进行技术改造。

2山口水电站一次调频核查发现的问题

2014年新疆省调相继下发了《关于开展新疆电网机组一次调频、AGC自查工作的通知》(新省调度字第〔2014〕32号)、《关于持续做好一次调频整改工作的通知》(新省调调字第〔2014〕57号)，按照省调通知要求，山口水电站对各台机组一次调频参数、信号上传和与AGC功能调功配合等进行了逐一核查，核查后发现了较为突出的几项问题。一是一次调频投入状态、一次调频动作信号、调频死区(Hz)、永态转差系数(%)、一次调频有功调节指令(MW)、机组实际有功变化量(MW)等信号未通过调速器上传至电站监控系统；二是机组一次调频动作与受AGC调功或电站监控系统闭环调功的影响存在反向调节问题；三是在现有的调速器程序功能下，开展一次调频性能模拟试验较为复杂，工作时安全风险较大。

3针对问题的优化与改进

3.1增加调速器通信量上传监控

经修改调速器PLC通信段程序增加了一次调频投退状态、一次调频动作信号开关量的送出，同时将调速器调频死区、永态转差系数、一次调频有功调节理论功率和机组一次调频有功调节实际动作功率模拟量上传电站监控系统。

a.一次调频投退状态判别条件需同时满足“负载”“开度模式”“导叶自动”3个条件之后，判为“一次调频功能投入”。即程序变更后如下：

IF (Load ANDYmode AND AUTO)THEN

Freq_differ_priority_TO:=1;

Freq_differ_priority_TO1:=1;

ELSE

Freq_differ_priority_TO:=0;

Freq_differ_priority_TO1:=0;

END_IF;

b.一次调频动作信号判别条件为在一次调频功能投入的状态下，当机组频率与50Hz的差值大于频率死区时，即动作送出。

c.调速器调频死区、永态转差系数模拟量直接读取所设置参数转发送出。

d.一次调频有功调节理论功率计算方法新增程序见图1。

图1　一次调频有功调节理论功率计算方法新增程序

当处于“一次调频动作的上升沿”时，将机组功率值Power向 Power_before_act 赋值1次，即记录一次调频动作前的有功功率。

一次调频动作期间，以Power与Power_before_act做差值运算，并由REAL转换为触摸屏显示的INT型。

Power_before_act REAL

power_actural_differ INT 400240

e.一次调频有功调节实际动作功率计算方法新增程序见图2。

图2　一次调频有功调节实际动作功率计算方法新增程序

Power_act_calculated 为通过插值运算得到的与水头关联的一次调频理论动作值，该值乘以-1.0表示理论动作值是带有方向的，是与一次调频频差Freq_differ_priority的方向相反的，所以最终得到的Power_act_calculate是实际方向与一次调频频差相反的实数。

power_act_multi 是修正系数，以保证Power_act_calculate_int 与实际动作值基本相符。

Power_act_calculate_intINT400238

power_act_multiINT 400508

机组额定容量为47MW，机组空载开度至满发开度导叶大约动作60%(约15%～75%)，平均为1.33MW/1%。bp=3%时，0.05Hz的频差会使接力器动作3.33%，约为4.42MW，而由于导叶开度与机组功率之间的对应并非是完全线性的，因此在开度/功率曲线斜率较大的区间机组一次调频的理论值和实际值能够相符，甚至实际值会高于理论值，但在接近满发时由于开度/功率曲线斜率较小，一次调频实际值很难达到上述理论值，因此可通过调整修正系数进行修正。

3.2机组一次调频动作存在反向调节问题的改进

通过实际模拟机频进行机组一次调频动作试验，发现在电站监控系统有功调节闭环功能投入时，一次调频动作后的机组功率会根据实际频率偏差而增减，但当增减功率越过监控系统有功调节死区功率后，将会导致功率被重新调整到监控系统有功功率目标值。在投入AGC功能的情况下，反调节的现象仍然存在。为解决机组一次调频动作反调节的问题，经省调多次组织专题会议讨论，最终对该问题的整改进行了明确，并下发了《关于开展水电机组一次调频与AGC协调整改工作的通知》(电调函〔2014〕35号)，根据要求，山口水电站主要采取如下措施进行整改：

a.按照电调函〔2014〕35号文件，通过加强运行管理要求运行值班人员严格按照文件监控有功调节闭环功能的投退。即：对于省调要求投入AGC功能的机组，现场长应在投入机组AGC的同时投入有功调节闭环功能；对于省调未要求投入AGC功能的机组，现场必须退出机组有功调节闭环，人为调整机组出力时，可短时投入有功调节闭环。

b.引入电网频率判据，在监控系统增加闭锁机组AGC功能调节功率的逻辑。在山口水电站本地监控系统增加闭锁机组AGC的功能,即：当水电站监测到电网频率(调速器机端频率)超过频率门槛值(50±0.08)Hz时，闭锁机组AGC执行反向功率调整指令，频率恢复到(50±0.06)Hz范围内时，解除对AGC指令的闭锁。

电网频率高过频率门槛值50.08Hz时，闭锁机组AGC的增有功指令不允许机组增加出力，但不闭锁AGC的减有功指令允许AGC降低出力；当电网频率低于频率门槛值50.06Hz时，解除对AGC指令的闭锁。逻辑原理见图3。

图3　高频闭锁/解除原理

电网频率低过频率门槛值49.92Hz时，闭锁机组AGC的减有功指令，不允许机组减少出力，但不闭锁AGC的增有功指令，允许AGC增加出力；当电网频率高于频率门槛值49.94Hz时，解除对AGC指令的闭锁。逻辑原理见图4。

图4　低频闭锁/解除原理

3.3在调速器上增加一次调频动作模拟试验功能

修改调速器PLC程序，并在调速器触摸屏上增加一次调频动作测试功能界面，以方便定期对机组一次调频功能进行模拟测试。具体修改见图5。

图5　调速器人机界面触摸屏上增加的一次调频试验功能界面

a.增加“调频模拟试验”界面，其中“调频试验投入”“调频试验退出”“模拟机频设定”按钮与400199关联。“调频试验投入”之后，调频试验为“ON”状态，在“调频试验退出”或者“断路器分闸”状态下，调频试验被复位。调频模拟试验程序见图6。

Touch_CTRLWORD400199

freq_simu_setBOOL400199.bit9

freq_simu_reset BOOL400199.bit10

freq_simu_enableBOOL400199.bit11

b.在一次调频投入的前提下，按下“调频试验投入”和“模拟机频设定”按钮之后，运算频差=模拟机频设定值-50.0，条件不满足则“模拟机频设定” =50.0。

IF Freq_simu_on AND Ymode AND LOAD AND AUTO AND freq_simu_enable THEN

FreQ_Differ:=Frequency_Simulated-50.0;

Frequency_Simulated:=(INT_TO_REAL (IN:= Frequency_simulated_INT)/100.0);

ELSE

Frequency_Simulated:=50.0;

Frequency_simulated_INT:=5000;

END_IF;

Frequency_simulated_INTINT 400520

Frequency_Simulated REAL

4结语

山口水电站机组一次调频功能优化与改进后，功能界面更加开放，通过监控系统监视到更多的数据信息，对于日常维护及一次调频功能测试更加方便快捷而且试验安全。自2015年10月新疆电网两个细则考核以来，山口水电站一次调频动作贡献十分明显，每月一次调频均获得了大量的补偿得分。

The optimization and improvement of unit primary frequency regulation function in Shankou Hydropower Station

XIAO Yunya

(XinjiangIliRiverBasinDevelopmentandConstructionAdministration,Yining835400,China)

Abstract:The problems of unit primary frequency regulation function is checked according to the industry regulations and requirements of power grid in Shankou Hydropower Station. The problems are optimized and improved to reach the regulations and requirements of power grid. Therefore, the primary frequency regulation of Shankou Hydropower Station in two detail assessments of Northwest Power Grid is free from assessment.

Key words:Shankou Hydropower Station; primary frequency regulation; optimization and improvement

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.06.012

中图分类号：TV738

文献标识码：B

文章编号：1673-8241(2016)06- 0038- 04