水电机组一次调频协调控制策略

李妙庆

摘要：一次调节是实现电网频率稳定的一种主要方法。根据我国目前电网的实际运行状况，根据近几年水电机组的使用特点，明确了新时期对电网发展的需求，深入探讨了水电机组一次调频控制系统的完善，为水电机组一次调频控制系统的推广提供了参考。

关键词：水电机组;一次调频;控制系统

1一次调频的原理与性能

1.1一次调频原理

一次调频是指在电力系统频率与标称频率相差50赫兹的情况下，所有并网机组均能根据调速系统的自动响应，调节机组的有功功率，从而降低电网频率与额定频率的偏差。也就是说，在电网负载增大导致电网频率降低的情况下，所有并网的机组都会按照相应的调整参数，提高相应的有功功率，以抵消由于负载增大导致的频率下降，因此，由电网负载增大导致的电网频率下降明显小于无一次调频时的网络频率下降，同样，在电网负载减少导致的频率上升时，并网的各个机组也会做出相反的反应。因此，通过对各个单元进行一次调频的正确操作，可以迅速地将电网负载与发电机的有功输出达到基本平衡，达到电网的发电量平衡，降低了二次调频的负荷，提高了电力系统在50 Hz左右的额定频率下工作的能力，并改善了电力系统中频率这个关键参数的质量等级。

1.2一次调频特征参数

（1）调频死区

为防止电网频段在小干扰下，由于机组调门频繁的动作，会对电网和设备的稳定造成不利的影响，在此范围内，机组一次调频不工作。

（2）转速不等率

转速不均衡是指汽轮机从空载到满载时所产生的转矩变化与额定速度的比率，太大或太低都会影响电网的正常工作，所以必须进行合理的调速。

（3）迟缓率

在调整系统的各个相关环节中存在摩擦、间隙等，使得转速升高和降低的静态特征曲线相应的速度变化，这就是减速速率。

1.3一次调频性能

电力系统的一次调频性能评估是由电力系统的运行效率和反应速度两大部分组成的。

（1）一次 FM的正确操作速率

当电网频率较高时，机组可以降低负载，而当负载增加时，运行的正确率应该在80%以上。每个月的正确运动比率是：

λ动作=fcorrect/（fcorrect+fwrong）（1）

式中：λ动作为正确动作率;fcorrect为每月正确动作次数;fwrong为每月不正确动作次数。

（2）一次调频响应能力

实际积分电量/理论积分电量>60%（t≤60s）

DX=△QsY/△QjY≥60%（2）

式中：DX为一次调频的考核效果;△QjY为理论积分电量;△QsY为实际积分电量。

从以上的评估规则中可以看到，FM的一次评估主要由两个方面组成：

（1）一次调频正确动作率考核，要求每月正确动作率不小于60%。

（2）一次调频响应能力考核，要求水头在50m以下的水电机组，机组调频量响应时间不超过10s，达到90%的调频应在15秒以内。

为了提高测试的质量，必须加强对频率的响应，使其更加精确。

2.水电机组一次调频控制系统的完善与优化

2.1一次调频响应滞后时间及调节速度

该工作是根据 PID参数的改进来完成的。在 PID控制参数的设计中，KP值的选取一般是0， KP的设计是以一次 FM干扰期间的一次 FM开启的延迟为3.0 s，不允许有大的水压变化和功率反调;K1的设计要求保证在不发生超频的条件下，选取最大值，从而控制一次调频的调整时间。因此，在开度方式下，KD的设计对一次 FM响应的影响范围很小，目前电力行业和电网调度管理也有明确的规定，在这种情况下，无差动增益的设计是不需要的，KD值为0。

在功率方式下，PID 参数的设计既要满足保证调速系统的调速和稳定度，又要满足稳定的需要，防止低负载和低频振荡的发生。在此背景下，PID控制器的结构可以保证系统的稳定，但是调整周期太长。

2.2一次调频调节深度

通过对实际发展的实例的分析，可以发现，这个因素的影响最大的是计算死区和永态转差系数，其中最常见的问题有两个：第一，小频差幅度的调整量太低。第二，水轮发电机的运行水头对一次调频调整的影响很大，特别是在水头变动幅度大的机组，受其综合性能的影响，高水位时导叶的运动对出力的影响很大，而在低水位、高开度时，导流叶片会增大，输出功率不会发生变化。

针对以上两个问题，第一个问题的解决方法是：首先，引入一个更小的永态转差率 bp值，以便在同一频率差的情况下，获得更多的导叶开度调整，即功率调整。此方法既能弥补较小的调整量，又能增大较大的调整量，使机组不能正常工作;又可采用整定的整定数值调整量，根据一次调频计算的死区形式，或调整频率差值△ f与调整功率之间的关系。这样既能保证系统的正常工作，又能保证系统的正常工作。

3机组一次调频考核的原因分析和申诉应对

根據以上例子和电厂的实际操作，发现一次调频经常出现的故障主要有：1）调度侧一次调频输入率统计不正确;2）调度侧功率、频率采样与发电站侧不一致，造成考核;3）一次调频积分不符合考核指标;4）当没有新的调频指示时，监测系统 AGC和 LCU的负荷调整功能对一次调频正常操作进行干预。

对电厂一次调频运行管理工作提出了以下几点意见：1）每天密切注意涉网发电厂一次调频试验技术系统一次调频试验;2）当发生故障时，及时调取历史曲线，收集有关资料，组织技术人员进行操作情况分析;3）由于调度指令或设备异常出现并网机组一次调频退出情况，运行值班人员应作好记录并通知相关技术人员;4）合理设置一次调频补偿系数，以便在一次调频启动时进行积分补偿;5）检查监测控制 AGC和机组 LCU的负荷调整逻辑，以防止对一次调频操作造成的影响。

结束语：一次调频是电力网负载频率控制中的一个关键环节，参与一次调频的水力发电机组的一次调频将直接影响到电网一次调频的效率和效率。

所以，电厂的管理者必须准确地了解一次调频系统对机组的特殊需求，并根据需要进行多次实验，根据不同的机组特性，确定相应的参数，通过多次的调试，最终得到了满意的结果。

参考文献

[1]温可瑞，李卫东，韩松等.考虑日历寿命的电池储能系统参与一次调频服务配置容量与控制参数协同优化[J].高电压技术，2019，45（07）：2185-2193.