调速器一次调频与监控系统AGC配合的应用研究

郭志斌

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川苍溪，628400)

引言

发电机组一次调频功能对于保持系统频率稳定、减少区间省间联络线功率波动有重要作用，是保证电网安全稳定运行的重要手段。国家电网和南方电网要求并入电网的发电机组必须具备并投入一次调频功能。大中型水电机组一次调频的死区一般设置在±0.05Hz内，永态转差率设置不大于4%，最大调整负荷设置为额定负荷的±10%，额定水头50m以上的水电机组，其一次调频负荷响应滞后时间应小于4s，额定水头在50m以下的水电机组，其一次调频的负荷响应滞后时间应小于8s，电网频率变化超过机组一次调频死区时，机组有功稳定值等于监控系统有功给定值加一次调频有功调节量。

随着电网的不断发展，以四川电网作为研究，渝鄂直流背靠背联网工程建成投运后，西南电网将实现与华中电网的异步联网运行，系统转动惯量大幅下降，相同功率扰动造成的电网频率波动加大，频率控制问题突出。四川省调各直调电厂采用的一次调频与自动发电控制(AutomaticGenerationControl，简称AGC)、监控系统协调控制策略存在较大差异，不利于快速恢复电网频率，电厂侧通过优化一次调频与AGC策略实现电网的安全稳定运行。

1 电力系统的频率调节

电力系统运行的主要任务之一是控制电网频率在50Hz附近的一个允许范围内。电网频率偏离额定值50Hz的原因是能源侧的供电功率与负荷侧的用电负荷之间的平衡被破坏而引起的。负荷的用电功率是经常在变化的，因此，电网的频率控制的实质是：根据电网频率偏离50Hz的方向和数值，实时在线地通过发电机组的调速系统和电网自动发电控制系统，调节能源侧的供电功率以适应负荷侧用电功率的变化，达到电网发电功率和用电功率的平衡，从而使电网频率恢复到50Hz附近的一个允许范围内。

通过发电机组调速系统的自身负荷/频率静态和动态特性对电网的控制，通常称之为一次调频，调速器测频回路的输入量是电网频率。一次调频是由发电机组调速系统的电网频率f和机组功率P的静态特性f=f(P)和PID调节特性来实现的；二次调频是从电网的宏观控制上，考虑经济运行及电网交换功率控制等因素，通过电网AGC系统，向有关机组分配相应功率值设定值，从而实现电网范围内的功率/频率控制(LFC)。

2 原一次调频与AGC的控制关系

机组带负荷运行，监控系统有功闭环调节投入、一次调频投入，监控接收来自调速器的一次调频功能投入状态、一次调频信号正常，给调速器施加0.1Hz频率扰动，调速器一次调频正常动作。

图1 施加0.1HZ频率扰动

根据《水轮机调节系统并网运行技术导则》(DL/T1245-2013)中的方法进行频率阶跃扰动，在施加的扰动信号未回到一次调频死区范围内、同时监控系统未下发新的有功给定值的情况下，机组有功稳定值等于监控系统有功给定值加一次调频有功调节量。

图2 一次调频动作时AGC更新给定值

3 AGC与一次调频的新策略变化

随着四川电网的不断扩大发展，系统侧发生结构性调整变化，对电厂AGC与一次调频控制策略也随之发生改变。

根据渝鄂直流背靠背联网工程建成投运后四川电网变化需求，需要改变电厂侧AGC与一次调频的控制策略：机组一次调频应与AGC、监控指令相互协调，一次调频动作期间不能闭锁AGC、监控指令，当一次调频动作期间接受到新的AGC、监控调节指令后，机组应能执行新的AGC、监控指令。电厂侧新增在系统频率偏差较大情况下抑制AGC反向调节功能，当电网频率低于额定频率给定门槛时电厂应不执行AGC减负荷指令；当电网频率高于额定频率给定门槛时，电厂应不执行AGC加负荷指令。

4 AGC与一次调频新策略在电厂中实现

取消监控系统内一次调频动作保护功能，取消后一次调频与AGC、监控系统有功调节不再闭锁。

调速增加两个开出信号送至监控系统，两个开出信号在监控系统内分别定义为：调速器一次调频增负荷、调速器一次调频减负荷。两个信号均为调速器控制器经计算得出，当调速器检测到机组频率与额定频率差值≤-0.1Hz(该值可根据电网要求调整)时，监控系统接收到调速器一次调频减负荷信号；当调速器检测到机组频率与额定频率差值≥0.1Hz(该值可根据电网要求调整)时，监控系统接收到调速器一次调频增负荷信号。

在监控系统中增加程序段，实现如下功能：当有功设定值-有功实发值<0，且调速器一次调频增负荷信号动作时，不接收AGC减方向指令，不闭锁监控其他方式的减负荷指令；当有功设定值-有功实发值>0，且调速器一次调频减负荷动作时，不接收AGC加方向指令，不闭锁监控其他方式的加负荷指令，抑制AGC反向调节功能。

完成现场设备相关改造后，进行以下试验验证：

(1)AGC负荷调节试验，一次调频不动作验证

图3 调节±10MW波形

(2)小于±0.1HZ偏差时，一次调频试验，AGC给定值不变验证

图4 +0.08Hz一次调频波形

(3)小于±0.1Hz偏差，一次调频动作试验，更新AGC给定值正确响应验证

图5 -0.08Hz一次调频动作时AGC更新定值波形

(4)大于±0.1Hz偏差，一次调频动作时下发AGC同向值和反向值(正向叠加，反向闭锁)

图5 +0.11Hz一次调频动作时，

图6 -0.11Hz一次调频动作时，

通过试验验证，电厂AGC与一次调频间运行逻辑已发生如下变化：

①一次调频不动作时，AGC负荷调节响应正常；

② AGC 给定值不变，±0.08Hz一次调频动作正常；

③±0.08Hz一次调频动作时，AGC更新给定值正反向均正确响应；

④±0.11Hz一次调频动作时，AGC更新给定值时，正向正确响应，反向闭锁。

5 结语

随着电网结构性的发展调整，水电厂一次调频功能的实现与监控系统AGC闭环调节的相互配合也需要进一步优化调整，水电厂监控及调速器系统根据电网的需要不断完善现场控制配置，有效实现策略调整达到电网安全运行的目的。