水電機(jī)組一次調(diào)頻限幅及與AGC協(xié)調(diào)規(guī)范探討

1、水電機(jī)組一次調(diào)頻限幅及與AGC協(xié)調(diào)規(guī)范探討摘要：為提高水電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)水平，以廣東電網(wǎng)一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定為例，探討了水電機(jī)組一次調(diào)頻限幅及與AGC協(xié)調(diào)規(guī)范。根據(jù)抬機(jī)的原因，指出無需限制軸流式機(jī)組的一次調(diào)頻限幅，建議設(shè)定水電機(jī)組一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)范圍，以避免抬機(jī)、水力振動(dòng)和超出力對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的不利影響；列舉了兩種常用的電廠AGC與調(diào)速器配合方式，指出了一次調(diào)頻與AGC配合矛盾情況及其原因，給出了一次調(diào)頻與AGC相互協(xié)調(diào)的實(shí)例。關(guān)鍵詞：水電機(jī)組；一次調(diào)頻；限幅；AGC；協(xié)調(diào)；規(guī)范DiscussiononSpecificationofLimitandCoordinationwithAGCofPr

2、imaryFrequencyRegulationforHydropowerUnitAbstract:Inordertoraisethetechnicallevelofprimaryfrequencyregulationofhydropowerunit,thespecificationsoflimitandcoordinationwithAGCofprimaryfrequencyregulationforhydropowerunitswerediscussedthatwerepresentedinthecodeofprimaryfrequencyregulationforGuangdongPow

3、erGrid.Accordingtothereasonsofmachinelifting，itwaspointedthattherewasnonecessarytolimittheregulationamplitude.Inordertoavoidmachinelifting,hydraulicvibrationandexcessoutputaffectingsafetyofunits,itwassuggestedtosettheregulationrange.ThecommonwaysforgovernortocoordinatewithAGCwereexampled.Theconflict

4、betweenprimaryfrequencyregulationandAGCwasexplained,andanexamplethatgovernorcoordinatedwithAGCwellwasdetailed.Keywords:hydropowerunit;primaryfrequencyregulation;limit;AGC;coordination;specification一次調(diào)頻是發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)功能之一，是保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的重要技術(shù)手段，水電廠一次調(diào)頻功能的投入對(duì)保持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定、確保供電質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用1。廣東電網(wǎng)都對(duì)入網(wǎng)機(jī)組的一次調(diào)頻提出了明確的技術(shù)性

5、能要求，指導(dǎo)著一次調(diào)頻運(yùn)行管理工作。但是，其中關(guān)于水電機(jī)組一次調(diào)頻限幅及與AGC協(xié)調(diào)規(guī)定的不足阻礙了水電機(jī)組一次調(diào)頻性能的進(jìn)一步提升，有必要探討完善。1、 限幅及與AGC協(xié)調(diào)規(guī)范廣東電網(wǎng)對(duì)水電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)性能的要求分為技術(shù)參數(shù)規(guī)范、動(dòng)態(tài)品質(zhì)規(guī)范、限幅及與AGC協(xié)調(diào)規(guī)范三塊，其中限幅及與AGC協(xié)調(diào)規(guī)范的具體內(nèi)容為2：1） 一次調(diào)頻負(fù)荷變化幅度不加以限制(軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組負(fù)荷變化幅度可根據(jù)機(jī)組特性適當(dāng)限制）2） ）對(duì)于投入AGC功能的機(jī)組，在電網(wǎng)頻率超出50±0.05Hz時(shí)，應(yīng)能暫時(shí)閉鎖不利于頻率恢復(fù)的AGC指令，直到機(jī)組一次調(diào)頻作用結(jié)束或暫停時(shí)間超過45秒。2、 一次調(diào)頻限幅一次調(diào)頻

6、限幅應(yīng)包含兩層意思：一、調(diào)節(jié)幅度的限制；二、調(diào)節(jié)區(qū)域的限制。而上述規(guī)范中只對(duì)調(diào)節(jié)幅度提出了要求。和火電機(jī)組不同，水電機(jī)組不存在蒸汽參數(shù)的限制，一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度可不加限制34。限制軸流式機(jī)組的一次調(diào)頻負(fù)荷變化幅度是為避免一次調(diào)頻過程中發(fā)生抬機(jī)。然而，抬機(jī)的主要原因是甩負(fù)荷時(shí)尾水管內(nèi)的反水錘和水輪機(jī)進(jìn)入水泵工況后向上的軸向水推力5。因此，只要設(shè)定好參與一次調(diào)頻的軸流式機(jī)組的導(dǎo)葉動(dòng)作下限，就可以防止抬機(jī)。薩揚(yáng)-舒申斯克水電站事故再一次敲響了水力振動(dòng)危害的警鐘6，部分負(fù)荷時(shí)混流式機(jī)組會(huì)進(jìn)入水力振動(dòng)區(qū)，轉(zhuǎn)輪后偏心渦帶將引起機(jī)組振動(dòng)，大軸擺動(dòng)，出力不穩(wěn)，損壞尾水管等危害，影響機(jī)組的運(yùn)行安全及穩(wěn)定性。

7、另外，機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可能會(huì)因一次調(diào)頻動(dòng)作而超出力運(yùn)行，這對(duì)于一些機(jī)組亦是非常不利的。所以，為避免抬機(jī)、水力振動(dòng)和超出力對(duì)機(jī)組的破壞，非常有必要對(duì)一次調(diào)頻調(diào)節(jié)區(qū)域（即負(fù)荷上、下限）進(jìn)行限制而不僅僅是調(diào)節(jié)幅度。3、 一次調(diào)頻與AGC協(xié)調(diào)一次調(diào)頻就是調(diào)速器根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差自動(dòng)調(diào)整機(jī)組負(fù)荷，為穩(wěn)定系統(tǒng)頻率出力，特點(diǎn)是響應(yīng)速度快，但永態(tài)調(diào)差系數(shù)不為零，無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率無差調(diào)節(jié)，而二次調(diào)頻則是發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)頻率有超過規(guī)定的偏差時(shí)，有調(diào)頻任務(wù)的電站采用人工或自動(dòng)方式控制調(diào)速器（開度或功率給定），使頻率恢復(fù)額定值7，這兩者本身沒有矛盾，是調(diào)速器同時(shí)具備的兩個(gè)功能。電廠AGC是完成二次調(diào)頻同時(shí)具備優(yōu)化負(fù)荷分配的自動(dòng)

8、控制裝置，與調(diào)速器有以下兩種常用的配合方式：圖1電廠AGC指令為開度給定的控制框圖Fig.1OneapproachofcoordinationwihAGCforgovernor圖2電廠AGC指令為功率給定的控制框圖Fig.2OtherapproachofcoordinationwihAGCforgovernor采用圖1所示的電廠AGC與調(diào)速器配合方式時(shí)，一次調(diào)頻會(huì)和AGC產(chǎn)生矛盾，引起機(jī)組功率振蕩網(wǎng)，如圖3所示。有功功率導(dǎo)葉主接機(jī)組頻率圖例：機(jī)組頻率有功功率導(dǎo)葉主接圖3一次調(diào)頻與電廠AGC矛盾示意圖Fig.3Oscillogramofconflictbetweenprimaryfrequenc

9、yregulationandAGC在一次調(diào)頻動(dòng)作過程中，監(jiān)控系統(tǒng)捕捉到的機(jī)組功率與功率給定的差值超過設(shè)定的功率死區(qū)，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)的功率控制閉環(huán)反向調(diào)節(jié)開度給定，從而與一次調(diào)頻產(chǎn)生矛盾，此時(shí)需要采取一定的措施使二者協(xié)調(diào)工作9。圖2所示的AGC與調(diào)速器配合方式不存在一次調(diào)頻與AGC矛盾問題，因?yàn)樵摲绞较码姀SAGC不進(jìn)行功率閉環(huán)調(diào)節(jié)，該任務(wù)由處于功率調(diào)節(jié)模式的調(diào)節(jié)系統(tǒng)完成，機(jī)組出力等于功率給定和一次調(diào)頻負(fù)荷調(diào)節(jié)量之和。某抽水蓄能電站AGC系統(tǒng)采用圖2所示的控制方式，圖4、5是其中某機(jī)組次調(diào)頻與AGC協(xié)同試驗(yàn)的示波圖。圖例:有功功率機(jī)組頻率有功功率機(jī)組頻率圖4AGC功給210MW,機(jī)頻50.0050.

10、15Hz示波圖Fig.4Oscillogramofaunit'sresponseafterfrequencystepsfrom50.00upto50.15Hzwhile210MWloadsetpointunchanged圖例:有功功率機(jī)組頻率 Hz.MW機(jī)組頻率有功功率圖5機(jī)頻50.15Hz,AGC功給210180MW示波圖Fig.5Oscillogramofaunit'sresponseafterloadsetpointstepsfrom210downto180MWwhile50.15Hzfrequencyunchanged試驗(yàn)過程為：首先，模擬機(jī)頻（系統(tǒng)頻率）超過一次調(diào)頻死

11、區(qū)，此時(shí)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作，減小機(jī)組出力，直至和頻差相應(yīng)的功率響應(yīng)目標(biāo)，如圖4所示；然后，保持模擬機(jī)頻不變，讓一次調(diào)頻一直動(dòng)作，模擬調(diào)度AGC動(dòng)作，減小機(jī)組負(fù)荷給定，此時(shí)機(jī)組出力會(huì)跟隨AGC的負(fù)荷給定而減小直至達(dá)到所要求值，如圖5所示。該試驗(yàn)可以證明：若AGC采用圖2所示的控制方式時(shí)，機(jī)組的一次調(diào)頻與電廠AGC能夠相互協(xié)調(diào)，機(jī)組負(fù)荷由二者共同決定，同時(shí)保證機(jī)組一次調(diào)頻與調(diào)度AGC的無縫銜接，在一次調(diào)頻動(dòng)作后仍能夠參與電網(wǎng)的二次調(diào)頻和優(yōu)化調(diào)度。4、 建議通過一次調(diào)頻限幅及與AGC協(xié)調(diào)的分析，可知廣東電網(wǎng)水電機(jī)組一次調(diào)頻規(guī)定中的相關(guān)內(nèi)容存在不足之處，不利于水電機(jī)組的一次調(diào)頻管理及測(cè)試工作，有必要進(jìn)行

12、完善：（ 1） 一次調(diào)頻負(fù)荷變化幅度不加以限制。（ 2） 為避免機(jī)組抬機(jī)、超出力或進(jìn)入水力振動(dòng)區(qū)，必要時(shí)可對(duì)一次調(diào)頻調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行限制。（ 3） 對(duì)于投入AGC功能的機(jī)組，一次調(diào)頻應(yīng)能夠與AGC協(xié)調(diào)工作。當(dāng)上位機(jī)AGC控制程序?yàn)楣β书]環(huán)時(shí)，需要采取必要的措施，保證一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)能夠閉鎖不利于頻率恢復(fù)的AGC指令，直至機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作結(jié)束。5、 結(jié)語a. 限制軸流式機(jī)組的一次調(diào)頻負(fù)荷變化幅度，使得軸流式機(jī)組的一次調(diào)頻能力無法充分發(fā)揮，也不能從根本上防止抬機(jī)，正確的做法是設(shè)定好參與一次調(diào)頻時(shí)導(dǎo)葉的動(dòng)作下限，避免產(chǎn)生過大的反水錘和向上的軸向水推力。b. 參與一次調(diào)頻的水電機(jī)組有頻繁進(jìn)出振動(dòng)區(qū)和超出力的

13、可能，為避免超出力、水力振動(dòng)對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響，需要對(duì)一次調(diào)頻調(diào)節(jié)范圍進(jìn)行限定。c. 進(jìn)行功率閉環(huán)控制的電廠AGC系統(tǒng)，若采用開關(guān)量方式控制調(diào)速器開度給定，可能會(huì)和一次調(diào)頻矛盾，此時(shí)需要采取措施保證一次調(diào)頻動(dòng)作期間二者能夠相互配合。d. 探討了廣東電網(wǎng)有關(guān)水電機(jī)組一次調(diào)頻限幅及與AGC協(xié)調(diào)的規(guī)范，給出了完善建議，以期為水力機(jī)組一次調(diào)頻規(guī)范制定提供參考參考文獻(xiàn)：1 鄭慶平，劉安平烏溪江水力發(fā)電廠一次調(diào)頻J水電能源科學(xué)，2008，26(2)：184-1872 廣東電力系統(tǒng)一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定(征求意見稿)Z.廣州：廣東省電力調(diào)度中心,2009.3 霍紅巖,圖布信,郭華,等.水電機(jī)組一次調(diào)頻的分析與探討J.內(nèi)蒙古電力技術(shù),2008,26(4):36-37.4 張建明,譚建輝,劉同安,等.水電機(jī)組一次調(diào)頻若干問題的探討J.水電廠自動(dòng)化,2007,113(3):31-33.5 雷江逵,李建衛(wèi).水輪機(jī)防止抬機(jī)和減輕反水錘問