摘要：电力系统发生的严重事故往往是难以预测的，系统负荷扰动具有不确定性，在系统内出现突然的负荷扰动情况下，水电机组一次调频对于电网的安全运行至关重要。AGC是现代化水电站必备功能，是指按预定条件和要求，以迅速、经济的方式自动控制水电厂有功功率来满足系统需要的技术，它是在水轮发电机自动控制的基础上，实现自动化的一种方式。本文围绕水电站机组一次调频与AGC性能优化展开了详细的研究。
关键词：水电机组；一次调频；AGC；死区设置；性能优化
0 引言
一次调频与AGC是保持电网有功平衡和频率稳定的重要手段，伴随AGC和一次调频考核等技术指标和规定的不断完善，人们对一次调频与AGC的配合策略越来越加重视。一次调频与AGC下达的二次调频对电网频率的控制是一个协调互补的关系，电网频率在系统正常运行时始终处于波动状态，机组一次调频不断动作，同时电站AGC下达指令频繁，一次调频与AGC配合将直接影响机组稳定运行，因此需要对二者的协调性进行优化，从而确保二者能够发挥出正常的功能。
1水电机组一次调频
1.1水电机组一次调频控制简介
水电机组一次调频的控制方式有两种，一种是将一次调频值叠加到监控系统的功率给定值上，在监控系统中形成功率校正回路，即当调速系统中检测到频率超出死区后，直接调整导叶的开度，同时将一次调频所要变化的负荷值叠加到监控系统的功率给定值上，在监控系统中形成功率校正回路，使之不反调；另一种是当调速系统中检测到的频率超出死区后，直接调整导叶的开度，同时输出1个一次调频动作的信号到监控系统，监控系统将功率调节器切换到跟踪方式，调节器的设定值跟踪实际功率，当频率偏差回到死区范围内再由监控系统进行功率调节。一次调频将功率调节切到跟踪状态，与由于故障原因将功率调节切到手动状态有本质区别，一次调频将功率调节切到跟踪状态在频率偏差回到死区范围内自动进入调节状态；而因故障原因将功率调节切到手动需要检修人员将故障处理完毕，由运行人员确认后再投入自动状态。机组在进行功率调节的同时，也可以进行一次调频，相当于一次调频与二次调频可以同时进行；机组在AGC控制时，一次调频功能也可以正常投入。一次调频功能优先，一次调频动作时闭锁功率调节。一次调频与二次调频没有矛盾，是可以同时实现的两个功能，当水电站选择了一次调频功能优先，一次调频功能动作时闭锁功率调节的运行方式后，水电机组AGC控制也只能采取这种方式，其原因是由于电网有负荷波动时网频超出死区，水电机组在响应一次调频的时间里调度将无法通过AGC或调度指令调度负荷。
1.2 一次调频主要指标
一次调频主要指标包括：
（1）水电机组永态转差率不大于4%；
（2）水电机组一次调频的负荷变化限制幅度为额定负荷的±10%；
（3）机组在 80 %的额定负荷状态下运行，对持续60s的一定频率的阶跃变化，其负荷调整响应的滞后时间、调整的幅度应满足如下要求：①额定水头在50m及以上的水电机组，其一次调频的负荷响应滞后时间，应小于4s；②所有机组一次调频的负荷调整幅度应在15s内达到理论计算的一次调频的最大负荷调整幅度的90%；③在电网频率变化超过机组一次调频死区时开始的45s内，机组实际出力与机组响应目标偏差的平均值应在机组额定有功出力的±5%内。
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1.3水电机组运行方式
水电机组在设计中一般具备三种运行方式：第一种是频率方式，相当于以频率为闭环，当检测频率与额定频率存在偏差就调节，直至两者相等，主要用于并网前的转速控制；第二种方式是开度反馈方式，在这种方式下以导叶开度为闭环，导叶开度与给定开度存在偏差就进行调节；第三种方式是功率反馈方式，在这种方式下以功率为闭环，实际功率与给定功率存在偏差就进行调节，直至两者相等。一般水电机组并网后并用开度反馈运行方式和功率反馈运行方式较普遍。正常运行时两种方式之间可以实现无扰切换。调速控制系统中具备开度反馈和功率反馈两种运行方式，可以实现无扰切换，但是需要重新调整PID参数，即两种方式采用同一个调节器，方式切换后需要改变PID参数。监控系统与调速控制系统的联接中只选择了开度反馈方式。
2水轮机调速器调节死区设置
2.1调速器人工频率死区设置
调速器设置人工频率死区的目的是减少调速系统的动作，提高机组运行的稳定性。当系统频率在死区内变化时，机组不随频率的变化进行调节，从而起到固定负荷的作用。若人工频率死区设置过小，将引起机组频繁调节，不利于机组的稳定运行，并在一定程度上影响电网的频率稳定。若设置过大，则在电网频率发生较大偏差时不能有效发挥一次调频作用对系统提供功率支援。因此，合理设定发电机组调速系统人工频率死区非常重要。
2.2 调速器人工开度死区设置
调速器设置开度死区的目的与设置人工频率死区相同，但人工开度死区的存在可使一次调频的调整量加大，并使频差回复至人工频率死区以内，一次调频调节结束后主接力器不能回复到调节前的值。人工开度死区要根据具体情况合理设置，原则上调节死区上限为机组额定容量的3%，机组容量在50MW以下的机组设置为1MW，机组容量在50MW至100MW的设置为3MW，机组容量在100 MW至200 MW的设置为5MW。
3 优化措施
为了能够较好地实现现调速机构一次调频和二次调频的共同叠加，建议从以下几方面进行改进：
（1）监控系统采取在全厂无AGC指令分配时，不得屏蔽机组一次调频功能。当频率在一次调频死区之内时，若AGC指令有变化，监控系统可以短暂闭锁发电机组一次调频功能，完成二次调频过程。
（2）当频率超过一次调频死区时，监控系统不得屏蔽AGC指令，若发电机组一次调频动作响应方向与AGC指令同时动作时，监控系统可以短暂闭锁发电机组一次调频功能，或着采取AGC指令与一次调频指令直接叠加的方式，完成二次调频过程。
（3）一次调频过程最终表现在机组出力的变化上，由于引水系统的水击效应，一次调频过程可能出现功率反调，恶化机组的一次调频性能，不利于调度对电厂机组一次调频性能的考核。因此，一次调频试验中既要提高调节响应速度，又要尽量降低机组调节过程中的功率反调，减少调节滞后时间。为避免机组出现大的波动，需要选择一组合理的PID调节参数。
（4）优化一次调频与AGC的协调性。在AGC投入后一次调频与AGC相互屏蔽，一次调频有可能将不起作用，进行一次调频动作时同样不能增减负荷，所以需要采取一定的措施对一次调频与监控系统AGC的协调性进行优化调整。
（5）AGC负荷指令由监控系统输出，为阶跃变化，若阶跃量幅值较大，导叶开度将迅速大幅增减，不利于机组安全运行，建议采用斜坡函数输出，优化导叶开度增减速率。
（6）功率控制模式下，AGC负荷控制与一次调频共用一组PID参数，由于机组并网运行中调频与调功的速率要求不同，调频速率较快，在系统频率越限后要迅速增减负荷，而AGC负荷调节速率在满足要求的前提下，可适当放缓，以避免导叶长期快速动作而引起叶片损伤。建议采用变参数控制分别满足一次调频与AGC响应需求。
4结论
电力系统发生的严重事故往往是难以预测的，系统负荷扰动具有不确定性，在系统内出现突然的负荷扰动情况下，水电机组一次调频对于电网的安全运行至关重要。一次调频涉及到的关键参数和关键控制逻辑也应根据电网运行要求进行正确实现和必要的试验，充分发挥水电机组应有的作用。AGC是一项与电站运行实践关系极为密切的高级功能，为充分发挥它在电站和系统中的作用，开发单位和运行单位的技术人员必须根据各自对AGC的理解进行深入沟通，才能使得AGC的应用更加合理。
参考文献：
[1]何常胜，舒荣，刘兴福.水电站机组一次调频与AGC性能优化[J].云南电力技术，2014.
[2]秦立林.亭子口水电站机组一次调频性能测试与分析[J].水力发电，2014.
[3]肖云亚.山口水电站机组一次调频功能的优化与改进[J].中国水能及电气化，2016.
论文作者:苏承玮
论文发表刊物:《电力设备》2016年第16期
论文发表时间:2016/11/9
标签：机组论文; 死区论文; 功率论文; 频率论文; 负荷论文; 方式论文; 监控系统论文; 《电力设备》2016年第16期论文;