【摘要】一次调控是电力系统频率稳定的重要途径之一。以现阶段电力系统运行情况为基础，结合近年来水电机组应用特点，明确新时代发展背景下对电力系统发展提出的要求，深层探索水电机组一次调节控制系统的完善，以及为水电机组一次调频控制系统的应用提供更多决策依据。
关键词：水电机组；一次调频；控制系统；完善
在社会经济不断发展，科技技术持续创新的背景下，我国先后提出了“西电东送”、“南北互供”及“全国联网”等工程，并对一次调频考核指数提出了完善，出台了《同步发电机原动机及其调节系统参数实测与建模导则》，这对水电厂发展而言具有积极作用。下面对水电机组一次调频控制系统及完善进行深层探索。
1.分析水电机组一次调频控制系统
在以往发展过程中的机械液压型调速器只有频率调节一种形式，单机运转或并入大电网前调速器自动调节机组频率，在这之后可以起到一次调频作用，且不能用人为切除，这样有效控制了电网频率的波动。
而随着近十多年的发展，促使水轮机调节理论和技术变得越来越完善，微机调速器展现出的性能得到了有效提升，相对的功能也得到优化，除了频率控制模式外，结合运行需求还要增加开度、水位、流量及功率等控制模式。因为各种控制方式的最终目标存在差异，这就要求调速器在多种控制模式下做好对应的协调工作。不管是调速器工作在哪种形势下，都要以不影响机组一次调频功能的正常发挥为基础进行操作【1】。
如下图所示，其展现了当前应用最多的典型微机调速器构成的水轮发电机组控制系统框图。机组在并网前空载工作的状态下，调速器依据频率控制模式进行工作，频率人工死区Ef=0，给定值是电网频率fn，机组频率fg跟踪电网频率有助于增加并网的速度。在并网之后，自动设计在开度控制或功率控制模式下运行，频率给定数值为fc=50.000Hz，Ef大小由电网调度结合机组的工作情况进行明确。在频率偏差△f=fc-fg超出频率死区之后，机组频率会自主增加或减少，进而挖成一次调频任务。
图 水轮发电机组控制系统框图
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
这项工作是依据改善PID参数实现的。在开度模式下设计PID控制参数，要选择较大的KP与K1数值，KD数值通常情况下为0.其中，KP的设计以一次调频频率扰动过程中的一次调频开度响应滞后时间要控制在3.0秒左右，并且不能出现较大的水压变化和功率反调作为选择依据；K1的设计要保障在不出现超频的情况下选择最大值，以此控制一次调频的调节时间。由此，在开度模式下设计KD对一次调频响应过程的影响范围非常低，并且当前电力行业、电网调度管理部门也对这一情况提出了明确要求，开度控制模式下不需要设计微分增益，因此KD数值为0.
在功率模式背景下，为了确保功率模式下的PID调节速动性与稳定性符合预期要求，不但要针对确保调速系统中的调节上升时间等需求，而且要符合稳定性需求，预防出现小负荷低频震荡，功率模式PID参数设计主要分为两种形式。以大小计算偏差都要引用较小的PID参数为例，在这一背景下的PID设计形式可以保障调节阶段的稳定性，但调节时间过长。
2.2一次调频调节深度
了解实践发展案例可知，这一因素主要受计算死区和永态转差系数所影响，而经常出现的问题主要分为以下两点：问题一，小频率偏差范围功率调节量过低。这是因为调节系统死区、传感器检测误差等因素综合影响导致的；问题二，水轮机运行水头对一次调频调节深度的影响较大，尤其是运行水头变化范围较大的机组，受到综合特性的影响，在高水位过程中导叶动作对出力影响非常敏感，但在低水位、高开度过程中很容易出现导叶增加，出力不改变的情况【2】。
对上述两种问题而言，问题一的解决方式主要分为以下几点：其一，引用较小的永态转差率bp数值，这样有助于让相同频差背景下，获取更多导叶开度调节量，也就是功率调节量。这种方式，不但可以补偿小频差调节量，而且有助于扩大大频差的调节量，不利于机组的平稳工作；其二，引用整体补偿固定数值调节量，依据改变一次调频计算死区的形式，或调节频差△f和调节功率对应关系。这种方式不但展现为电网频率出现小波动的情况，在补偿调节量的基础上，不影响机组及电网的平稳运行。
问题二的解决方式可以从调速器功率调节模式入手进行操作。水轮机运行水头对一次调频构成影响，是因为调速器自身的工作状态处于开度模式。在这一模式下，在一次调速工作过程中，调速器结合网频与额定频率构成的偏差计算，明确导叶开度目标数值，并进行有关工作。由此可知，在开度模式下运行，不能忽略水头对一次调频的影响。而在整合以往工作经验可知，调速器功率模式引用频差→有功功率→导叶开度调节方式，有助于解决这一问题，但需要关注运行数据的选择，预防出现较大的超调，保障机组可以安全而平稳的工作。
2.3一次调频和二次调频协调控制
对这两种协调控制而言，最重要的是以后者为先，但在一次调频工作状态下，二次调频不能加以影响。由此可知，在监控系统和调速器运行阶段，工作人员要合理处理两者的关系。开度模式下的一次与二次调频关系得到保障，要从监控系统入手。功率模式下则交给调速器来操作，且一般为两者叠加应用，两者有机统一【3】。
结束语
综上所述，水电机组一次调频控制系统的应用对水电厂运行而言具有积极作用，不但可以保障实践工作有序进行，提高电力系统频率的稳定性，而且可以为水电厂的发展带来更多经济效益。另外，在一次调频技术的持续优化下，水电厂的一次调频可以获取更多有效信息数据，这符合新时代发展背景下持续革新的市场环境需求，因此深层探索水电机组一次调频控制及完善工作至关重要。
参考文献:
[1]徐广文, 张海丽, 周云飞,等. 水电机组一次调频机理与误考核研究[J]. 武汉大学学报(工学版), 2016, 49(1):115-119.
[2]赵江. 水电机组一次调频试验解析[J]. 水能经济, 2017(1):17-17.
[3] 丁亮. 水电机组一次调频技术参数规范分析[J]. 水能经济, 2017(1):10-10.
论文作者:罗正锋
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/6
标签：调速器论文; 机组论文; 频率论文; 功率论文; 水电论文; 控制系统论文; 工作论文; 《电力设备》2018年第22期论文;