摘要：水轮机组一次调频功能的实现，以及一次调频与AGC的配合是电网安全稳定运行和系统频率稳定的迫切要求，本文针对某电厂5号机组一次调频与AGC配合失当的动作情况进行分析研究，通过对调速器、监控程序进行改进、优化，进一步对电网频率的控制水平。
关键词：一次调频；AGC；程序优化
某电站单机容量350MW，水轮机型号：HLA904a-LJ-830，发电机型号：SF350-80/18900，额定水头60m，额定转速75r/min。调速器采用Woodward MicroNet Plus控制系统，并网时采用开度控制模式，有功调节采用大功率闭环方式，计算机监控系统采集电站的每台机组有功值，根据调度分配给电站的有功负荷，采取AGC分配每台机组的给定负荷。根据水头、开度、负荷与给定负荷的关系，进行PID调节、计算出每台机组的增减脉冲宽度，通过LCU传送给每台调速器增、减开关量脉冲，大闭环实现每台机组的功率调节。
图1 调速系统静态特性图
1、一次调频与AGC协联关系［1］
电网的一次调频主要是针对偏离额定频率（50HZ）的偏差进行机组的功率控制，由于机组调速系统中有的存在，决定了一次调频是有差调节，不可能完全弥补电网的功率差值，必须采用二次调频，主要作用是控制参加AGC的机组的目标功率值，根据电网的功率差值和频率偏差计算出新的目标功率值，使机组调速系统实现对新的目标功率值进行调节。
如图1所示，机组运行在A点，频率为，有功为，电网发生功率缺额，电网频率降低，如果不进行调节，机组频率则按静特性曲线1下降至，各机组根据频率偏差进行一次调频，使机组增发功率，电网频率为，不可能恢复到扰动前的。必须进行二次调频，将机组的目标功率由改为，则机组调速系统的静特性由曲线1改为曲线2，最后的调节结果为曲线2上的C点，电网的功率缺额得以补偿，系统频率恢复至。
综上所述，电网在负荷扰动后，电网频率产生相对于频率（转速）给定的偏差，各机组的调速系统根据频率偏差Δf和（功率）调差系数ep进行一次调频，在较快的时间（8″-15″）内弥补了系统部分功率差值pc；在一次调频的基础上，电网自动发电控制（AGC，二次调频）为了维护负荷的稳定将对负荷进行反方向的调节，修正相关机组的目标功率值，通过调速系统的PID调节（静态主要依靠积分调节），最终可实现电网功率平衡和频率的恢复。
2、带前馈功能的PID调节［2］
反馈控制是闭环控制，按被控变量的偏差进行控制，控制作用发生时间是在偏差出现以后。前馈是开环控制，是按照干扰作用的大小来进行控制的，当扰动一出现，就能根据扰动的测量信号产生调节作用，及时补偿扰动造成的被控对象的波动。
如图2，该电厂调速器PID算法中带有前馈功能，它操作PID反馈加速控制对整定点变化的响应，某电厂AGC下发功率，整定点发生变化，前馈模块驱动积分器相应变化，当整定点停止移动，前馈信号的偏移失效，正常的反馈信号（开度）将误差信号提供至积分器，这就保证了任何余留的整定点被平衡掉，虽然前馈模块起作用时，反馈也检测到偏差，只有整定点进行坡度式移动（速率小于0.1/s），反馈才能起作用，前馈功能牺牲机组的稳定点，贡献于系统的稳定性。
图2 调速器前馈模块逻辑框图
3、一次调频与AGC配合失当
某电厂调速器检修后一次调频试验中，一次调频功能在静态试验和不投入监控有功PID条件下的动态试验均正常。当投入监控有功PID和AGC后，一次调频动作发生异常：一次调频动作后，若监控有负荷调整脉冲下发，调速器不执行，在调速器内部做积分后一次性输出，造成负荷大幅波动。
图3 负荷大幅波动
如图3，模拟调速器频率为50.2Hz，一次调频动作，调速器向关方向关导叶，动作正常。导叶关闭到位后，模拟ＡＧＣ增负荷指令，导叶开度给定增大，前馈功能不断将增负荷送至积分器内，由于一次调频与AGC动作方向相反，一次调频作用和AGC相互叠加，所以监控系统检测负荷未到整定值，不断下发增负荷脉冲，造成导叶开度给定变化率超过0.1/s，调速器内部前馈模块闭锁导叶开度反馈和给定的差值输出。造成负荷大幅上升。
4、调速器内部程序优化
由于程序内部一次调频动作时，前馈功能起作用，会将导叶开度给定和反馈的差值SERVO_PID.ERROR_SW屏蔽掉，从而导致AGC的增减负荷指令就不会起作用。如图4。
图4 程序修改前逻辑
取消前馈闭锁导叶给定和反馈差值计算输出模块，即将SERVO_PID.ERROR的输出直接连接到SERVO_PID.DRP_ERROR的一个输入端。修改后的程序如图5。
5、监控系统内部程序优化
根据《中国南方电网自动发电控制（AGC）技术规范（试行）》有关要求，机组在执行AGC设定值时应该不受一次调频功能的影响，出力变化应该是二者叠加的效果。如果调速机构不能同时执行一次调频功能和AGC负荷调节功能时，应该以AGC负荷调节优先。机组在执行AGC调节任务时不应该受到一次调频功能的干扰。一次调频在AGC调节间断时期应该正常响应。
修改该电厂监控系统程序，实现一次调频动作复归后监控延时1分钟再进行负荷调整，若1分钟内存在人工AGC或者PID调节指令须立刻响应。一次调频动作期间，若不存在人工AGC或者PID调节指令，闭锁监控负荷调整。
6、程序优化后验证
程序修改后用调速器综合测试仪改变频率反馈，调速器一次调频动作，模拟ＡＧＣ的增负荷指令，调速器立即响应AGC增负荷指令，调速器最终稳定负荷为调速器一次调频动作前负荷、AGC增加的负荷、一次调频动作降低的负荷之和。试验过程正常。试验波形如图6：
图5 程序修改后逻辑
图6 调速器程序修改后试验波形
一次调频动作后，调速器导叶开度给定和反馈有一个固定的差值，该值等于一次调频动作降低的负荷。当模拟AGC增负荷指令时，导叶开度给定值增加，导叶开度反馈值立即响应开度给定值的增加，导叶开度和反馈的差值基本保持不变。一次调频动作结束后，导叶开度反馈值跟踪导叶开度设定值。试验过程正常。
7、结语
该电厂机组的有功功率控制分别集中在监控系统和调速器两个部分，因此电厂机组一次调频及AGC功能设置时必须综合考虑两个控制部件间的协调配合动作。即需要在现有机组负荷指令（来自AGC全厂机组分配或退出AGC后本地输入）基础上对调频部分进行适当的补偿以保证调速器和监控系统在调频动作时保持一致，持续发挥调频支撑作用。
参考文献
[1]刘伟 水轮发电机组电网一次调频功能的实现.
[2]某电厂调速器调速器电气柜说明书.
作者简介
宋艳伟，男，1985.03，电气二次检修。
闫明，男，1988.12，电气二次检修。
论文作者:宋艳伟,闫明
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：调速器论文; 负荷论文; 机组论文; 电网论文; 功率论文; 频率论文; 动作论文; 《电力设备》2019年第1期论文;