摘要：文章对电网中机组的一次调频的基本原理进行了介绍和分析，然后明确了一次调频的关键参数和指标，这些参数和指标的估计方法为机组一次调频能力的在线评价及电网稳定性的分析提供了一定的借鉴经验。
关键词：火电机组；一次调频；参数辨识
1. 引言
随着现代社会对电力供应依赖程度的不断提高，电力系统的供应规模和电网复杂程度度也在不断提高，因此电力系统的安全稳定性也日益面临着严峻的挑战。20世纪60年代以来，中国发生过超过100起的电力系统故障，给生产、生活造成了极其严重的影响。因此如何提高电力系统的供电安全成为一个重要的研究方向，而发电机组的一次调频特性成为该研究方向的重要课题。
2. 一次调频的基本原理
2.1 一次调频介绍
电网的调频主要包含自然调频、一次调频和二次调频三种工况。在电网中，一次调频是通过各机组调速系统的静态特性，利用机组的蓄能特点承担电网负荷的变化，最终将电网频率稳定在一个稳态频率上。一次调频主要从原动机的调速系统上自动完成，不需要电网调度部门的干预，而且一次调频的响应时间仅为几秒钟。
当电网负荷出现扰动时，电网会将负荷扰动按各机组的不等率分配到参与一次调频的各台机组上，所得不等率小的机组承担较多的负荷。各机组的不等率具有大致相同的数值，一般为4%—5%。越多机组不参加一次调频，会降低电网的自平衡能力，从而增加二次调频的任务，而且对二次调频的响应速度要求更高。
2.2 一次调频的作用分析
机组一次调频能够在电网负荷出现扰动时，第一时间自动改变机组出力，从而达到维护电网负荷平衡和频率稳定的目的。通过普遍采用的现代数字电液调节系统，能够很方便地修改机组的一次调频参数（即调频死区和调频不等率），同时还能进行一次调频功能的投切操作。因此，在机组的日常管理操作中，对一次调频的参数和指标进行在线监测，对电网的日常调度运行有很大帮助，并且能够充分测试投运机组的一次调频能力，从而增强电网频率等多方面的安全稳定性。
3 一次调频数据预处理
在机组的日常管理操作中，机组一次调频的参数和指标是无法直接测量的，一般需要在实验或在线扰动的状态下，对机组的功率—频率(转速)进行在线监测测量，然后绘制出其变化曲线，最后通过曲线分析计算才能取得。实际上，这个在线监测过程就是在线对有效数据进行鉴别、分析和参数估计的过程。测试过程中测得的被测信号数据需要具有一定的有效性、有精确性和同步性。实际中由于各个机组的在线监测中所采用的传感器不尽相同，其测量精度也各不相同，同时，在测量和传输过程中不可避免地产生了一定的误差、噪声和延迟，这就对这些测量数据的精确性和同步性带来了极大的挑战。
随着技术的不断进步，PMU技术的出现大大促进了大范围机组被测数据的同步采集工作。PMU技术是基于全球卫星定位技术而开发的现代化技术，基于该技术研制的PMU装置能够就地安置在被测机组中。所测得的数据以一定的采样频率统一上传到在线监测系统主站，这就避免了分布式控制系统带来的采样误差。由于电网内机组数量较多，且不同机组所处的环境比较复杂，因此测得的原始数据需通过限幅和尖点滤波，并核实所有数据信号的有效范围，并去除故障信号和数据中的坏点。同时需要对含噪声的数据经过滤波，过滤掉大部分高频噪声和干扰。
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此外，只有当电网频率的偏差超出给定死区，一次调频回路才会动作，这就需要从海量日常数据中在线筛选出有效的一次调频动作片段进行进一步分析。在有效的负荷扰动信号超出频率偏差调频死区一定量，并维持一定的时间以确保包含足够的可供分析的信息。
4. 一次调频参数指标的在线估计方法
4.1 主要一次调频参数指标的选择
经典的一次调频参数主要是调频死区和调速不等率，其数值和分布特点对电网的频率稳定性具有非常重要的影响力，但这些数据和指标属于静态数据范畴，并不能反映多数情况下的真实情况，完全按照这些数据和指标进行一次调频时，容易造成一次调频动作延时等问题。因此也引入了一次调频贡献电量和一次调频动作延时量等指标，这些指标常常用来衡量机组一次调频性能及贡献。因此，选择合适的一次调频参数指标，并确定其合理的计算方法，成为进行有效的一次调频监测的关键因素。
4.2 调频死区
理论上，调频死区对应着机组开始响应频率变化时刻对应的频率偏差。但调频死区本身比较小，频率信号的波动又比较快，仅凭波动的功率信号无法准确锁定机组响应一次调频动作的时刻，进而难以获得有效的调频死区。
当频率偏差超出死区时，机组控制系统会输出一次调频动作信号，该信号为开关量信号，其上升沿对应频率偏差超出死区的时刻，从而根据频率信号确定机组的调频死区估计值。
4.3 调速不等率
调速不等率也称调差系数，其数值大小决定了机组静态调节特性线M和M1的斜率，也即确定了一定频率偏差对应的机组相对负荷变化大小。该参数和调频死区都是现代发电机组数字电液调节系统中的重要参数。在电网出现负荷扰动时，较小的可以获得调频机组较大的功率支持，但不利于机组自身的稳定；反之较大的不利于电网应对突发扰动或事故时的频率稳定，但有利于机组自身设备的稳定运行。
4.4一次调频贡献电量
一次调频贡献电量属于积分量，具有比较好的鲁棒性，对算法和信号的精度要求不高，常用于衡量各机组在参与一次调频过程中应对负荷扰动的贡献，可作为事后对机组参与电网一次调频的考核和补偿，采用机组参与一次调频时输出功率变化量的积分来计算，以鼓励机组积极参与一次调频并维护电网的稳定。
5结语
对电网机组一次调频的关键参数和指标的估计方法是多样的、复杂的，这就需要在工程经验的积累下，明白一次调频的原理，分析影响一次调频的参数和指标如调频死区和调速不等率等，采用正确的方法进行校正，这样才能准确的估计出一次调频的参数和指标，从而确保发电机组的安全稳定性，提高电力系统的供电安全。
参考文献：
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[3]杨桂钟,黄霆,苏毅,林因.发电机组一次调频性能评价初探[J].电力与电工,2013(3):32-35
论文作者:吕成栋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
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