調速器一次調頻與監控系統AGC配合的應用研究

郭志斌

(嘉陵江亭子口水利水電開發有限公司，四川蒼溪，628400)

引言

發電機組一次調頻功能對于保持系統頻率穩定、減少區間省間聯絡線功率波動有重要作用，是保證電網安全穩定運行的重要手段。國家電網和南方電網要求并入電網的發電機組必須具備并投入一次調頻功能。大中型水電機組一次調頻的死區一般設置在±0.05Hz內，永態轉差率設置不大于4%，最大調整負荷設置為額定負荷的±10%，額定水頭50m以上的水電機組，其一次調頻負荷響應滯后時間應小于4s，額定水頭在50m以下的水電機組，其一次調頻的負荷響應滯后時間應小于8s，電網頻率變化超過機組一次調頻死區時，機組有功穩定值等于監控系統有功給定值加一次調頻有功調節量。

隨著電網的不斷發展，以四川電網作為研究，渝鄂直流背靠背聯網工程建成投運后，西南電網將實現與華中電網的異步聯網運行，系統轉動慣量大幅下降，相同功率擾動造成的電網頻率波動加大，頻率控制問題突出。四川省調各直調電廠采用的一次調頻與自動發電控制(AutomaticGenerationControl，簡稱AGC)、監控系統協調控制策略存在較大差異，不利于快速恢復電網頻率，電廠側通過優化一次調頻與AGC策略實現電網的安全穩定運行。

1 電力系統的頻率調節

電力系統運行的主要任務之一是控制電網頻率在50Hz附近的一個允許范圍內。電網頻率偏離額定值50Hz的原因是能源側的供電功率與負荷側的用電負荷之間的平衡被破壞而引起的。負荷的用電功率是經常在變化的，因此，電網的頻率控制的實質是：根據電網頻率偏離50Hz的方向和數值，實時在線地通過發電機組的調速系統和電網自動發電控制系統，調節能源側的供電功率以適應負荷側用電功率的變化，達到電網發電功率和用電功率的平衡，從而使電網頻率恢復到50Hz附近的一個允許范圍內。

通過發電機組調速系統的自身負荷/頻率靜態和動態特性對電網的控制，通常稱之為一次調頻，調速器測頻回路的輸入量是電網頻率。一次調頻是由發電機組調速系統的電網頻率f和機組功率P的靜態特性f=f(P)和PID調節特性來實現的；二次調頻是從電網的宏觀控制上，考慮經濟運行及電網交換功率控制等因素，通過電網AGC系統，向有關機組分配相應功率值設定值，從而實現電網范圍內的功率/頻率控制(LFC)。

2 原一次調頻與AGC的控制關系

機組帶負荷運行，監控系統有功閉環調節投入、一次調頻投入，監控接收來自調速器的一次調頻功能投入狀態、一次調頻信號正常，給調速器施加0.1Hz頻率擾動，調速器一次調頻正常動作。

圖1 施加0.1HZ頻率擾動

根據《水輪機調節系統并網運行技術導則》(DL/T1245-2013)中的方法進行頻率階躍擾動，在施加的擾動信號未回到一次調頻死區范圍內、同時監控系統未下發新的有功給定值的情況下，機組有功穩定值等于監控系統有功給定值加一次調頻有功調節量。

圖2 一次調頻動作時AGC更新給定值

3 AGC與一次調頻的新策略變化

隨著四川電網的不斷擴大發展，系統側發生結構性調整變化，對電廠AGC與一次調頻控制策略也隨之發生改變。

根據渝鄂直流背靠背聯網工程建成投運后四川電網變化需求，需要改變電廠側AGC與一次調頻的控制策略：機組一次調頻應與AGC、監控指令相互協調，一次調頻動作期間不能閉鎖AGC、監控指令，當一次調頻動作期間接受到新的AGC、監控調節指令后，機組應能執行新的AGC、監控指令。電廠側新增在系統頻率偏差較大情況下抑制AGC反向調節功能，當電網頻率低于額定頻率給定門檻時電廠應不執行AGC減負荷指令；當電網頻率高于額定頻率給定門檻時，電廠應不執行AGC加負荷指令。

4 AGC與一次調頻新策略在電廠中實現

取消監控系統內一次調頻動作保護功能，取消后一次調頻與AGC、監控系統有功調節不再閉鎖。

調速增加兩個開出信號送至監控系統，兩個開出信號在監控系統內分別定義為：調速器一次調頻增負荷、調速器一次調頻減負荷。兩個信號均為調速器控制器經計算得出，當調速器檢測到機組頻率與額定頻率差值≤-0.1Hz(該值可根據電網要求調整)時，監控系統接收到調速器一次調頻減負荷信號；當調速器檢測到機組頻率與額定頻率差值≥0.1Hz(該值可根據電網要求調整)時，監控系統接收到調速器一次調頻增負荷信號。

在監控系統中增加程序段，實現如下功能：當有功設定值-有功實發值<0，且調速器一次調頻增負荷信號動作時，不接收AGC減方向指令，不閉鎖監控其他方式的減負荷指令；當有功設定值-有功實發值>0，且調速器一次調頻減負荷動作時，不接收AGC加方向指令，不閉鎖監控其他方式的加負荷指令，抑制AGC反向調節功能。

完成現場設備相關改造后，進行以下試驗驗證：

(1)AGC負荷調節試驗，一次調頻不動作驗證

圖3 調節±10MW波形

(2)小于±0.1HZ偏差時，一次調頻試驗，AGC給定值不變驗證

圖4 +0.08Hz一次調頻波形

(3)小于±0.1Hz偏差，一次調頻動作試驗，更新AGC給定值正確響應驗證

圖5 -0.08Hz一次調頻動作時AGC更新定值波形

(4)大于±0.1Hz偏差，一次調頻動作時下發AGC同向值和反向值(正向疊加，反向閉鎖)

圖5 +0.11Hz一次調頻動作時，

圖6 -0.11Hz一次調頻動作時，

通過試驗驗證，電廠AGC與一次調頻間運行邏輯已發生如下變化：

①一次調頻不動作時，AGC負荷調節響應正常；

② AGC 給定值不變，±0.08Hz一次調頻動作正常；

③±0.08Hz一次調頻動作時，AGC更新給定值正反向均正確響應；

④±0.11Hz一次調頻動作時，AGC更新給定值時，正向正確響應，反向閉鎖。

5 結語

隨著電網結構性的發展調整，水電廠一次調頻功能的實現與監控系統AGC閉環調節的相互配合也需要進一步優化調整，水電廠監控及調速器系統根據電網的需要不斷完善現場控制配置，有效實現策略調整達到電網安全運行的目的。