水电机组一次调频限幅及与AGC协调规范探讨.doc

水电机组一次调频限幅及与AGC协调规范探讨摘要：为提高水电机组一次调频技术水平，以广东电网一次调频运行管理规定为例，探讨了水电机组一次调频限幅及与AGC协调规范。根据抬机的原因，指出无需限制轴流式机组的一次调频限幅，建议设定水电机组一次调频的调节范围，以避免抬机、水力振动和超出力对机组稳定运行的不利影响；列举了两种常用的电厂AGC与调速器配合方式，指出了一次调频与AGC配合矛盾情况及其原因，给出了一次调频与AGC相互协调的实例。关键词：水电机组；一次调频；限幅；AGC；协调；规范 Discussion on Specification of Limit and Coordination with AGC of Primary Frequency Regulation for Hydropower UnitAbstract: In order to raise the technical level of primary frequency regulation of hydropower unit, the specifications of limit and coordination with AGC of primary frequency regulation for hydropower units were discussed that were presented in the code of primary frequency regulation for Guangdong Power Grid. According to the reasons of machine lifting，it was pointed that there was no necessary to limit the regulation amplitude. In order to avoid machine lifting, hydraulic vibration and excess output affecting safety of units, it was suggested to set the regulation range. The common ways for governor to coordinate with AGC were exampled. The conflict between primary frequency regulation and AGC was explained, and an example that governor coordinated with AGC well was detailed.Key words: hydropower unit; primary frequency regulation; limit; AGC; coordination; specification一次调频是发电机组的基础功能之一，是保障电网安全、稳定、优质运行的重要技术手段，水电厂一次调频功能的投入对保持电网频率稳定、确保供电质量有着至关重要的作用1。广东电网都对入网机组的一次调频提出了明确的技术性能要求，指导着一次调频运行管理工作。但是，其中关于水电机组一次调频限幅及与AGC协调规定的不足阻碍了水电机组一次调频性能的进一步提升，有必要探讨完善。一、 限幅及与AGC协调规范广东电网对水电机组一次调频技术性能的要求分为技术参数规范、动态品质规范、限幅及与AGC协调规范三块，其中限幅及与AGC协调规范的具体内容为2：（1） 一次调频负荷变化幅度不加以限制（轴流转桨式机组负荷变化幅度可根据机组特性适当限制）。（2） 对于投入AGC功能的机组，在电网频率超出50±0.05Hz时，应能暂时闭锁不利于频率恢复的AGC指令，直到机组一次调频作用结束或暂停时间超过45秒。二、 一次调频限幅一次调频限幅应包含两层意思：一、调节幅度的限制；二、调节区域的限制。而上述规范中只对调节幅度提出了要求。和火电机组不同，水电机组不存在蒸汽参数的限制，一次调频的负荷调节幅度可不加限制3 4。限制轴流式机组的一次调频负荷变化幅度是为避免一次调频过程中发生抬机。然而，抬机的主要原因是甩负荷时尾水管内的反水锤和水轮机进入水泵工况后向上的轴向水推力 5。因此，只要设定好参与一次调频的轴流式机组的导叶动作下限，就可以防止抬机。萨扬-舒申斯克水电站事故再一次敲响了水力振动危害的警钟6，部分负荷时混流式机组会进入水力振动区，转轮后偏心涡带将引起机组振动，大轴摆动，出力不稳，损坏尾水管等危害，影响机组的运行安全及稳定性。另外，机组满负荷运行时可能会因一次调频动作而超出力运行，这对于一些机组亦是非常不利的。所以，为避免抬机、水力振动和超出力对机组的破坏，非常有必要对一次调频调节区域（即负荷上、下限）进行限制而不仅仅是调节幅度。三、 一次调频与AGC协调一次调频就是调速器根据系统频率偏差自动调整机组负荷，为稳定系统频率出力，特点是响应速度快，但永态调差系数不为零，无法实现系统频率无差调节，而二次调频则是发现系统频率有超过规定的偏差时，有调频任务的电站采用人工或自动方式控制调速器（开度或功率给定），使频率恢复额定值7，这两者本身没有矛盾，是调速器同时具备的两个功能。电厂AGC是完成二次调频同时具备优化负荷分配的自动控制装置，与调速器有以下两种常用的配合方式：图1 电厂AGC指令为开度给定的控制框图Fig.1 One approach of coordination wih AGC for governor图2电厂AGC指令为功率给定的控制框图Fig.2 Other approach of coordination wih AGC for governor采用图1所示的电厂AGC与调速器配合方式时，一次调频会和AGC产生矛盾，引起机组功率振荡8，如图3所示。图3 一次调频与电厂AGC矛盾示意图Fig.3 Oscillogram of conflict between primary frequency regulation and AGC在一次调频动作过程中，监控系统捕捉到的机组功率与功率给定的差值超过设定的功率死区，此时监控系统的功率控制闭环反向调节开度给定，从而与一次调频产生矛盾，此时需要采取一定的措施使二者协调工作9。图2所示的AGC与调速器配合方式不存在一次调频与AGC矛盾问题，因为该方式下电厂AGC不进行功率闭环调节，该任务由处于功率调节模式的调节系统完成，机组出力等于功率给定和一次调频负荷调节量之和。某抽水蓄能电站AGC系统采用图2所示的控制方式，图4、5是其中某机组一次调频与AGC协同试验的示波图。图4 AGC功给210MW，机频50.0050.15Hz示波图Fig.4 Oscillogram of a units response after frequency steps from 50.00 up to 50.15Hz while 210MW load setpoint unchanged图5 机频50.15Hz，AGC功给210180MW示波图Fig.5 Oscillogram of a units response after load setpoint steps from 210 down to 180MW while 50.15Hz frequency unchanged试验过程为：首先，模拟机频（系统频率）超过一次调频死区，此时机组一次调频动作，减小机组出力，直至和频差相应的功率响应目标，如图4所示；然后，保持模拟机频不变，让一次调频一直动作，模拟调度AGC动作，减小机组负荷给定，此时机组出力会跟随AGC的负荷给定而减小直至达到所要求值，如图5所示。该试验可以证明：若AGC采用图2所示的控制方式时，机组的一次调频与电厂AGC能够相互协调，机组负荷由二者共同决定，同时保证机组一次调频与调度AGC的无缝衔接，在一次调频动作后仍能够参与电网的二次调频和优化调度。四、 建议通过一次调频限幅及与AGC协调的分析，可知广东电网水电机组一次调频规定中的相关内容存在不足之处，不利于水电机组的一次调频管理及测试工作，有必要进行完善：（1） 一次调频负荷变化幅度不加以限制。（2） 为避免机组抬机、超出力或进入水力振动区，必要时可对一次调频调节范围进行限制。（3） 对于投入AGC功能的机组，一次调频应能够与AGC协调工作。当上位机AGC控制程序为功率闭环时，需要采取必要的措施，保证一次调频动作时能够闭锁不利于频率恢复的AGC指令，直至机组一次调频动作结束。五、 结语a. 限制轴流式机组的一次调频负荷变化幅度，使得轴流式机组的一次调频能力无法充分发挥，也不能从根本上防止抬机，正确的做法是设定好参与一次调频时导叶的动作下限，避免产生过大的反水锤和向上的轴向水推力。b. 参与一次调频的水电机组有频繁进出振动区和超出力的可能，为避免超出力、水力振动对机组安全稳定运行的影响，需要对一次调频调节范围进行限定。c. 进行功率闭环控制的电厂AGC系统，若采用开关量方式控制调速器开度给定，可能会和一次调频矛盾，此时需要采取措施保证一次调频动作期间二者能够相互配合。d. 探讨了广东电网有关水电机组一次调频限幅及与AGC协调的规范，给出了完善建议，以期为水力机组一次调频规范制定提供参考。参考文献：1 郑庆平，刘安平乌溪江水力发电厂一次调频J水电能源科学，2008，26(2)：184-1872 广东电力系统一次调频运行管理规定（征求意见稿）Z. 广州：广东省电力调度中心, 2009.3 霍红岩, 图布信, 郭华, 等. 水电机组一次调频的分析与探讨J. 内蒙古电力技术, 2008, 26(4):36-37.4 张建明, 谭建辉, 刘同安, 等. 水电机组一次调频若干问题的探讨J. 水电厂自动化, 2007,113(3):31-33.5 雷江逵, 李建卫. 水轮机防止抬机和减轻反水锤问题的实践与探讨J. 水电站机电技术, 2010, 33(4):11-12.6 王国秉. 关于俄罗斯萨扬·舒申斯克水电站事故的思考J. 山西水利科技. 2010, 176(2):1-5.7 沈祖诒. 水轮机调节M. 中国水利水电出版社.2002.8 吴道平, 徐擎天, 龚强. 水电机组一次调频试验研究J. 江西电力, 2008, 32(4):11-14.9 舒荣, 周宾强. 水电机组一次调频参数设置优化探讨J. 云南电力技术, 2009, 37(4):35-36.