浅析水电机组一次调频限幅与自动发电控制协调规范要点

浅析水电机组一次调频限幅与自动发电控制协调规范要点

陈彦安周玉华

（华能澜沧江水电股份有限公司集控中心云南昆明650214）

摘要：以云南省某供电网络的一次调频相关规定为研究对象，对于水电机组一次调频运行的幅度限制，以及水电机组与（automaticgenerationcontrol，AGC）自动发电控制协之间的调规范进行了探讨。针对可能在发电机组进行一次调频运行过程中导致抬机现象的所有相关因素，指出在轴流式发电机组进行一次调频的过程当中，限制其幅度是没有任何积极性作用的，同时提出应该为一次调频设定一个合理的范围，以避免机组运行的稳定性受到水力振动、抬机或超出力的影响；并以常用的2种协调配合方式，加以详细说明。

关键词：水电机组；一次调频；限幅；自动发电控制

一次调频是用来确保电网能够稳定、安全、顺利运行的，非常重要的一项技术手段，同时也是发电机组本身所具备的一种基础功能，特别是水电厂自身机组的一次调频功能，对与保障其发电网络的供电质量，以及整个电网的频率稳定均有着不可或缺的作用[1]。云南省某供电网络对其发电机组的一次调频运行过程，制定了十分明确的要求，为其一次调频过程的运行管理提供了技术性指导，但是里面关于幅度限制方面的内容，以及调频与（automaticgenerationcontrol，AGC）自动发电控制之间的协调运作方面，没有做出详细的规定，对于机组提升性能起不到促进作用，甚至有所妨碍，所以需要有针对性的进行深入的探讨与研究，将其合理解决，使功能性得以更好的发挥出来。

1协调规范

云南省某供电网络提出的一次调频规范，主要包括三个方面，分别是稳定性方面、参数设置方面以及限幅与协调方面，本文主要探讨限幅与协调方面的相关规范，其内容具体如下：

a）一次调频过程中的负荷波动幅度通常不需要进行限制（对于轴流转桨式机组而言，其负荷波动幅度应该按照机组自身的特性适当的予以限制）；b）若投入了AGC功能，那么在频率超范围时，电网应闭锁掉AGC，以便于恢复电网频率，待机组结束一次调频作用后，或者AGC指令暂时闭锁时间超过45s时，重新开启。

2限幅

水电机组与火电机组是不一样的，它对蒸汽参数没有什么限制，一次调频过程中的调节负荷的幅度范围也无须任何限制[3-4]。而对于轴流式机组而言，限制其一次调频时的负荷波动幅度目的在于防止在进行一次调频时出现抬机现象，而抬机问题的主要成因就是轴向水推力[5]。所以，要想避免抬机，就必须将进行一次调频的轴流式机组，设定一个最合理的导叶动作下限。

混流式机组会在负荷未满时，进到水力振动区内，转轮形成的后偏心涡带必然会造成机组出现振动，大轴开始摆动，尾水管损坏，以及出力不稳等危害，使机组的无法继续安全、稳定的运行。当机组工作在满负荷状态时，极有可能会在进行一次调频过程中变为超出力运行，这对于大多数机组而言都是不利的。

3AGC与一次调频之间的协调

机组进行一次调频时会参照系统的频率偏差调整负荷，以保持稳定出力，其显著优势就在于响应速度快，；而二次调频通常是在系统频率被发现超出偏差的规定范围时，接受调频任务的电厂电站通过自动或人工的方式对调速器进行控制，使频率尽快恢复正常范围[7]。。电厂AGC的作用主要是实现二次调频，而且具备同时对负荷分配进行优化的自控装置，其2种配合方式，分别见下图。

g―机组频率；fc―频率给定；Yc―开度给定；Yg―导叶开度。

图1开度给定AGC指令框图

Pc―功率给定；Pg―机组功率。

图2功率给定AGC指令框图

采用开度给定AGC指令时，会与一次调频相互矛盾，在发电机组进行一次调频的过程当中，一旦机组的实际功率与给定的功率差值超出死区范围，监控系统就会操作其功率控制闭环对开度给定进行反向调节，这样一来就与一次调频动作形成了矛盾，所以必须采取某些措施来协调两者的工作。图2中的协调方式，能够解决这一矛盾，因为在这样的控制方式下，电厂配备的AGC系统不会启动功率闭环进行调节，而是由调节模式下的功率调节系统去实现功率闭环调节任务，而机组的最终出力则是一次调频作用的负荷调节量与功率给定之和。

在水电站中，其AGC系统采用的是图2控制方式。其中的发电机组协同运行试验的具体示波图分别如下。

图3AGC功率给定为210MW，机组频率由50.00Hz升到50.15Hz时的示波图

该试验的具体步骤为：先对机组频率模拟一次超过调频死区，机组此时会进行一次调频，获取与偏差频率相应的响应，以降低机组出力。接下来，机组频率条件保持不变，并持续调频，同时模拟AGC启动，这个时候机组会随之降低出力，从而满足要求。通过这个试验我们可以证明：如果采用图2的方式控制AGC，则发电机组自身的一次调频功能完全能够与电厂AGC之间实现相互协调，机组的最终负荷将会在二者的共同作用下决定；而且可以确保二者之间的无缝衔接，能够在结束一次调频后继续参与二次调频与电网的优化调度。

4建议

综上所述，可知由于一次调频在规定内容中存在的缺陷，对于水电机组的整体运行管理工作确实有所妨碍，为了对协调规范加以完善，使其更好的发挥一次调频功能，与能够AGC协调配合，需要注意以下几点：a）不应该限制水电机组在进行一次调频动作时的负荷波动幅度。

b）为防止机组进入水力振动区或出现超出力、抬机现象，可以在必要时限制一次调频的范围。

c）如果设置了AGC功能，必须协同一次调频工作。若采用的是功率闭环时，必须有合理的措施确保在进行一次调频时可以将AGC指令闭锁掉，以顺利恢复频率，至机组结束一次调频。

5结束语

本文通过对某水电站机组一次调频限幅及与自动发电控制协调规范进行探讨，发现其中的问题，并进行分析，给出合理建议：a）对轴流式机组在进行一次调频时的负荷波动幅度进行限制，将会使轴流式机组不能充分发挥其一次调频应有的能力，也无法完全避免抬机，应对参与一次调频的导叶动作设定合理下限，防止产生的轴向水推力过大。b）为防止参与一次调频的机组受到水力振动与超出力的影响而无法稳定、安全的运行，必须限制其一次调频的可调范围。c）AGC若采取开度给定控制，必须通过合理的措施，协调与一次调频之间的矛盾。

参考文献：

[1]水轮机防止抬机和减轻反水锤问题的实践与探讨[J].雷江逵，李建卫.水电站机电技术.2010（04）

[2]关于俄罗斯萨扬•舒申斯克水电站事故的思考[J].王国秉.山西水利科技.2010（02）

[3]水电机组一次调频参数设置优化探讨[J].舒荣，周宾强.云南电力技术.2009（04）

[4]水电机组一次调频的分析与探讨[J].霍红岩，图布信，郭华，接建鹏.内蒙古电力技术.2008（04）

[5]水电机组一次调频试验研究[J].吴道平，徐擎天，龚强.江西电力.2008（04）

[6]乌溪江水力发电厂一次调频[J].郑庆平，刘安平.水电能源科学.2008（02）

[7]水电机组一次调频若干问题的探讨[J].张建明，谭建辉，刘同安，李越.水电厂自动化.2007（03）