浅析水电厂一次调频与AGC的配合

浅析水电厂一次调频与AGC的配合

王磊褚召伟

（刘家峡水电厂甘肃永靖731600）

摘要：简要介绍了一次调频和自动发电控制的原理，结合其在某水电厂运行过程中出现的长时间运行在振区，一次调频和自动发电控制交叉动作等问题，给出了的改进方法。

关键词：一次调频；自动发电控制；水电厂；振动区间

1概述

某水电厂位于黄河上游，共安装5台大型水轮发电机组，全厂总装机容量为1350MW，是西北电网重要的调峰调频厂。频率是电力系统重要的运行参数，是衡量电能质量的重要指标，频率变化对系统的安全可靠运行有重要影响。

电力系统负荷的不断变化导致系统频率波动，因此需要不断地调节发电机组的输出功率维持机组转速（频率）在规定的范围内，确保电网频率控制在合格的范围内。电力系统频率的控制主要通过一次调频和二次调频实现。一次调频主要是在动态过程中起到调节频率的作用，由发电机组调速系统自身的频率调节特性对电网频率变化进行自动调整，其特点是频率调整速度快，由调速系统的静态特性和动态调节实现。一次调频能迅速减小或消除电网频率波动，提高电力系统抗干扰能力。二次调频是通过参与调频机组或电厂的负荷调整，将偏离正常值的频率调整到要求稳定值[1]。主要由电网自动发电控制（AutomaticGenerationControl，AGC）系统实现。实施AGC可为电力系统的供需实时平衡服务，可以提高电网运行的经济性，降低运行人员的劳动强度[2]。

2AGC与一次调频的控制原理

2.1AGC控制原理

电力系统的规模不断扩大，自动化调度方式在逐渐取代人工调度方式，越来越多的发电机组接入了AGC，由电网调度能量管理系统（EnergyManagementSystem，EMS）直接控制发电机组的出力。

AGC是EMS通过修改有功给定值来控制发电机出力，从而跟踪电力系统负荷变化，维持电力系统频率等于额定值，同时满足互联电力系统间按计划要求交换功率的一种控制技术。其基本目标包括：使全系统的发电出力与负荷功率相匹配；将电力系统的频率偏差调节到0，保持系统频率为额定值；控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡。

电网调度端的AGC输入信号为频率、联络线功率等，输出信号为各厂站的有功设定值，是典型的多输入多输出控制系统。

AGC属于广域控制系统，需要电网中多个设备、子系统相互配合才能完成其功能，其输入为广布全电网各厂站的远程终端设备（RemoteTerminalUnit，RTU），采集联络线潮流、各发电厂变电站功率、频率作为信号，经过EMS运算后得出控制各发电厂（机组）的功率值，送到各发电厂（机组）的监控系统，调控机组有功出力。

2.2一次调频的控制原理

一次调频是指当电网中发生快速的小负荷变化，致使电网频率偏离额定值，发电机调速器采集当地电网系统的频率信号，根据频率偏差，发电机组调速系统自动控制发电机组有功功率的增加或减少，以限制电网频率变化的特性。

由于水轮发电机组响应快，易于操作等优点，一直是电网系统主要的调频机组。水轮发电机组的一次调频主要受机组导叶关闭时间、永态转差系数、暂态转差系数等因素的影响。为了减少机组调速系统的动作次数，调速器设置人工频率死区，减少动作次数，提高机组运行的稳定性。当系统频率在死区内变化时，机组不随频率的变化进行调节，从而起到固定负荷的作用。若人工频率死区设置过小，将引起机组频繁调节，不利于机组的稳定运行，甚至会造成机组一直处在一次调频过程中。若设置过大，则在电网频率发生较大偏差时不能有效发挥一次调频作用对系统提供功率支援。因此，合理设定发电机组调速系统人工频率死区非常重要。在并网发电的状态下，如果频率超过50Hz时，调速系统在没有接受上级管理机构下发新的定值的情况下，曲线负荷-频率曲线进行负荷调节，自动下调一定的负荷；当频率低于50Hz时，调速系统在没有接受上级设备下发新的定值的情况下，按照负荷-频率曲线进行负荷调节，自动上调一定的负荷。

3.AGC与一次调频投入运行中的问题

某水电厂5台水轮发电机组的额定功率分别为260MW、255MW、260MW、255MW、320MW，额定水头高度100米，目前都已经采用AGC与一次调频共同投入模式。AGC采用的是功率控制、调度闭环管理模式，EMS下发的值先到电厂控制器，控制器调出数据库中该数值下每台机组的有功值，调整参与AGC管理机组的有功功率。

水轮发电机组在有些功率下运行时有较大的振动，会导致机组的推力轴承、水导轴承、上导轴承等的温度升高，定子转子的机械部位螺栓松动，影响机组的稳定健康运行。因此AGC进行负荷分配时应该躲避振动区。

一次调频采用的频率闭环控制方式。当系统频率偏离额定频率时，机组的调速系统参与调节，调节导叶开度，控制输出功率。某水电厂5台水轮发电机组调速器人工频率死区设置为±0.045Hz，永态转差系数ep=3%，一次调频达到死区延时启动时间设置为2.5秒；一次调频负荷调整速率：稳定时间设置为30秒；机组一次调频最大负荷调整限制幅度：±10%；机组负荷减小不能进行振动区，如机组已在振动区内时则只允许负荷增加离开振动区。

某水电厂机组刚投入一次调频与AGC时，一次全厂2号机组与4号机组开机并网，全厂负荷440MW，EMS下发新值210MW，在执行新的下发值过程中，2号机组负荷由220MW降至10MW时，系统频率降至49.95Hz，一次调频调节动作，此时2号机组负荷为80MW，处于振区。申请调度手动退出该机组一次调频，将该机组负荷调整至10MW，将机组避开至振动区域。

4.AGC与一次调频的处理方法

AGC下发的值要经过系统的计算，避开机组运行的振动区域，要求水电厂要做好机组的稳定性与效率试验，编制更加合理的数据库，才能更好的发挥每台机组的经济效益，提高全厂的经济效益，也能更好地保证机组健康稳定的运行。

一次调频应做好机组的调速器参数优化，根据逻辑关系修改调速器PLC程序，人工频率死区设置，设置永态转差系数，一次调频达到死区延时启动时间；一次调频负荷调整速率；机组一次调频最大负荷调整限制幅度的数值。

为避免机组运行在振动区域，当调速系统一次调频投入运行的过程中，电网AGC也加入调速系统，调速器应立即退出一次调频并将调速器的功率调节输出信号与功率目标值设为一致，同步后再接收二次调频命令。当AGC调整结束后，如果电网频差大于转速死区，一次调频将再次自动投入。

通过运行发现一次调频与AGC的投入，降低了运行值班工作人员的强度，提高了电网频率的质量以及应对事故的能力。但是对于有不适合投入AGC与一次调频的有缺陷的机组，应及时与调度联系，并作出相应的技术方案，并尽可能少的参与到电网调峰调频中。

参考文献：

[1]沈祖贻.水轮机调节[M].北京：中国水利水电出版社，1998.

[2]吴红，王玮，黄文伟.自动发电控制在贵州电网中的应用.电网技术，2002，26（1）：73-75