水电机组一次调频1

水电机组一次调频协调控制策略发布时间：2022-11-08T09:03:01.506Z 来源：《福光技术》2022年22期作者：廖肇鸿[导读] 《水轮机调节系统并网运行技术导则》要求水轮机调节系统一次调频的功率调整幅度原则上不应加以限制，但应考虑对机组的最大和最小负荷限制和避开振动区运行。

当前水电站监控系统的控制策略并未实现这些功能，一次调频不能有效避开限制区域，对水轮机自身的安全稳定运行有不利影响。

另一方面，水电站监控系统功率闭环与机组调速器一次调频缺乏合理的协调配合策略，导致机组一次调频有功功率调节量被监控系统功率闭环反调拉回，削弱了水电机组对电网频率的支撑作用。

基于此，本文主要对水电机组一次调频协调控制策略进行分析探讨。

廖肇鸿浙江仙居抽水蓄能有限公司浙江仙居 317300摘要：《水轮机调节系统并网运行技术导则》要求水轮机调节系统一次调频的功率调整幅度原则上不应加以限制，但应考虑对机组的最大和最小负荷限制和避开振动区运行。

当前水电站监控系统的控制策略并未实现这些功能，一次调频不能有效避开限制区域，对水轮机自身的安全稳定运行有不利影响。

另一方面，水电站监控系统功率闭环与机组调速器一次调频缺乏合理的协调配合策略，导致机组一次调频有功功率调节量被监控系统功率闭环反调拉回，削弱了水电机组对电网频率的支撑作用。

基于此，本文主要对水电机组一次调频协调控制策略进行分析探讨。

关键词：水电机组；一次调频；协调控制策略1、前言目前，网内部分水电站对控制策略进行了简单的改造，主要有以下3种方式：①AGC功率指令发生变化后监控系统投入功率闭环调节，功率调节到位后主动退出AGC；②AGC功率指令发生变化后闭锁调速器一次调频；③一次调频动作后有条件的闭锁AGC。

这3种改造方案均无法完全解决监控系统功率闭环与一次调频同时动作的协调性问题。

为此，本文提出一种水电机组一次调频协调控制策略，解决了系统频率稳定的需求。

2、一次调频协调控制策略以某水电站为例，该水电站水轮机采用的调速器具有两个独立的控制回路，分别为开度模式和功率模式，两个模式可无扰切换，机组长期运行在开度模式。

水电厂机组一次调频程序修改及试验方案1. 前言按照南方电监局《南方区域电厂并网运行管理若干指导意见（试行）》和省电力调度通信中心《关于开展发电机一次调频工作的通知》和《关于发电机组一次调频参数性能测试内容及工作要求的通知》的相关要求，为了保证电网及并网发电机组安全稳定运行，迅速减小或消除电网频率波动，提高系统抗干扰能力，需要全网发电机组投入一次调频功能。

根据我厂水轮发电机组的特性、上下游水情、调速器改造、压油装置、监控系统有功控制、远方及现地自动发电控制（AGC）等的具体情况，特制定本试验方案。

1.1一次调频功能简介机组一次调频功能是指当电力系统频率超偏离目标频率时，发电机组通过调速系统的自动反应，调整有功出力减少频率偏差的过程，是根据发电机组调速系统的静态特性F=f（p）及其PID动态调节特性，通过水轮发电机组和火力发电机组调速系统的负荷频率特性对电网的功率和频率的控制，自动地降低或增加机组出力的功能。

机组一次调频功能对电网和机组的安全稳定运行有着极其重要影响。

1.2 编制依据1.2.1 《水轮机调速器与油压代替装置试验验收规程》GB/T 9652.2—19971.2.2 《水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》DL/T496-2001 1.2.3 《关于印发《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》的通知》（国家电力监管委员会的电监市场[2006]43号文件）1.2.4 《关于印发《南方区域电厂并网运行管理若干指导意见（试行）》的通知》（南方电监安全[2006]27号文件）1.2.5 《关于开展发电机一次调频工作的通知》（省调方[2006]272号文件）1.2.6 《关于发电机组一次调频参数性能测试内容及工作要求的通知》（省调方[2007]1号文件）1.2.7 《中国南方电网自动发电控制（AGC）调度管理规定》（中国南方电网电力调度通信中心，2006年6月版）1.2.8 水电站调速器改造相关的产品说明书、技术要求及图纸1.2.9 水电站监控系统产品说明书、技术要求及图纸1.3 编制目的本方案编制目的是为了确定水电厂机组一次调频工作所涉及的程序修改范围、试验方式、相关内容及步骤，指导一次调频试验工作的进行，从而充分了解我厂机组一次调频的静态特性和相关技术指标，对调速系统相关联的系统进行全面认识，并确定机组一次调频功能与其他系统的安全、合理、准确的配合方式，可靠投入一次调频功能，按照相关标准保证电网的电能质量。

水电站一次调频的实现与试验频率是电力系统最重要的运行参数之一，频率变化对系统的安全稳定运行具有重要的影响。

一次调频指各机组并网运行时,受外界负荷变动影响,电网频率发生变化,这时,各机组的调节系统参与调节作用，改变各机组所带的负荷,使之与外界负荷相平衡.同时,还尽力减少电网频率的变化,这一过程即为一次调频。

一次调频是发电机组调速系统的频率特性所固有的能力,随频率变化而自动进行频率调整。

其特点是频率调整速度快,但调整量随发电机组不同而不同,调整量有限且难以控制。

现代电网一次调频功能，需考虑发电机及电网间的相互配合与制约关系，应以整台机组作为控制对象。

从功能上既要有传统电网一次调频的快速性，又要有现代控制的整体协调性。

另外，一次调频是发电机组调速系统的频率特性所固有的能力，基于水轮机调速器的静特性，调速器的静特性的是在调速器稳定平衡的条件下，机频相对值与接力器行程相对值之间的关系曲线。

对于水轮机调速器而言，其静特性曲线基本为一条直线，接力器行程相对值与功率调节信号相对值基本相等，因而其静特性也可理解为机频相对值与功率调节相对值之间的关系曲线（图1-3的曲线1a）。

该曲线斜率的负数即为永态转差系数bp。

即：bp = - dx/dy图1水轮机调速器的静特性曲线由图1可知，永态转差系数bp是包围调速器PID电子调节器的一个负反馈。

当机频相对值变化dx时，稳定后调节信号相对值对应变化dy=- dx/bp，因而机频下降时接力器开度（等同于功率调节信号）增加；机频升高时接力器开度减小。

由于永态转差系数bp的存在，在调速器稳定平衡时，对应于一个确定的机频，就有一个确定的接力器开度和一个确定的机组有功功率。

当系统各机组的bp值一定时，它们调节结束后承担的变动负荷与其bp值成反比。

永态转差系数bp的参数范围为1～10％。

为使机组少承担变动负荷，其bp值应整定较大，如4%～6%；为使机组承担较大的变动负荷，其bp值应整定较小，如2%～4%，但一般不得整定为零。

水电机组调速器一次调频功能水电机组一次调频的目的是对机组进行一次调频功能的试验，测定机组一次调频功能的静态和动态参数，检验机组的一次调频能力。

在调速器软件中已经内置了一次调频的专用程序，该一次调频专用程序是在湖南凤滩水电厂单机200MW、湖南碗米坡水电厂、四川映秀湾水电厂、新疆铁门关水电厂等三十多台不同容量的水电机组上进行了功能试验以及长期实际运行的考验的结果，试验过程和结果都是由电力中心试验研究所来验证的，其结果满足国家电网公司对发电机组一次调频运行管理规定的要求。

在调速器程序中设定了一次调频专用的转速死区和PID参数，并且具有一次调频投入后调节范围的限制，能有效的抑制一次调频过程中机组有功功率的变化幅度，转速死区设定和PID参数的选择能确定当电网频率波动机组由正常发电运行工况转换为一次调频工况运行的响应时间及调节能力。

调速器中仍能保留了频率调节模式，不影响负载小电网频率调节能力。

一次调频主要性能指标如下：1．速度变动率即永态转差系数bp范围为0～10%，实际值与设定值的相对偏差小于5%。

2．永态转差特性曲线的非线性度误差小于5%。

(三联公司调速器小于1％) 3．调速系统的迟缓率即转速死区小于0.04%。

(三联公司调速器小于0.04％) 4．机组参与一次调频的死区范围为±0.001 Hz～±0.500 Hz。

分辨率0.001Hz 国家电网公司对参与一次调频机组的要求如下：1).机组参与一次调频的死区电液型汽轮机调节控制系统的火电机组死区控制在±0.033Hz（±2r/min）内；2).机械、液压调节控制系统的火电机组死区控制在±0.10Hz（±6r/min）内；3).水电机组人工死区控制在±0.05Hz内。

5．当电网频率变化达到一次调频动作值到机组负荷开始变化所需的时间为一次调频负荷响应滞后时间小于3 秒。

6．当电网频率变化超过机组一次调频死区时，机组能在15秒内完全达到机组响应目标。

水力发电厂机组一次调频性能试验大纲（修订稿）清江高坝洲水电厂2007年5月1、试验目的及依据为保证电网及发电机组安全运行，充分发挥发电机组一次调频能力，使并网运行机组随时适应电网负荷和频率的变化，提高电能质量及电网频率的控制水平。

依照《华中电网发电机组一次调频运行管理规定（试行）》和《四川电网发电机组一次调频运行管理规定（试行）》（以下简称为《规定》）的要求，并根据《DL/T496-2001水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》等相关标准，通过对水电厂机组进行一次调频试验以检验机组一次调频功能，在确保机组安全稳定运行的情况下，测试并确定一组一次调频运行参数以满足一次调频性能要求。

根据试验的情况及时投入机组的一次调频功能,对尚不能达到一次调频性能要求的机组调速器提出相关参数调整和技术改造建议，并重新组织试验。

2、技术指标在《规定》中所要求的一次调频试验机组应该达到的、需要通过现场试验进行验证的技术指标如下：1）机组一次调频的频率死区控制在±0.05Hz以内；2）机组的永态转差率不大于4％；3）最大调整负荷限幅：为确保一次调频投入后机组的安全运行，暂定一次调频的最大调整负荷限制幅度为机组额定负荷的±10％；4）机组调速器转速死区小于0.04％;5）响应行为(1)额定水头在50米及以上的水电机组，其一次调频负荷响应滞后时间应小于4s；额定水头在50米以下的水电机组，其一次调频负荷响应滞后时间应小于8s；(2)当电网频率变化超过机组一次调频死区时，机组一次调频的负荷调整幅度应在15s内达到一次调频的最大负荷调整幅度的90％；(3)在电网频率变化超过机组一次调频死区时开始的45秒内，机组实际出力与机组响应目标偏差的平均值应在机组额定有功出力的±5%以内。

3、试验机组及调速器参数1）一次调频试验的机组参数水轮机型号：发电机型号：额定功率：额定转速：额定水头：投用负荷范围（避开振动区）：制造厂家：投运时间：2）调速器系统参数电气柜型号：机械柜型号：负载PID参数：制造厂家：投运时间：4、试验准备及试验条件1）试验准备（1）现场试验的组织在进行一次调频试验前,电厂应明确本单位的一次调频工作负责部门和指定负责人，并与调速器制造厂家、四川电力试验研究院以及四川省电力调度中心进行沟通协调，共同做好一次调频试验前的准备工作。

水电机组一次调频的技术探讨摘要：本文讲述了水电机组一次调频的介绍及运行方式，并对水电机组一次调频管理做出了相关条款分析，并提出水轮机调速器调节死区的设置。

关键词：水电机组；一次调频；死区设置1水电机组一次调频简介及运行方式1.1水电机组一次调频控制简介水电机组一次调频的控制方式有两种，一种是将一次调频值叠加到监控系统的功率给定值上，在监控系统中形成功率校正回路，即当调速系统中检测到频率超出死区后，直接调整调门（接力器）的开度，同时将一次调频所要变化的负荷值叠加到监控系统的功率给定值上，在监控系统中形成功率校正回路，使之不反调；另一种是当调速系统中检测到的频率超出死区后，直接调整调门（接力器）的开度，同时输出1个一次调频动作的信号到监控系统，监控系统将功率调节器切换到跟踪方式，调节器的设定值跟踪实际功率，当频率偏差回到死区范围内再由监控系统进行功率调节。

一次调频将功率调节切到跟踪状态，与由于故障原因将功率调节切到手动状态有本质区别，一次调频将功率调节切到跟踪状态在频率偏差回到死区范围内自动进入调节状态；而因故障原因将功率调节切到手动需要检修人员将故障处理完毕，由运行人员确认后再投入自动状态。

在这种方式下，机组在进行功率调节的同时，也可以进行一次调频，相当于一次调频与二次调频可以同时进行；机组在AGC控制时，一次调频功能也可以正常投入。

一次调频功能优先，一次调频动作时闭锁功率调节。

一次调频与二次调频本身没有矛盾，是可以同时实现的两个功能，当水电站选择了一次调频功能优先，一次调频功能动作时闭锁功率调节的运行方式后，水电机组AGC控制也只能采取这种方式，其原因是由于电网有负荷波动时网频超出死区，水电机组在响应一次调频的时间里中调将无法通过AGC或调度指令调度负荷。

1.2水电机组运行方式水电机组在设计中一般具备三种运行方式：第一种是频率方式，相当于以频率为闭环，当检测频率与额定频率存在偏差就调节，直至两者相等，主要用于并网前的转速控制；第二种方式是开度反馈方式，在这种方式下以导叶开度为闭环，导叶开度与给定开度存在偏差就进行调节；第三种方式是功率反馈方式，在这种方式下以功率为闭环，实际功率与给定功率存在偏差就进行调节，直至两者相等。

水电机组一次调频的原理与作用
水电机组一次调频的原理与作用可以概括为以下几点:
一、一次调频概述
一次调频是水电站根据电网负荷需求,对水轮机和发电机进行配合调节,从而调整输出有功功率的控制方法。

二、调频原理
通过调节水轮机的转速,使发电机转速以及频率产生对应变化,根据电网负荷需求输出不同频率、不同有功功率的电能。

三、调频执行方式
常见的有调节水轮机叶轮开度、调节导水系统、调节速控机构等方式,改变水流状态,实现水轮机转速调节。

四、发电机频率控制
水轮机带动同步发电机转速改变,从而使发电机定子交流频率随之调节,输出所需频率电能。

五、稳定运行技术
需要频率调节控制系统来确保调频过程平稳、稳定,防止水轮机失速、发电机离步等故障。

六、提高调峰能力
一次调频扩大了水电站正常可调节功率范围,提高负荷跟踪能力,增强电网调峰能力。

通过对水电机组协调调节,一次调频可根据电网负荷需求改变输出功率,是灵活有效的水电站调节手段。