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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。
45第45卷 第07期2022年07月Vol.45 No.07Jul.2022水 电 站 机 电 技 术Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station0 引言电网频率控制的手段有一次调频、二次调频、高频切机、自动低频减负载和机组低频自启动等，其中一次调频和二次调频与水轮机控制系统有着密切的关系[1]。
水电机组在电力系统中主要承担调频、调峰任务，与火电机组相比，具有调节过程简单、负荷调节速率快、调节幅度大、稳定性好、经济等优点，因此水电机组一次调频功能对整个电力系统安全运行起着非常重要的作用[2]。
某巨型水电站机组运行水头变化大，开度模式下高水头的PID 参数基本适用于低水头；功率模式下，由于机组高、低水头变化幅度较大，一组固定的PID 参数无法满足一次调频要求，因此需要投入与水头协联的PID 参数，即适应式变参数PID，在不同水头下选择不同PID 参数，以满足一次调频全水头适应性需求[3]。
该巨型水电站通过程序修改和大量试验，成功解决水头变化对一次调频功率模式调节性能的影响。
1 水电机组一次调频性能指标（1）水电机组一次调频技术指标[4]永态转差系数b p 不大于4％（或调差率e p 不大于3％）；转速死区i x 设为0.04％；调频死区不大于±0.05 Hz；一次调频的功率调整幅度应考虑对机组的最大和最小负荷限制和避开振动区与空化区运行。
（2）一次调频阶跃响应的要求1）开度模式：一次调频开度响应滞后时间t hx 应不大于2 s；接力器位移达到90％目标值的上升时间t 0.9应不大于12 s；开度调节达到稳定所经历的时间t s 不大于24 s。
2）功率模式：一次调频功率响应滞后时间t hx ，对于额定水头50 m 及以上的水电机组，不大于4 s；机组有功达到90％目标值的上升时间t 0.9应不大于15 s；功率调节达到稳定所经历的时间t s 不大于30 s。
水电机组一次调频技术要求及与二次调频协调控制的实现方法彭天波1，王楠1，孙刚2，唐国平2（1.国网湖北省电力公司电力科学研究院，湖北武汉430077；2.葛洲坝水力发电厂，湖北宜昌443002）[摘要]阐述了一次调频功能的具体实现方法，该方法通过在调速器程序中设定一次调频专用参数，实现机组一次调频自动运行，缩短了响应时间，增强了调节能力。
当机组接收到二次调频信号时一次调频功能迅速退出，在新的工作起点稳定运行，协调了一次调频和二次调频之间既相互辅助又相互制约的关系。
经实际运行表明水电厂一次调频功能的投入对保持电网频率稳定、保证供电质量有着非常重要的意义。
[关键词]一次调频；二次调频；水电机组调速系统[中图分类号]TV734.4[文献标志码]B[文章编号]1006-3986(2017)06-0028-04The Requirements of Frequency Modulation of HydropowerUnits and AGC Coordinated Control MethodsPENG Tianbo1，WANG Nan1，SUN Gang2，TANG Guoping2(1.State Grid Hubei Electric Research Institute，Wuhan Hubei430077,China；2.Gezhouba Hydropower Plant，Yichang Hubei443002,China)[Abstract]The concrete realization method of the function of primary frequency is expounded in this paper.By setting a special frequency modulation parameters in the program of speed governor, automatic unit primary frequency control operation is realized,the response time is speeded up,the adjustment ability is enhanced.When the unit receives the secondary frequency modulation signal, the primary frequency regulation function exits quickly,and runs stably at the starting point of the new working method,the relationships between primary frequency modulation and secondary fre⁃quency modulation,both mutual assistance and mutual restriction,are coordinated.A frequency modulation function of the actual operation shows that the primary frequency regulation function of hydropower plant plays an important role in maintaining the frequency stability of power grid and ensuring the quality of power supply.[Key words]frequency modulation;secondary frequency modulation;hydro-generator speed regu⁃lating system电能生产与消费同时完成，因此要求发电机组运行时的出力与负荷之间保持平衡。
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。
