水电机组一次调频的原理与作用

什么是电力系统的一次调频

一次调频释义

一次调频原理

电网的频率是由电力功率与用电负荷大小决定的，当发电功率与用电负荷大小相等时，电网频率稳定；发电功率大于用电负荷时，电网频率升高；发电马力小于用电负荷时，电网频率降低。

a点：电网负荷稳定，频率为50Hz

b点：随着用电负荷增多，电网频率降低到b点

c点：由于一次调幅的作用，频率下降有缓解，电网频率回到c点

d点：在AGC的作用下，或使电网频率恢复到d点，稳定在50Hz

从图中可以看出，输电电网频率上升时需要加负荷，供电频率上升时电网需要减负荷。

一次调频控制回路

一次调频回路一般可分为

CCS一次调频和DEH一次调频，由这若两部分的调频回路共同作用，其中DEH一次调频快速动作（开环控制），CCS一次调频最终更稳定负荷（闭环控制）。DEH侧一次调频的动作值直接控制汽轮机调门，主要用于改变机组的负荷，使机组快速响应一次调频的需要；CCS一次调频最终更稳定负荷，CCS中的一次调频由运行人员手动调幅直接投入，一次调频动作后相当于去调节负荷设定值MWD，并确保和DEH的作用方向相同，防止DEH的调节作用被拉回，最终稳定负荷到所能够的值。

一次调频参数设置

（1）转速不等率：5%，汽机从额定负荷100%到0%变化时，所近似的转速升高值为150r/min。δ=150/3000*100%=5%。也叫速度变动率。一次调频量的计算：ΔPf=K*Δf（K为调频系数,单位为%/r/min，Δf为频差信号），而K=1/(δ*n0)*100%，所以对应660MW机组变化1r/min的转速差的一次调频量ΔPf=1/(3000*5%)*100%*660MW=4.4MW/r/min。

（2）转速死区：架设转速死区的目的是转速为了消除因转速不稳定（由于测量系统的精度不够约数引起的测量误差）引起的机组负荷大幅波动及调节系统晃动。一般转速死区为：±2r/min（0.033Hz）

第

42卷第

3期

2019年

3月水电站机电技术

Mechanical & Electrical Technique of Hydropower StationVol.42 No.3

Mar.201947

水电机组一次调频PID

参数全水头适应性研究

马小雯，艾远高，余志强，翟玉杰

(中国长江电力股份有限公司，湖北宜昌443133)

摘要：水电机组在电力系统中主要承担调频、调峰任务，其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。本文以某巨型水电站700 MVJ

水电机组为例，将高水头下的PID

参数应用于低水头一次调频阶跃扰动试

验，分析开度模式和功率模式的一次调频性能指标,探究机组的一次调频PID

参数在全水头范围内的适应性，为巨

型电站一次调频控制策略制定提供理论支撑，以满足电网运行需求，实现最优控制。

关键词

：水电机组；PID

;—次调频;全水头;开度模式;功率模式

中图分类号：TV

734.4 文献标识码：B

文章编号：

1672-5387(2019)03-0047-04

DOI

： 10.13599/j

.cnki

.ll

-5130.2019.03.016

电网频率是非常重要的电网特征参数，监视和

控制电网频率在规定范围内变化，是电网调度的主

要任务之一 [1]。一

次调频是指当电网频率超出规定

范围(即一次调频死区)后，电网中参与一次调频的

各机组自动地调节有功出力，使电网达到新的平衡，

从而快速稳定电网频率的功能[2]。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'

不同水头下，满足一次调频性能指标的PID

参

数不同,需要将PID

参数与水头适应性进行关联。

本文在某巨型水电站变水头机组一次调频试验的基

础上，对一次调频参数在全水头范围内的适应性进

行探究,以满足机组在不同水头的一次调频性能要

新疆电力技术　２０１０年第３期总第ｌ０６期　

新疆电网水电机组一次调频试验影响因素的分析　

潘　霞　新疆电力科学研究院（８３００ｌ１）　

摘要：水电机组一次调频试验的内容基本是套用火电　机担的内容，大电和水电机衄一次调轰试验的影响因素在　某些规定和提法上不尽相同。通过对．ｒ疆屯一十余台水电　机组一次调频试●　实践，总结分析影响水电机组一次调频　试验的困素，并提出影咱目素如何设五有利于机组一次调　轰功能的发挥。　关键词：一次调囊；影响因素；分析　１提出问题　依照电调［２ｏｏ８２　７５号《新疆电网一次调频调度运行管　理规定》（简称《管理规定》）的规定，所有并网运行的　发电机组必须按照规定的一次调频参数进行设置，并投入　一次调频功能。　水电机组一次调频试验主要是测定机组一次调频功能　的静态和动态性能，检验机组的一次调频能力，选择满足　一次调频要求的水轮机调速器的参数。目前新疆电网大部　分水电机组（见表１）已进行了一次调频试验，且试验结果　均能满足《管理规定》要求。　通过对新疆电网十余台水电机组一次调频试验实践，　发现水电机组一次调频初始响应速度较慢，但一旦开始响　应则具有响应幅度大、持续性好的特性，这有利于系统频　率的快速稳定，为更好地发挥一次调频功能，有必要总结　和分析影响水电机组一次调频试验的因素，并提出如何设　置调节参数才能更有利于机组一次调频功能的发挥。　表１　新疆电网水电机组一次调频参数　单位机蛆　调遣嚣　ＰＩＤ参数或暂凼转蔓系数、缓　冲时问常数、加速度时间常款　１号　酏Ｌ］５吉ｘ林４ＭＷ台　慧　４品　一　阎电艾比湖　１号南京南瑞ＳＷＴ一２０００型双　Ｋｒ。６　Ｋ・。８，Ｋ　。０　２５　ｘ　２　２号　微机双通道Ｌ＇８、Ｋ。ｔ８．Ｋ　－Ｏ　１号　ｔ，－１４．Ｋ　－９、ｘ　ｌ－１　圆电察汗鸟苏２；南京南瑞ＳＡＦＲ一２０００型三　Ｋｈ－ｌ　ｓ，Ｋ　７．Ｋ：．Ｉ　１　０３　ｘ　３　Ｍｗ　３号　十二位双微机双通道　ｘ’－１２，Ｌ＝８、ｘ　。】　【号　ｂ　一０．８．Ｔｄ＇ｌ　４ｓ．Ｔ　・Ｏ．２ｓ　．　赣　鍪　ｂｔ￣Ｏ￣　Ｔ．＝１２ｓ．墩Ｔ，－０．　叠３电吐木秀克１号南京南瑞ＳＷＴ一２０００型杖　－６．Ｋ．－８　Ｋ　一０　２４　ｘ　２哪　２号　微机双通道Ｌ＝８、Ｋ，－８．Ｋ￣，－Ｏ　２水电机组一次调频试验影响因素的分析　理论分析与试验统计表明，对一次调频功能强弱起决　定作用的因素依次主要是调差率（或永态转差系数）、频率　死区、比例、积分和微分增益（或暂态转差系数、缓冲时问　常数、加速度时间常数）、负荷限幅值的大小等。　下面就水电机组一次调频试验的影响因素作一些分析　探讨。　２．１一次调频死区的设定　一次调频死区设定的目的是固定机组的负荷，当系统　频率的变化在频率死区内时。机组不参与频率调节，出力　不变：当系统频率的变化超出死区时，机组将根据频率偏差　的大小和方向对出力进行调整。通过一次调频因频率变化引　起功率调节量变化的公式计算，一次调频死区的设置直接限　制着机组的一次调频能力。若死区设置过小．将引起机组的　频繁调节，不利于机组的稳定运行，在一定程度上会影响电　网频率的稳定；若死区设置过大，会使机组一次调频的调节　深度大大减弱，甚至使机组基本丧失一次调频功能。　目前，对于承担系统调频任务的新疆网内水电机组，　其一次调频死区的设置均按《管理规定》要求严格控制在　０．０５Ｈｚ以内。　２．２永态差值系数的设定　水轮发电机调速器一般有频率模式、开度模式和功率　模式三种工作模式。在功率模式下，调速器的永态差值系数　为功率永态差值系数为ｅｐ：在频率模式和开度模式下，调速　器的永态差值系数为导叶接力器行程永态差值系数为ｂｐ。　永态差值系数的大小决定了水电机组在一次调频动作　时对系统缺失负荷的贡献程度，是各机组负荷分配的关键　参数。当系统内负荷变化时，首先由永态差值系数较小的　机组承担变化后的负荷，再由永态差值系数较大的机组承　担变化后的负荷。基于此原则，担任调峰、调频任务的水　电机组永态差值系数值比非调峰、非调频电厂机组的永态　差值小。　机组一次调频的调节深度与机组永态差值系数成反比　例关系。机组永态差值系数越大．机组通过一次调频分担　的调节功率就越小。要使机组的一次调频发挥应有的作用　就须控制永态差值系数的大小，对水轮机调速器永态差值　系数的设置就应严格把握。　一次调频试验结果表明．新疆网内担任调频、调峰任　务水电机组永态差值系数设置值为３％＿４％；非调频、调峰电　厂机组的永态差值设置值一般为６％。　・４５・

一次调频控制原理及应用

【摘要】电力系统电压和频率的稳定性是电网安全运行的保证。本文首先引入一次调频的概念，通过对电力系统频率波动危害的分析，对发电机的功率—频率特性进行了研究，并结合实际给出了实现一次调频的控制逻辑，取得了良好的投运效果。

【关键词】发电厂;一次调频;原理

一、问题的提出

通过最近几年的运行，特别是2006年夏天经历了三次大的电网波动的检验，原一次调频控制逻辑的调节效果比较差，特别是在机组投入滑压运行、顺序阀运行的情况下，低负荷段根本无法满足电网对机组一次调频的要求。因此，必须对改造后的机组一次调频方案进行全面的论证和分析，找出存在的问题和不足，提出有效的改进措施和详尽的逻辑组态方案。电厂热控专业成立技术攻关小组，利用机组检修机会实现一次调频的逻辑改造，以满足电网的要求。

二、频率的一次调整

由于外界负荷的变化，引起发电机转速和频率的变化，通过原动机调速器而实现的频率自动调整的过程，称为频率的一次调整，即一次调频。投入一次调频能迅速维持电网频率在额定值附近，有效地保障了电网的安全运行。

三、电网频率波动的危害分析

众所周知，我们国家的电压频率是50赫兹。但是频率波动超过允许范围时，将使电力客户遭受经济损失，甚至危及电网的安全运行。具体表现如下：

1.频率的变化直接引起异步电动机转速发生变化，影响工业产品的质量。2.频率的降低导致异步电动机出力的降低，从而降低生产效率。3.低频运行时，容易造成汽轮机低压级的叶片产生共振，使末级叶片产生裂纹，严重时使叶片断裂。4.频率降低时，系统的无功负荷将增大，而无功的增大又导致系统电压水平降低，严重是可以导致电网系统解列。

因此，各区域主力电厂必须承担起稳定电网的基础作用，确保大负荷扰动时（如大型电厂跳闸全停），有效的调节电网的系统频率，迅速安全的恢复电网频率。

四、发电机组功频静态特性分析

发电机组所带的负荷（即有功功率）发生变化时，直接导致汽轮机的转速发生变化。