刘仙玉
(珊溪水力发电厂，浙江文成325304)大体积混凝土降温
钙镁离子
摘要：对水电机组的运行特性进行了研究，通过对水电机组调速系统运行方式、电网A G C与频率特性以及水电机组一次调频与A G C控制特性的分析，提出了一次调频与A G C控制权限的协调方法以及优化水电机组一次调频与A G C调节的措施。关键词：电网频率；一次调频；自动发电控制（AGC)；电网稳定
近年来，我国电力工业迅速发展，电力系统规 模日趋扩大，区域电网容量迅速加大，区域电网间 实现联网，并要求进行交换功率控制。同时，电网 负荷峰谷差也在逐步加大，电力系统的突发事故 往往是难以预测的。水电厂生产过程比较简单，水轮发电机组起动快，开停机迅速，操作简便，并 可迅速改变其发出的功率。水轮发电机组的频繁 起动和停机，不会消耗过多的能量，且在较大的负 荷变化范围内仍能保持较好的效率。由于水电机 组这一特点，在系统中主要担任调峰、调频及事故 备用等任务。当系统内突然出现负荷扰动时，需 要进行功率调整，保持功率平衡。相对火电、核电 等机组，水电机组一次调频调节性能好，响应速度 快，调节幅度大，可以快速响应电网功率的突变，明显改善电网频率质量。因此， 水电机组的一次 调频功能越来越受到人们的重视。充分发挥水电 机组一次调频及AGC的作用，已成为维持电网频 率稳定的重要措施。下，当实际功率与功率给定存在偏差就进行调节，直至两者相等。机组在并网工况下，可以人为的 使调速器工作于三种调节模式中的任一种，当调 速器工作于功率调节模式时，若检测到机组功率 传感器有故障，则自动切换至开度调节模式工作; 当调速器工作于功率调节或开度调节模式时，若 电网频率差偏离额定值过大，且持续一段时间，则调速器判断被控机组为孤网运行工况，将自动切 换至频率调节模式工作。图1所示为水电机组调 速系统三种调节模式的转换关系。
图1调速系统5种调节模式转换关系
2电网A G C与频率特性
1水电机组调速系统调节方式
水电机组在不同的运行工况下，调速系统有 不同的调节方式，机组开机进人空载工况运行时, 调速器在频率调节模式下工作。这种方式下，以频率为闭环控制，当机组实际频率与频率给定的 偏差大于转速死区时，调速系统将调节导叶开度，直到机组实际频率与频率给定的偏差在转速死区 范围内。当发电机出口断路器投入，并人电网工 作时，调速器自动进人功率调节（或开度调节）模 式丁作。在开度调节模式下，调速系统以导叶开 度为闭环控制，导叶开度与给定值存在偏差就进 行调节，直到实
际开度与给定相等。在功率调节 模式下，调速系统以功率为闭环控制，在这种方式2.1电网AGC
电网AGC是现代电网控制的一项基本和重
要功能，是基于电网高度自动化的EMS与发电机
组协调控制系统间闭环控制的一种先进技术手 段。AGC通过修改有功出力给定来控制发电机
有功出力，从而跟踪电力系统负荷变化，维持电网
频率稳定在额定值，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：
(1)使系统发电侧出力与负荷侧负载功率匹 配；
粗糙的布片(2)调整电网频率偏差到零，保持电网频率 为额定值；
(3)在各控制区域内分配全网发电出力，
使
区域间联络线潮流与计划值相等，实现各区域内 有功功率的平衡；
(4)在本区域发电厂之间分配发电出力，使 区域运行成本最小。
电网调度端AGC的输人信号为频率、联络线 功率等，输出信号为各厂站的有功定值，是典型的 多输人多目标控制系统。系统AGC控制框图如 图2所示。
图2电网A G C控制框图
2.2系统频率特性
当系统频率发生变化时，电网负荷在额定频 率下的值也会随之变化，且变化的方向是抑制频 率的变化。即当系统频率增大时，额定频率下的 原负荷值会增加，从而阻止频率的进一步增大；频 率减少时，额定频率下的原负荷值会减小，从而阻 止频率的进一步减少。负荷的这种随频率变化而 变化的特性，称为电网静态特性，因其对频率变化 的抑制作用，也可称为电网静态自调节特性。负荷的不同性质（电动机负荷、照明负荷等）及其不 同的组合，将使电网有与之对应的静态频率特性。因此，静态频率特性也是随时变化的。
3水电机组一次调频性能要求
《电网运行准则》规定，并网发电机组均应参 与一次调频。机组一次调频基本性能指标包括：死区：
电液型汽轮机调节控制系统的火电机组和燃 机死区控制在±0.033 Hz内；
机械、液压调节控制系统的火电机组和燃机 死区控制在±0. 1Hz内；
水电机组死区控制在±0.05出内；
转速不等率火电机组和燃机为4%~ 6%，水电机组不大于3%。
夹抱机
最大负荷限幅为机组额定功率的6%。
响应行为包括：当电网频率变化超过机组一 次调频死区时，机组应在15 s内根据机组响应目 标完成响应；在电网频率变化超过机组一次调频 死区的45 s内，机组实际功率与机组响应目标偏 差的平均值应在机组额定有功功率的±3%以内。
从准则中可以看出水电机组的死区为± 0.05 Hz，比火电机组±0.033 Hz大，这是因为水电机 组负荷控制的主要手段是利用接力器控制水轮机 的导叶开度，而接力器是由液压控制装置组成，通 过机械连接来控制导叶开度，这种转动机械设备 不宜在小范围内频繁动作，否则将导致回差增大，控制设备在某一区域控制不连续，造成油缸严重 磨损，减少机组寿命。按照电网统计数字显示：网频偏差超过± 0.033 H z的次数远大于超过± 0.
05 H z的次数，这样电网在一次调频方面基本没 有损失却在很大程度上保护了水电机组的主要设 备。
4水电机组一次调频及A G C调节特性
由于电力系统负荷的不断变化，导致了电网 频率的波动，根据电网频率偏离50 H z的方向和 数值来不断地调节水轮发电机组的输出功率，维 持机组的转速（频率）在规定的范围内，这就是水 轮机调节的基本任务。一次调频就是由发电机组 调速系统的自身频率/功率特性对电网的控制，它 主要是由发电机组调速系统的静态特性和动态调 节规律来实现的。《电网运行准则》规定，并网发 电机组均应参与一次调频，200 M W(新建100 M W)及以上火电和燃气机组,40 MW及以上非灯 泡贯流式水电机组
和抽水蓄能机组应具备自动发 电控制（AGC)功能，参与电网闭环自动发电控制。发电机组月AGC可用率应不低于90%。
图3所示为水电机组一次调频与AGC联合 调节特性曲线，机组原始工况为静特性曲线1 ()上的A点，此时机组的目标功率为广,；机组 实际功率P,；机组频率/|；调速系统调差系数为 ^。当系统发生功率缺额，假设分配到调节机组 的功率缺额为P3 -P,。
水电机组一次调频作用为：当电网功率发生 缺额，引起电网频率降低，如果AGC不改变机组 功率定值，发电机组调速系统将按静特性曲线1 (广,）进行调节，频率将降至/3，系统中各机组根 据频率偏差进行一次调频，
与电网负荷静态频率
自调节作用一起，使调频机组增发了功率A&二匕-P,，电网频率回到静态曲线1上的B点，此 时电网频率为/2。虽然该机组与电网上其它机组 一起进行了一次调频，但电网频率为/2，不可能恢 复到扰动前的y;。这是由于电网一次调频是针对 偏离了系统额定频率的频率偏差进行机组的功率 调节控制。由于机组调速系统都有调差系数，这 决定了它是一个有差调节。因而，由各机组调速 系统共同完成的一次调频不可能完全弥补电网的 功率差值，从而也不可能使电网频率恢复到额定 的50 Hz附近的一个允许范围内。
图3水电机组一次调频,A G C调节特性曲线
AGC(二次调频）的作用为：当电网机组进行 一次调频后，仍未能弥补电网的功率差值，此时, AGC将机组的目标功率由P,.，修正为P,.2，此时，机组调速系统静特性由特性曲线1(P,.,)变为特 性曲线2 (P,.2)。最后的调节结果为特性曲线2 ()上C点：机组目标功率P,.2、机组实际功率 匕、机组频率/1；电网的功率缺额得以补偿，系统 频率也恢复到扰动前的数值/,。
上述调节过程说明：电网在负荷扰动后，电网 频率产生偏差，各机组的调速系统根据频率偏差 A/和功率调差系数ep进行一次调频，在《电网运 行准则》规定的15 s内弥补了系统部分功率差 值；在一次调频的基础上，电网AGC再经过重新 修正相关机组的目标功率值进行二次调频。因此，调速系统通过两个信号输人端：频率输人端 (一次调频）和机组目标功率输入端（二次调频）对电网的频率进行的调节，最终达到电网功率平 衡和频率恢复到额定频率。
5水电机组一次调频与A G C的配合
一次调频与A G C(二次调频）都能改变发电 机组的出力，从而调节电网频率，维护电网稳定。但二者的响应方式和响应时间不同：一次调频根 据调速系统自身的静态特性进行调节，使机组出 力随着电网频率的变化而变化，使机组出力与电 网负荷相适应，从而稳定电网频率。AGC则是在 电网频率波动后，由调度系统发出的指令，使电网 发电功率与电网负荷相适应，维持电网稳定。可 见，一次调频响应速度快，AGC反应时间较长，并 且一■次调频为有差调节，AGC属于无差调节。如何协调一次调频和AGC以及优化他们的调节性 能是一个非常值得研究的问题。
S.1机组一次调频与AGC控制权限的协调《电网运行准则》中规定并网的发电机组均 应参与一次调频，目前所有的并网机组都投人了 一次调频功能。一次调频投入后，当调速系统检 测到机组频率和电网额定频率的偏差越过了频率 死区，一次调频就会启动，调速系统将依据当前的 频率自行对功率进行调节。在一次调频动作过程 中，监控系统捕捉到当前机组功率和功率给定产 生了偏差，这个偏差很有可能会越过监控系统设 定的功率死区，如果此时监控系统的功率闭环参 与调节有功，就会引起机组功率的双路调节，很容 易引起机组的功率振荡。这时就需要协调调速系 统和监控系统的控制，在实际应用中主要采用两 种方式。一种方式是，当调速器一次调频动作后，将输出一次调频动作信号给计算机监控系统，监 控系统收到该信号后就退出功率闭环控制，切换 到功率跟踪方式。当调速器一次调频动作完成 后，输出一次调频动作完成信号给计算机监控系 统，此时，监控系统可以根
据该信号重新投人功率 控制闭环。另一种方式是，当调速器在启动一次 调频功率控制后，自己屏蔽来自监控系统的功率 控制信号，待一次调频动作完成后，撤销屏蔽功 能。这两个方式都可以有效解决一次调频过程中 功率调节控制权紊乱的问题。
5.2防止一次调频误动
自锁器水电机组并网运行后，必须投人一次调频。一次调频的动作源是调速系统所测到的频率信 号，因此机组频率信号的测量必须准确，而且精度 要求较高。但是，水电厂电磁环境复杂，特别是地 下厂房，电磁环境更加恶劣。由于调速器控制柜 周围有一些大功率设备，导致调速系统测频模块 受到的电磁干扰比较严重，会出现高频谐波。虽 然干扰产生的时间可能非常短，
如果一次调频没
有采用误动作判断的处理，很容易引起频率超过 死区，一次调频动作，导致瞬间机组功率的大幅度 波动。为了防止一次调频误动，首先在硬件上就 需要在测频模块上增加滤波元件，其次软件上需 要对测频取样信号进行软件滤波处理，并在启动 一次调频时对频率偏差判断进行合理延时，具体 延时时间可根据不同机组的试验情况进行调整。
环保材料服装5.3优化_次调频与AGC调节措施
(1)短时闭环A G C
本地功率闭环不设功率偏差控制，在AGC参 数下发时，短时将功率控制闭环，调节结束后断开 功率闭环，机组出力随频率按一次调频自动调节。正常情况下，由于电网频率与额定频率误差不大，AGC短时闭环调节等效于移动一次调频转差率 曲线。由于不做功率限制，一次调频可以尝试采 用变斜率e p曲线方式增强其调频能力。将e p直 线按照不同频率段分成多个斜率，在额定频率中 心采用大斜率以稳定出力；频率偏差超出一定值 后，取中间值斜率以响应频率变化；频率偏差严重 超标时，则以小斜率大幅度响应频率变化。这种 控制方式的出力随系统频率变化较大，可能导致 发电误差偏大，不宜使用在进行功率曲线跟踪考核的机组上。
(2)常规AGC延迟控制
AGC本地控制采用功率闭环，设置允许功率 偏差上下限值。一次调频引起的功率偏差在允许 范围内时，功率闭环控制不起作用；功率偏差超出 允许范围时，AGC本地功率控制延迟一定时间后 再将功率回调到AGC给定值，其功率偏差、控制 延迟时间根据系统频率特性、EMS和AGC响应时 间进行整定。
6结语
AGC、一次调频在电力系统中的作用日渐突 出，它已成为维护电网稳定的重要措施。AGC、一 次调频在控制目标，控制方式上存在一些差异，需 要对计算机监控系统和调速系统进行协调，同时 在发电误差考核方面存在一些矛盾，AGC希望机 组能严格跟踪功率定值，而一次调频则希望机组 不要跟踪功率定值，应及时响应系统频率的变化，这就带来发电误差增大的责任问题。随着系统 AGC、一次调频机组的日益增加，有必要制定AGC、一次调频的技术标准及考核方式，这样不 仅有利于管理，也有利于电力市场的竞争与补偿。
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