水电机组一次调频功能关键问题的分析与探讨刘卓娅

水电机组一次调频功能关键问题的分析与探讨刘卓娅

刘卓娅

(贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵州贵阳550005)

摘要：当电网由于发电机组或其他原因造成电网频率超出一定范围时，电网中参与一次调频的各发电机组调速系统将根据电网频率的变化按负荷－频率曲线自动地增加或减小机组的功率，从而达到新的平衡。并网机组必须具备一次调频功能，且机组一次调频性能指标及参数必须满足电网和机组要求。

关键词：水电机组；一次调频；功能

1导言

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。保证电能的良好质量是电能生产过程中的重要任务，通常衡量电能质量的主要指标是电压和频率。按照我国规定，电网的额定频率为50Hz，大电网允许的频率偏差为±0.2Hz。对我国的中小电网来说，系统负荷波动有时会达到其总容量的5%～10%；而且即使是大的电力系统，其负荷波动也往往会达到其总容量的2%～3%。电力系统负荷的不断变化，导致了系统频率的波动，因此需要不断地调节发电机组的输出功率，维持机组的转速（频率）在额定的规定范围内。

一次调频就是利用发电机组调速系统自身的频率调节特性，对电网频率发生变化时进行自动调整。其特点是频率调整速度快,不同的发电机组贡献的调整量有差别,且调整量有限,值班调度员难以控制。

2一次调频的成因和功能

一次调频就是说，在各个机组并驾在电网网络系统中行使运行的时候，在有可能会受到外界的作用，其所负荷遭到影响发生变动，导致电网频率会发生相应不定变化，这时，各个机组的调节系统是作为调节作用，来改变各个机组带来的负荷，让它可以跟外界负荷发生相应的平衡效应，与此同时，还会减少电网频率的变化，这种变化的过程就是一次调频。一次调频最主要的还是为了保证电力系统的频率稳定。其功能本来就是为原有电动机组的调速器本身所固有的性能，它在系统频率低时会自动升高负荷，在系统频率高时会自动降低负荷。如不具备此功能，不会让发电机并入系统。因此，一次调频通常是自发性存在的，当频率随之到一定程度后，负荷需求下降到等于系统输出有功的值，系统供需发生平衡，频率稳定在一个值，但已经偏离五十赫兹了。所以一次调频是系统特性的自发动作，现在也有发电厂的调速器参与到一次调频，当频率较大幅度降低或升高时，调速器快速响应做出响应调整，以便于电力系统尽快恢复到平衡状态，同时让频率变化尽可能小。

3一次调频性能指标

水电机组在电力系统中主要承担调频、调峰任务，不同于火电机组调节过程较为复杂，调节幅度小且调节范围较窄等缺点。水电机组一次调频可以在电网突发大负荷变化时快速提供功率支援，提高电力系统的可靠性；对于短时间负荷波动的调节，可以减少二次调频的动作，优化系统的调度。根据《水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》及《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》，水电机组重要的调频技术指标主要包括以下几个方面：

机组一次调频的人工死区控制在±0.05HZ以内；机组的永态转差率不大于4%；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%；机组调速器转速死区小于0.04%；额定水头在50m及以上的水电机组，其一次调频的负荷响应滞后时间，应小于4s；额定水头在50m以下的水电机组，其一次调频的负荷响应滞后时间，应小于8s；当电网频率变化越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内达到理论计算的一次调频的最大负荷调整幅度的90%；在电网频率变化超过机组一次调频死区时开始的45s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%内。

4现有的一次调频

一次调频，有相应的技术要求，例如有参数要求、水电机组的永态转率差不会大于百分之三。例如，水电机组调速转速死区应为少于万分之四。对其响应性能有一定要求，例如，当电网频率发生超越机组应有的一次频率死区时，机组应该十五秒内对目标处理完全响应或机组一次调频到负荷等调整幅度应在十五秒内达到一次调频的最大负何，调整幅度的大小应小于百分之九十。

对于一次调频调节到死区设置：在电力系统中，其水电机组的系统频率不可能一直维持在额定的频率，就像不可能存在永动机一样。我们理想中的水电机组一次调频特性，需要根据频率偏差额度作出相应调节反应。为了使机组稳定，一般都有人工的转速调节死区。但是当频率超过调节死区调节器才进行相应的调节。其实调节死区设置是比较难控制的。调节死区过大，为了保证电网频率稳定而造成的宝贵资源的浪费或者缺失。还有就是调节死区过小，导致电网频率比较难控制，有可能引起水电机组频繁调节使系统不稳定。

一次调频动态性能评价有很多种。各个电网的准则对响应之后时间规定基本相同，我们以对分析动态响应速度和响应稳定性两个指标作为例子。现如今关于一次调频到动态响应速度大概规定为两分钟，电网频率变化超过机组的频率，机组应在十五秒内对目标处理完成响应。我们国家电网，大部分都有所规定，其规定为电网频率变化，如果刚开始超过机组一次调频死区的四十五秒，实际上机组处理和响应有目标偏差的平均数与机组额定有功出力的比值额，控制幅度为百分之三到百分之五左右。

5水电机组调速器实现一次调频功能的方法与要求

在调速器程序中设定一次调频专用的调差系数、频率人工失灵区（频率死区）和PID参数，并且具有一次调频投入后调节范围的限制功能，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时，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。

调速器中仍能保留频率调节模式和频率调节模式所对应的有关参数，不影响负载小电网和孤立电网的频率调节能力。

在调速器上设置一次调频的投入、切除开关，并且当电网频率波动时，调速系统一次调频动作后，能将输出接点信号输出到计算机监控系统。南方电网为了保证发电质量和维护电网的稳定运行，并结合自身电网的特性，对参与一次调频机组有如下要求。

5.1频率（转速）死区

参与一次调频的水电机组的频率（转速）死区控制在±0.05Hz内。

5.2机组调速系统的速度变动率（水电机组永态转差率）

水电机组速度变动率（永态转差率）不大于4%。

5.3响应特性

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，额定水头大于50m的水电机组应小于4s，额定水头小于50m的水电机组应小于8s。当电网频率变化超过机组一次调频死区时，机组能在15s内达到一次调频调整幅度（响应目标）的90%。在电网频率变化超过机组一次调频死区的前45s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±3%内。机组参与一次调频过程中，在电网频率稳定后，在1min内，机组负荷达到稳定所需的时间为一次调频稳定时间。

5.4参与一次调频机组的最大调整负荷限幅

水电机组参与一次调频的负荷变化幅度原则上不加限制，但是必须在调速器中可以对负荷变化幅度进行设定，一般负荷调整幅度不低于额定值的±10%。

6结束语

总之，一次调频工作作为水电机组作业的重要组成部分，我们要了解到底什么是一次调频，明确一次调频对于水电机组作业的重要作用，掌握好现有的一次调频的技术，做好一次调频工作的管理，使一次调频在我国的水电机组作业中发挥其应有的作用。

参考文献:

[1]魏守平，伍永刚，林静怀．水轮机调速器与电网负荷频率控制：（二）电网负荷频率控制仿真研究[J]．水电自动化与大坝监测，2016，06:23-26+43.

[2]吴道平，徐擎天，龚强．水电机组一次调频试验研究[J]．江西电力，2016，06:23-16+41.