賀元康,楊楠,江國(guó)琪,李全茂

(1.西北電網(wǎng)有限公司，陜西西安710048；2.甘肅省電力公司，甘肅蘭州730000)

在“外向型、送出型、規(guī)模型”發(fā)展戰(zhàn)略指導(dǎo)下，西北750 kV電網(wǎng)逐級(jí)發(fā)展為“三華”電網(wǎng)的送端電網(wǎng)。隨著新疆聯(lián)網(wǎng)工程、酒泉千萬(wàn)千瓦風(fēng)電外送工程竣工，西北水火風(fēng)電“打捆”大規(guī)模外送的局面逐級(jí)形成。目前，西北電網(wǎng)直流外送能力達(dá)到了611萬(wàn)kW，直流外送容量約占當(dāng)前電網(wǎng)負(fù)荷的15.27%，西北電網(wǎng)用電負(fù)荷較低，大容量的直流和大機(jī)組故障均會(huì)對(duì)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定造成較大影響。

據(jù)穩(wěn)定計(jì)算，寶德直流西北送華中150萬(wàn)kW情況下故障，西北電網(wǎng)頻率升至50.7 Hz左右；寶德直流西北送華中300萬(wàn)kW情況下故障，穩(wěn)控裝置正確動(dòng)作，西北電網(wǎng)頻率升至50.6 Hz左右；德寶直流華中送西北90萬(wàn)kW情況下故障，西北電網(wǎng)頻率降至49.64 Hz左右;拉西瓦水電廠2臺(tái)機(jī)組同時(shí)跳閘甩140萬(wàn)kW出力，系統(tǒng)頻率降至49.44 Hz左右。

為保證西北電網(wǎng)在大容量功率突變情況下的頻率穩(wěn)定，西北電力調(diào)度通信中心（以下簡(jiǎn)稱西北網(wǎng)調(diào)）對(duì)西北電網(wǎng)內(nèi)機(jī)組一次調(diào)頻開展了整治工作。

1 一次調(diào)頻整治前西北電網(wǎng)一次調(diào)頻狀況

西北網(wǎng)調(diào)核查了單機(jī)在200 MW及以上的火電、水電機(jī)組，全網(wǎng)共核查機(jī)組162臺(tái)，裝機(jī)總?cè)萘? 389萬(wàn)kW，約占系統(tǒng)總裝機(jī)的69.4%。其中一次調(diào)頻投入機(jī)組139臺(tái)，占機(jī)組總臺(tái)數(shù)的85.8%；性能指標(biāo)合格機(jī)組112臺(tái)，占機(jī)組總臺(tái)數(shù)的69.13%。通過(guò)核查發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題。

1）部分機(jī)組因一次調(diào)頻試驗(yàn)不合格，一次調(diào)頻功能尚未投入。

2）火電機(jī)組運(yùn)行工況對(duì)一次調(diào)頻性能影響較大，在實(shí)際運(yùn)行中,部分火電機(jī)組一次調(diào)頻性能不能滿足要求。

3）部分機(jī)組速度變動(dòng)率較大，導(dǎo)致一次調(diào)頻作用降低[1]。

4）部分機(jī)組對(duì)一次調(diào)頻進(jìn)行限幅且增加阻尼，導(dǎo)致一次調(diào)頻作用減小。

5）部分火電機(jī)組CCS沒(méi)有投自動(dòng)，主蒸汽壓力變化大，影響機(jī)組帶負(fù)荷能力，進(jìn)一步影響一次調(diào)頻性能[2]。

2 西北電網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻整改措施

2.1 一次調(diào)頻總體考評(píng)方案

西北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻考評(píng)包括所有并入西北電網(wǎng)單機(jī)在200MW及以上的火電、水電機(jī)組。

以每個(gè)季度西北電網(wǎng)電量競(jìng)價(jià)盈余資金的X%作為火電、水電、第一調(diào)頻廠機(jī)組季度一次調(diào)頻運(yùn)行考評(píng)獎(jiǎng)勵(lì)資金。機(jī)組一次調(diào)頻考評(píng)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制以機(jī)組一次調(diào)頻季度貢獻(xiàn)電量、響應(yīng)行為等指標(biāo)作為考評(píng)范圍之內(nèi)發(fā)電企業(yè)的考評(píng)標(biāo)準(zhǔn)。

西北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行考評(píng)遵循“公開、公平、公正”原則，全網(wǎng)實(shí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，火電、水電、第一調(diào)頻廠機(jī)組按季度分別考評(píng)、披露、結(jié)算。

2.2 考評(píng)獎(jiǎng)勵(lì)方法

2.2.1 一次調(diào)頻積分電量計(jì)算方法

為了更好區(qū)分頻率越限后，機(jī)組的一次調(diào)頻性能對(duì)頻率穩(wěn)定的貢獻(xiàn)程度，將頻率擾動(dòng)分為大擾動(dòng)和小擾動(dòng)，頻率變化量超過(guò)±0.1 Hz的擾動(dòng)為大擾動(dòng)，頻率變化量未超過(guò)±0.1 Hz的擾動(dòng)為小擾動(dòng)。

頻率大擾動(dòng)時(shí)機(jī)組一次調(diào)頻的持續(xù)時(shí)間通常為幾十秒鐘，頻率變化量越大機(jī)組產(chǎn)生的一次調(diào)頻動(dòng)作量越寶貴。此時(shí)的頻率變化量對(duì)于迅速恢復(fù)系統(tǒng)正常頻率、縮短頻率越限時(shí)間有著極為重要的作用，這段時(shí)間的貢獻(xiàn)電量對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定貢獻(xiàn)很大。根據(jù)頻率偏差的大小對(duì)積分貢獻(xiàn)電量附加不同的權(quán)重，可以更加科學(xué)、有效地區(qū)分機(jī)組一次調(diào)頻對(duì)頻率穩(wěn)定所做的貢獻(xiàn)[3-13]。

大擾動(dòng)時(shí)的貢獻(xiàn)電量計(jì)算公式如式（1）、（2）所示，該算法體現(xiàn)了根據(jù)電網(wǎng)頻率、一次調(diào)頻死區(qū)和機(jī)組出力在不同時(shí)刻和不同權(quán)重下的貢獻(xiàn)電量計(jì)算累加過(guò)程。

式中,Qih為機(jī)組i在系統(tǒng)頻率大擾動(dòng)時(shí)的一次調(diào)頻積分電量；t0為系統(tǒng)頻率越限時(shí)刻；t1為系統(tǒng)頻率恢復(fù)至機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)刻；Pt為t時(shí)刻機(jī)組i的實(shí)際出力；P0為t0時(shí)刻機(jī)組i的實(shí)際出力；Sit為該時(shí)刻該機(jī)組i的狀態(tài)，Sit為1表示機(jī)組正受AGC或計(jì)劃指令作用進(jìn)行機(jī)組出力調(diào)整,Sit為0表示AGC或計(jì)劃指令未調(diào)整負(fù)荷；R為機(jī)組i的平均爬坡速率；T為積分周期；k為積分權(quán)重；△f為當(dāng)前頻率與額定頻率50 Hz的差值；△fsq為一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū),火電機(jī)組取0.033Hz，水電機(jī)組取0.05 Hz[14-15]。

頻率發(fā)生小幅度擾動(dòng)后，系統(tǒng)頻率剛超過(guò)死區(qū)時(shí),機(jī)組一次調(diào)頻能夠快速響應(yīng)對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定尤為重要，此時(shí)根據(jù)機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)速度區(qū)分機(jī)組一次調(diào)頻貢獻(xiàn)量，在頻率超過(guò)死區(qū)初期賦予較大權(quán)重。小擾動(dòng)時(shí)的計(jì)算公式如式（3）、（4）所示。

式中，Qih為機(jī)組i的一次調(diào)頻在頻率小擾動(dòng)時(shí)的積分電量，其他符號(hào)的含義與式（1）、（2）相同。

2.2.2 一次調(diào)頻合格率計(jì)算方法

1）一次調(diào)頻合格率。當(dāng)電網(wǎng)頻率超出機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，機(jī)組一次調(diào)頻的積分電量QSJ占相應(yīng)時(shí)間內(nèi)機(jī)組一次調(diào)頻理論計(jì)算積分電量QJS的比例作為機(jī)組一次調(diào)頻的合格率為GHi。

機(jī)組一次調(diào)頻理論積分電量計(jì)算公式為

2）一次調(diào)頻平均合格率。以考核期內(nèi)機(jī)組一次調(diào)頻合格率的算術(shù)平均值作為機(jī)組一次調(diào)頻平均合格率，公式如下：

式中,GHavei為考評(píng)周期機(jī)組i的一次調(diào)頻平均合格率；GHij為機(jī)組i的一次調(diào)頻合格率，按式（5）計(jì)算；n為考評(píng)周期內(nèi)電網(wǎng)頻率超出機(jī)組頻率死區(qū)的次數(shù)。

3）一次調(diào)頻正確動(dòng)作率。當(dāng)某臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，在電網(wǎng)頻率越過(guò)機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)的一個(gè)積分期間，如果機(jī)組的一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量為正，且一次調(diào)頻合格率GHi大于30%，則統(tǒng)計(jì)為該機(jī)組一次調(diào)頻正確動(dòng)作1次，否則，為不正確動(dòng)作1次。

當(dāng)季度機(jī)組一次調(diào)頻正確動(dòng)作率為Ui,則Ui可表示為

式中，Uim為一次調(diào)頻正確動(dòng)作次數(shù)；Uin為不正確動(dòng)作次數(shù)。

若某臺(tái)機(jī)組該季度一次調(diào)頻運(yùn)行的正確動(dòng)作率Ui低于70%，該機(jī)組當(dāng)季度貢獻(xiàn)電量按0處理。

2.2.3 考評(píng)辦法

機(jī)組按照火電、水電分類，根據(jù)機(jī)組一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量在相應(yīng)類中的比例以及一次調(diào)頻正確動(dòng)作率、一次調(diào)頻平均合格率作為考評(píng)獎(jiǎng)勵(lì)依據(jù)，第一調(diào)頻廠按特定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作獎(jiǎng)勵(lì)依據(jù)。

1)火電、水電、第一調(diào)頻廠考評(píng)獎(jiǎng)勵(lì)資金分配原則。第一調(diào)頻廠獎(jiǎng)勵(lì)資金按全部考評(píng)獎(jiǎng)勵(lì)資金的5%劃分；普通水、火電機(jī)組獎(jiǎng)勵(lì)資金按全部考評(píng)獎(jiǎng)勵(lì)資金的95%劃分；火電、水電考評(píng)獎(jiǎng)勵(lì)資金按考核期內(nèi)水、火電機(jī)組裝機(jī)容量及發(fā)電量比例劃分。公式如下:

式中,D為總的考評(píng)獎(jiǎng)勵(lì)資金；DT為第一調(diào)頻廠獎(jiǎng)勵(lì)資金；DH為火電獎(jiǎng)勵(lì)資金；DS為水電獎(jiǎng)勵(lì)資金；PH為考核期火電機(jī)組總裝機(jī)容量；PS為考核期水電機(jī)組總裝機(jī)容量；SH為考核期火電機(jī)組總發(fā)電量；SS為考核期水電機(jī)組總發(fā)電量。

2)火電機(jī)組獎(jiǎng)勵(lì)金額計(jì)算。公式如下:

式中，DHi為火電機(jī)組的季度獎(jiǎng)勵(lì)金額；DH為根據(jù)式（10）算出的火電獎(jiǎng)勵(lì)資金；QHi為火電機(jī)組i季度一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量；n為全網(wǎng)參加一次調(diào)頻考評(píng)的火電機(jī)組臺(tái)數(shù)；Ui為機(jī)組i一次調(diào)頻季度正確動(dòng)作率；GHavei為機(jī)組i在考核期內(nèi)一次調(diào)頻平均合格率。

3)水電機(jī)組獎(jiǎng)勵(lì)金額計(jì)算。公式如下:

式中，DSi為水電機(jī)組i的季度獎(jiǎng)勵(lì)金額；DS為根據(jù)式（11）算出的水電獎(jiǎng)勵(lì)資金；QSi為水電機(jī)組i季度一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量；m為全網(wǎng)參加一次調(diào)頻考評(píng)的水電機(jī)組臺(tái)數(shù)；Ui為水電機(jī)組i一次調(diào)頻季度正確動(dòng)作率；GHi為水電機(jī)組i考核期內(nèi)一次調(diào)頻平均合格率。

4)第一調(diào)頻廠機(jī)組獎(jiǎng)勵(lì)金額計(jì)算。擔(dān)任過(guò)第一調(diào)頻廠的電廠根據(jù)考核期間擔(dān)任第一調(diào)頻廠的時(shí)間劃分第一調(diào)頻廠獎(jiǎng)勵(lì)資金，在不擔(dān)任第一調(diào)頻廠時(shí)按普通水電機(jī)組獎(jiǎng)勵(lì)辦法計(jì)算獎(jiǎng)勵(lì)金額。第一調(diào)頻廠獎(jiǎng)勵(lì)資金劃分公式如下:

式中,DTi為考評(píng)周期內(nèi)第一調(diào)頻廠i獎(jiǎng)勵(lì)金額；DT為第一調(diào)頻廠獎(jiǎng)勵(lì)資金；Ti為第一調(diào)頻廠i考評(píng)周期內(nèi)擔(dān)任第一調(diào)頻廠的時(shí)間；T為考評(píng)周期總時(shí)間。

2.3 計(jì)量與結(jié)算

機(jī)組一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量考評(píng)數(shù)據(jù)以西北電力調(diào)度中心自動(dòng)化系統(tǒng)為依據(jù)，西北各?。▍^(qū)）電力調(diào)度中心自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)作為西北網(wǎng)調(diào)考核系統(tǒng)備用數(shù)據(jù)。

西北網(wǎng)調(diào)在每年第一季度的廠網(wǎng)聯(lián)系會(huì)上向各參與考評(píng)的發(fā)電企業(yè)發(fā)布上年度該企業(yè)各季度一次調(diào)頻貢獻(xiàn)電量、一次調(diào)頻動(dòng)作達(dá)標(biāo)系數(shù)及獎(jiǎng)勵(lì)金額明細(xì)清單，并按季度進(jìn)行結(jié)算。

2.4 信息披露

西北網(wǎng)調(diào)每季度第一個(gè)月某日前匯總上季度全網(wǎng)參加考評(píng)機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行統(tǒng)計(jì)報(bào)表，依據(jù)本辦法計(jì)算出各機(jī)組上季度的一次調(diào)頻運(yùn)行貢獻(xiàn)電量，于某日前在“三公”調(diào)度信息網(wǎng)站上披露，并向國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)西北監(jiān)管局（以下簡(jiǎn)稱西北電監(jiān)局）提交全網(wǎng)所有參加考評(píng)機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行考評(píng)報(bào)告。

2.5 一次調(diào)頻整治前后西北電網(wǎng)頻率特性對(duì)比

圖1為一次調(diào)頻整治前后西北電網(wǎng)內(nèi)大容量機(jī)組跳閘和大容量直流閉鎖時(shí)的頻率特性對(duì)比。

由圖1可以看出，整治前西北某直流75萬(wàn)kW閉鎖頻率最高升至50.271Hz，整治后西北某直流75萬(wàn)kW閉鎖頻率最高升至50.186Hz，整治前某機(jī)組帶55萬(wàn)kW出力跳閘頻率低至49.807Hz，整治后某機(jī)組帶78萬(wàn)kW出力跳閘頻率低至49.818 Hz，由圖1可以看出，經(jīng)過(guò)整治后，西北電網(wǎng)頻率特性有了顯著提高。

圖1 一次調(diào)頻整治前后西北電網(wǎng)頻率特性對(duì)比圖

3 總結(jié)

針對(duì)西北電網(wǎng)一次調(diào)頻存在的問(wèn)題和不足，提出了一次調(diào)頻整改措施。該措施根據(jù)機(jī)組在頻率大擾動(dòng)和小擾動(dòng)時(shí)一次調(diào)頻對(duì)頻率穩(wěn)定貢獻(xiàn)程度，提出了不同的積分電量計(jì)算方法，按照水、火電機(jī)組和第一調(diào)頻廠分類，分別計(jì)算機(jī)組一次調(diào)頻考評(píng)獎(jiǎng)勵(lì)金額，定期披露考評(píng)結(jié)果。該措施科學(xué)有效地衡量了水火電機(jī)組的一次調(diào)頻性能，對(duì)于提高機(jī)組的一次調(diào)頻性能有極大的推動(dòng)作用。實(shí)踐表明，通過(guò)該措施的實(shí)施，西北電網(wǎng)一次調(diào)頻能力有了顯著提高。

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