黃麗琴，汪 瑋，孫 杰

（富春江水力發(fā)電廠，浙江省桐廬縣 311504）

一次調(diào)頻功能在監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

黃麗琴，汪 瑋，孫 杰

（富春江水力發(fā)電廠，浙江省桐廬縣 311504）

為滿足華東地區(qū)電網(wǎng)“二個(gè)細(xì)則”對(duì)一次調(diào)頻的要求，針對(duì)某水電廠無(wú)法實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能的老調(diào)速設(shè)備，通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地LCU進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組的一次調(diào)頻功能。文中介紹了在監(jiān)控系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能的思路和方法，以供其他水電廠參考和借鑒。

考核細(xì)則；監(jiān)控系統(tǒng)；一次調(diào)頻；功能優(yōu)化設(shè)計(jì)；二次調(diào)頻

0 引言

某水力發(fā)電廠共裝設(shè)六臺(tái)60MW軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，通過(guò)3個(gè)主變單元接入220kV變電站，4回220kV出線接入電網(wǎng)。電廠主要承擔(dān)華東電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù)。

為保障華東電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，根據(jù)《發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理規(guī)定》（電監(jiān)市場(chǎng)〔2006〕42號(hào)），華東電監(jiān)會(huì)制定了《華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則（試行）》和《華東區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則（試行）》（以下簡(jiǎn)稱“二個(gè)細(xì)則”）。

該電廠作為華東地區(qū)電網(wǎng)的主力調(diào)頻電站，同樣需要響應(yīng)“二個(gè)細(xì)則”的要求，但因多臺(tái)機(jī)組調(diào)速器年份已久，調(diào)速器廠家不建議修改調(diào)速器程序，為滿足“二個(gè)細(xì)則”的考核要求，首先在3號(hào)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元進(jìn)行一次調(diào)頻功能優(yōu)化設(shè)計(jì)，2010年11月實(shí)現(xiàn)了3號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻功能，并于2010年12月完成了3號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻功能的優(yōu)化和調(diào)整試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明不同的水頭、不同的功率、不同的頻差、不同的控制模式下，3號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻能力滿足華東電網(wǎng)調(diào)度考核要求。

1 主要設(shè)備規(guī)范

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)

該電廠監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)地控制單元LCU采用雙機(jī)熱備冗余機(jī)構(gòu)，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、控制與調(diào)節(jié)、通信、時(shí)鐘同步、自診斷與自恢復(fù)、人機(jī)接口等功能。

1.2 調(diào)速器

該電廠3號(hào)機(jī)組調(diào)速器采用WST-PLC環(huán)噴式雙可編程微機(jī)調(diào)速器，結(jié)構(gòu)為電子調(diào)節(jié)器+液壓隨動(dòng)系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)框圖如圖1所示。

1.3 水輪機(jī)及有壓過(guò)水系統(tǒng)

水輪機(jī)引水管：一管一機(jī)；尾水管：一管一機(jī)；無(wú)調(diào)壓井；水輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。

名 稱參 數(shù)最大水頭17.7m安裝高程+4.1m導(dǎo)葉最大轉(zhuǎn)角630mm額定功率61550kW最小水頭6.2m吸出高度-2.9m槳葉最大轉(zhuǎn)角3°～34.5°

圖1 機(jī)組調(diào)速器調(diào)節(jié)框圖

1.4 發(fā)電機(jī)

發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

表2 發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 一次調(diào)頻功能優(yōu)化

因該電廠3號(hào)機(jī)組調(diào)速器年份太久，調(diào)速器廠家不建議修改調(diào)速器程序，因此一次調(diào)頻功能的優(yōu)化設(shè)計(jì)需要在監(jiān)控系統(tǒng)完成，調(diào)速器程序不作任何改動(dòng)。

2.1 分析調(diào)速器廠家提供的調(diào)速器調(diào)節(jié)框圖（如圖1所示）

（1）正常運(yùn)行并網(wǎng)后人工頻率死區(qū)為0.5Hz，調(diào)速器工作于功率模式，此時(shí)調(diào)速器的頻率調(diào)節(jié)回路在0.5Hz內(nèi)不起作用，調(diào)速器接受LCU下發(fā)的功率值進(jìn)行調(diào)節(jié)；此0.5Hz調(diào)速器廠家建議不能修改為0.05Hz，否則頻率超過(guò)0.05Hz后調(diào)速器將進(jìn)入孤網(wǎng)調(diào)節(jié)模式，不利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）調(diào)速器功率調(diào)節(jié)模式下設(shè)有±1MW的功率死區(qū)，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)機(jī)組實(shí)發(fā)與LCU下發(fā)的功率給定值有±1MW的偏差。

1）在電網(wǎng)頻超過(guò)±0.5Hz后調(diào)速器進(jìn)入孤網(wǎng)調(diào)節(jié)模式，進(jìn)入孤網(wǎng)模式后人工頻率死區(qū)設(shè)置為0，機(jī)組根據(jù)頻率變化進(jìn)行調(diào)節(jié)；

2）若功率反饋故障，則機(jī)組由功率調(diào)節(jié)模式自動(dòng)切換為開(kāi)度調(diào)節(jié)模式；若此后功率反饋正常，機(jī)組由開(kāi)度調(diào)節(jié)模式自動(dòng)切換至功率調(diào)節(jié)模式。

（3）為滿足一次調(diào)頻的需要，優(yōu)化設(shè)計(jì)一次調(diào)頻時(shí)的監(jiān)控框圖如圖2所示。優(yōu)化功能設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮：

圖2 某機(jī)組調(diào)速器一次調(diào)頻優(yōu)化設(shè)計(jì)框圖

1）監(jiān)控系統(tǒng)控制邏輯：不影響機(jī)組的正常控制功能；

2）因?yàn)闄C(jī)組為軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，當(dāng)機(jī)組處于非協(xié)聯(lián)工況時(shí)機(jī)組功率調(diào)節(jié)將非常緩慢，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮一次調(diào)頻功能投用范圍；

3）一次調(diào)頻時(shí)需要考慮二次調(diào)頻的影響，設(shè)計(jì)一次調(diào)頻時(shí)對(duì)來(lái)自全廠AGC或上位機(jī)或LCU現(xiàn)地觸摸屏發(fā)出的功率指令信號(hào)實(shí)行同向疊加和反向閉鎖功能；修改程序時(shí)所有參數(shù)均設(shè)計(jì)為可修改參數(shù)，不采用固定值。根據(jù)以上設(shè)計(jì)要求，最終在電廠3號(hào)機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)修改邏輯實(shí)現(xiàn)如下。

2.2 監(jiān)控硬件修改

（1）機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)地控制單元增加頻率變送器，以測(cè)量電網(wǎng)頻率；

（2）機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)增加投退一次調(diào)頻功能繼電器，可人工控制一次調(diào)頻功能的投退。

2.3 監(jiān)控邏輯修改

2.3.1 監(jiān)控系統(tǒng)一次調(diào)頻工作條件

（1）一次調(diào)頻功能投退條件。

一次調(diào)頻硬壓板投入；

一次調(diào)頻軟件開(kāi)關(guān)投入；

頻差小于0.5Hz；

機(jī)組在發(fā)電態(tài)；

以上任意一條件不滿足即退出一次調(diào)頻功能；

圖3 一次調(diào)頻控制程序

運(yùn)行人員可通過(guò)操作一次調(diào)頻軟硬件開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)投退一次調(diào)頻功能。

（2）一次調(diào)頻真正動(dòng)作條件。

一次調(diào)頻功能投入；

頻差大于人工頻率死區(qū)；

當(dāng)前實(shí)發(fā)功率大于10MW且小于70MW。

以上任意一條件不滿足即一次調(diào)頻不動(dòng)作。

2.3.2 監(jiān)控系統(tǒng)人工頻率死區(qū)設(shè)定（如圖3所示）

人工頻率死區(qū)整定值設(shè)為±0.05Hz。

為防止一次調(diào)頻在頻率死區(qū)附近頻繁動(dòng)作將一次調(diào)頻動(dòng)作后返回的頻率偏差設(shè)置為±0.04Hz。即一次調(diào)頻超過(guò)±0.05Hz時(shí)動(dòng)作，小于±0.04Hz時(shí)復(fù)歸一次調(diào)頻。

2.3.3 功率調(diào)節(jié)反向閉鎖（如圖4所示）

修改現(xiàn)地控制單元LCU邏輯程序，當(dāng)一次調(diào)頻發(fā)生時(shí)，在調(diào)頻期間實(shí)現(xiàn)：

（1）若LCU收到功率給定發(fā)生變化且變化方向與一次調(diào)頻要求的變化方向相同時(shí)，LCU下發(fā)至調(diào)速器的功率給定值為：原功率給定值加一次調(diào)頻功率變化值；

圖4 功率調(diào)節(jié)反向閉鎖

（2）若LCU收到功率給定發(fā)生變化但是變化方向與一次調(diào)頻要求的變化方向相反時(shí)，LCU下發(fā)至調(diào)速器的功率給定值為：不接受新下發(fā)的LCU功率給定值，以一次調(diào)頻發(fā)生時(shí)記錄的功率為基礎(chǔ)進(jìn)行一次調(diào)頻。

2.3.4 一次調(diào)頻變化功率限幅

修改現(xiàn)地控制單元LCU邏輯，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)若一次調(diào)頻一旦動(dòng)作，則功率變化量最少為±4MW，一次調(diào)頻動(dòng)作引起的功率變化值等于4MW加上頻差變化所產(chǎn)生的功率變化（限幅±3MW）值，即一次調(diào)頻功率變化值范圍為±4～±7MW，且一次調(diào)頻功率變化值疊加在LCU原功率給定值上（原功率給定值來(lái)自于：①AGC自動(dòng)計(jì)算；②上位機(jī)人工設(shè)定；③現(xiàn)地觸摸屏人工設(shè)定）。

2.3.5 一次調(diào)頻機(jī)組功率限幅

一次調(diào)頻時(shí)機(jī)組功率給定值的限幅為20～60MW，與機(jī)組AGC的功率范圍一樣。

2.4 一次調(diào)頻和二次調(diào)頻配合設(shè)計(jì)分析

該電廠目前的運(yùn)行方式設(shè)計(jì)為：并網(wǎng)后調(diào)速器運(yùn)行于功率模式，機(jī)組的功率閉環(huán)在調(diào)速器中實(shí)現(xiàn)，AGC只是將全廠AGC功率分配后的功率給定值送至調(diào)速器。

該電廠一次調(diào)頻功能優(yōu)化設(shè)計(jì)后和監(jiān)控系統(tǒng)AGC功能的配合設(shè)計(jì)為：

（1）調(diào)速器一次調(diào)頻功能投入和退出。

在一次調(diào)頻功能硬壓板投入的條件下，開(kāi)機(jī)并網(wǎng)后監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出一次調(diào)頻功能投入信號(hào)（如圖5所示），監(jiān)控系統(tǒng)判斷功率處于10～70MW區(qū)間范圍內(nèi)且滿足2.3所列條件后，監(jiān)控系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能才真正投入。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)走停機(jī)流程時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)首先發(fā)出退一次調(diào)頻功能命令（如圖6所示），在退出一次調(diào)頻功能后監(jiān)控系統(tǒng)才執(zhí)行減負(fù)荷指令，進(jìn)入正常停機(jī)流程。

圖5 開(kāi)機(jī)并網(wǎng)后監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出一次調(diào)頻功能投入信號(hào)

圖6 機(jī)組收到停機(jī)令后首先發(fā)出一次調(diào)頻退出令

（2）當(dāng)頻差超過(guò)人工頻率死區(qū)后，監(jiān)控系統(tǒng)一次調(diào)頻動(dòng)作，發(fā)出“3號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作” 信號(hào)。

（3）當(dāng)電網(wǎng)頻率恢復(fù)正常，監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)到頻率回歸正常，發(fā)“3號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作退出”信號(hào)。

3 一次調(diào)頻功能試驗(yàn)及結(jié)果

依據(jù)《華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則（試行）》《華東區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則（試行）》《華東電網(wǎng)抽水蓄能電廠運(yùn)行管理及評(píng)價(jià)辦法（試行）》和電廠的具體情況，制訂了《某水力發(fā)電廠機(jī)組一次調(diào)頻調(diào)整試驗(yàn)方案》，電廠和相關(guān)單位于2010年12月11日和12月30日進(jìn)行了3號(hào)機(jī)組兩個(gè)水頭下的一次調(diào)頻調(diào)整試驗(yàn)、一次調(diào)頻和二次調(diào)頻配合試驗(yàn)。

3.1 一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)論

在試驗(yàn)毛水頭17.5～18.2m和14.9～15.0m，不同的功率、不同的頻差、不同的控制模式下，3號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻能力基本滿足考核要求，即：

機(jī)組小頻差±0.06Hz動(dòng)作正確；

機(jī)組一次調(diào)頻電量占理論積分電量比例60%以上；

45s內(nèi)機(jī)組功率變化值滿足要求。

（1）統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)一次調(diào)頻發(fā)生后機(jī)組功率發(fā)生明顯變化的延時(shí)時(shí)間大約在4～13s，典型延時(shí)6～10s。軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組響應(yīng)一次調(diào)頻延時(shí)較混流式機(jī)組大（混流式機(jī)組典型時(shí)間小于4s）。

（2）機(jī)組一次調(diào)頻功能與LCU二次調(diào)頻功能設(shè)計(jì)滿足要求。在試驗(yàn)水頭下當(dāng)更改功率期間發(fā)生一次調(diào)頻，功率給定變化方向與一次調(diào)頻要求的功率變化方向相同或者相反，積分電量均滿足要求。

（3）經(jīng)比較，PMU表計(jì)和調(diào)速器測(cè)量數(shù)據(jù)相比，頻率和功率基本一致。

4 結(jié)束語(yǔ)

某電廠的一次調(diào)頻功能在監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)投運(yùn)已近三年，動(dòng)作正確可靠，為華東地區(qū)電網(wǎng)提供安全可靠的電能打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 單鵬珠.某水電廠計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)改造[J].水電廠自動(dòng)化，2007，113（3）：1-4.

黃麗琴（1968—），女，助理工程師，二次專業(yè)，主要研究方向：自動(dòng)化。E_mail：hlqsjsxy@163.com

汪 瑋（1962—），男，工程師，二次專業(yè)，主要研究方向：自動(dòng)化。

孫 杰（1970—），男，工程師，二次專業(yè)，主要研究方向：繼電保護(hù)。

The Realization of Primary Frequency Modulation Function in the Computer Supervisio and Control System

HUANG Liqin，WANG Wei，SUN Jie
（The Fu Chun Jiang hydroelectric power plant，Tonglu 311504，China）

To meet the“two rules”of east china power grid to the requirements of primary frequency control，unable to realize the function of primary frequency in a hydropower station of the old governor equipment，through the study of the optimization design of the computer supervision and cotrol systems in local control unit LCU，realize a frequency modulation function of the unit.this paper introduces the computer supervision and control systems of train of thought and method how to realize the fuction of primary frequency，for reference of other hydropower.

Assessment rules；computer supervisio and control system；Primary frequency modulation；Function optimization design；secod frequecy regulation