水電一次調(diào)頻考核起始時(shí)刻對(duì)考核的影響分析

陳 琳，孫建平，張寬竹

(1. 華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北保定071003； 2. 華北石油管理局水電廠，河北任丘062550)

水電一次調(diào)頻考核起始時(shí)刻對(duì)考核的影響分析

陳 琳1，孫建平1，張寬竹2

(1. 華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北保定071003； 2. 華北石油管理局水電廠，河北任丘062550)

針對(duì)水電機(jī)組一次調(diào)頻考核起始時(shí)刻延遲的情況，為避免調(diào)度部門因其延遲對(duì)考核結(jié)果產(chǎn)生誤判，分析了起始時(shí)間在一次調(diào)頻考核中的作用，根據(jù)實(shí)際試驗(yàn)數(shù)據(jù)在MATLAB平臺(tái)中編程繪制不同延遲時(shí)間下實(shí)際動(dòng)作積分電量與理論動(dòng)作積分電量曲線，并統(tǒng)計(jì)其比值。結(jié)果表明，按“兩個(gè)細(xì)則”中的考核公式，當(dāng)延遲時(shí)間增大到一定程度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致原本達(dá)標(biāo)的一次調(diào)頻動(dòng)作被判定為不達(dá)標(biāo)。最后，針對(duì)這種誤判情況，改進(jìn)考核公式中的起始功率值并進(jìn)行驗(yàn)證，說(shuō)明了該改進(jìn)措施的可行性，為后續(xù)研究做鋪墊。

水電機(jī)組；一次調(diào)頻；起始時(shí)刻；考核

0 引言

目前，在影響電能質(zhì)量的因素中，電網(wǎng)頻率占主要部分。從電廠角度來(lái)講，要維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，一次調(diào)頻功能必不可少，且此功能的好壞直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。水電機(jī)組一次調(diào)頻是指當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率與額定頻率的頻率差自動(dòng)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度，改變機(jī)組出力來(lái)適應(yīng)負(fù)荷變化[1，2]。

一次調(diào)頻服務(wù)作為基本輔助服務(wù)之一，是電網(wǎng)要求電廠必須提供的服務(wù)。若電廠因自身原因不能提供一次調(diào)頻服務(wù)或提供的一次調(diào)頻服務(wù)不達(dá)標(biāo)就會(huì)被考核。根據(jù)考核的結(jié)果相應(yīng)地扣減電廠發(fā)電量，最終影響其經(jīng)濟(jì)效益[3]。電網(wǎng)為統(tǒng)一考核規(guī)范，制定了具體考核辦法和規(guī)定，南方電網(wǎng)區(qū)域參考《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》及《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》(簡(jiǎn)稱“兩個(gè)細(xì)則”)的考核要求，然而在詳細(xì)的考核依據(jù)實(shí)施后，很多水電機(jī)組的一次調(diào)頻都存在被誤考核的情況[4]。

在實(shí)際一次調(diào)頻考核情況中，調(diào)度部門會(huì)在電網(wǎng)頻率超出調(diào)頻死區(qū)范圍時(shí)記錄當(dāng)下動(dòng)作對(duì)應(yīng)時(shí)間以及電網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率與電廠上送的機(jī)組功率等數(shù)據(jù)，根據(jù)這些數(shù)據(jù)利用考核公式分別計(jì)算出機(jī)組的實(shí)際和理論動(dòng)作積分電量，并求出實(shí)際與理論動(dòng)作積分電量的比值，與50%相比，超過(guò)即為達(dá)標(biāo)。由于調(diào)度部門用于考核計(jì)算的機(jī)組功率取自電廠數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，而電網(wǎng)頻率取自調(diào)度系統(tǒng)，且兩個(gè)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)有時(shí)間上的相對(duì)延遲，即調(diào)度系統(tǒng)采集的時(shí)間慢于電廠的，這造成了延遲時(shí)間的產(chǎn)生，影響機(jī)組一次調(diào)頻考核結(jié)果評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性[5，6]。文獻(xiàn)[1-3]主要介紹了各水電廠調(diào)頻過(guò)程存在的問(wèn)題及影響調(diào)頻考核準(zhǔn)確性的因素；文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[6]各分析了調(diào)速器調(diào)節(jié)參數(shù)和延遲時(shí)間對(duì)調(diào)頻考核結(jié)果的影響，但文獻(xiàn)[6]并未確切計(jì)算描述延遲時(shí)間與積分電量的關(guān)系。本文主要是通過(guò)計(jì)算不同延遲時(shí)間長(zhǎng)短下實(shí)際與理論積分動(dòng)作電量，分析研究考核起始時(shí)刻延遲時(shí)間對(duì)考核結(jié)果的影響，并提出合理建議和應(yīng)對(duì)措施。

1 動(dòng)作積分電量的計(jì)算

實(shí)際一次調(diào)頻考核中，對(duì)滿足調(diào)頻動(dòng)作條件的水電機(jī)組，調(diào)度會(huì)記錄其調(diào)頻過(guò)程中的開始與結(jié)束時(shí)間以及該段時(shí)間內(nèi)的電網(wǎng)頻率。機(jī)組的實(shí)際積分動(dòng)作電量占理論電量的比值是調(diào)度評(píng)價(jià)調(diào)頻動(dòng)作是否達(dá)標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)實(shí)際動(dòng)作積分電量占理論值的比值超過(guò)50%，機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)作達(dá)標(biāo)；否則，不達(dá)標(biāo)[7，8]。

實(shí)際動(dòng)作積分電量計(jì)算公式如公式(1)所示：

(1)

式中：Qact為實(shí)際動(dòng)作積分電量，kW·h；t0為積分起始時(shí)間，即頻率偏差超過(guò)頻率死區(qū)的時(shí)刻，s；Δt為積分開始后的一次調(diào)頻過(guò)程持續(xù)時(shí)間(最長(zhǎng)不超過(guò)60 s，超過(guò)60 s的以60 s計(jì)算)，s；Pt為機(jī)組出力，kW；P0為積分起始時(shí)間對(duì)應(yīng)的機(jī)組出力，kW。

理論動(dòng)作積分電量計(jì)算公式如公式(2)所示：

(2)

式中：Qtheory為理論動(dòng)作積分電量，kW·h；Pr為機(jī)組額定出力，kW；t0和Δt的意義與上述相同；f為電網(wǎng)頻率，Hz；fr為電網(wǎng)額定頻率，Hz；ef為一次調(diào)頻死區(qū)，Hz；4%為機(jī)組的轉(zhuǎn)速不等率。

以上兩式中的t0和Δt均具有相同的意義，說(shuō)明實(shí)際與理論動(dòng)作積分電量的開始與終止時(shí)刻是一致的。

2 考核起始時(shí)間延遲的影響

由于在實(shí)際和理論動(dòng)作積分電量的計(jì)算中，一次調(diào)頻考核起始時(shí)間起著重要的作用。在實(shí)際調(diào)頻試驗(yàn)中選取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在不同延遲時(shí)間下計(jì)算實(shí)際與理論積分動(dòng)作電量，并計(jì)算其比值，然后分析考核起始時(shí)刻的延遲時(shí)間對(duì)一次調(diào)頻考核結(jié)果的影響。

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的選取

利用在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中收集的某水電機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)作曲線(如圖1所示)來(lái)計(jì)算實(shí)際和理論動(dòng)作積分電量并進(jìn)行比較。圖1中，以一定坡度緩慢下降的電網(wǎng)頻率為輸入信號(hào)，有小波動(dòng)的有功功率曲線為輸出信號(hào)，圖中有功功率開始變動(dòng)的時(shí)刻即為頻率偏差超出頻率死區(qū)的時(shí)刻，此時(shí)刻對(duì)應(yīng)的電網(wǎng)頻率與額定頻率的差值即為頻率死區(qū)。

圖1 水電機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作曲線

根據(jù)實(shí)際調(diào)頻試驗(yàn)中的曲線，提取出一次調(diào)頻過(guò)程中機(jī)組頻率和有功功率的數(shù)據(jù)值，導(dǎo)入并保存成.mat文件備用[9，10]。由于是實(shí)際一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以能夠用來(lái)分析一次調(diào)頻考核起始時(shí)間延遲對(duì)考核結(jié)果的影響。

2.2 起始時(shí)刻延遲的影響

根據(jù)以上所述理論知識(shí)編寫程序進(jìn)行仿真，分別將一次調(diào)頻考核起始時(shí)刻延遲的時(shí)間定義為0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s，一次調(diào)頻持續(xù)時(shí)間以60 s為基準(zhǔn)，繪制上述不同延時(shí)下的實(shí)際動(dòng)作積分電量和理論動(dòng)作積分電量對(duì)比圖，如圖2和圖3所示。圖中數(shù)字1～8分別表示延時(shí)0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s的實(shí)際或理論積分電量曲線。

圖2 不同延時(shí)下的60 s內(nèi)的實(shí)際積分電量對(duì)比圖

圖3 不同延時(shí)下的60 s內(nèi)的理論積分電量對(duì)比圖

分析統(tǒng)計(jì)不同起始時(shí)刻延遲下對(duì)應(yīng)的一次調(diào)頻考核結(jié)果，見表1。

表1 不同起始時(shí)刻延遲對(duì)應(yīng)的一次調(diào)頻考核結(jié)果

由以上圖形和表中的數(shù)據(jù)可以看出，隨著延遲時(shí)間的增大，理論動(dòng)作積分電量的值會(huì)變大并逐漸穩(wěn)定不變，而實(shí)際動(dòng)作積分電量的值則逐漸減小，導(dǎo)致實(shí)際值與理論值的比值也逐漸減小，表中統(tǒng)計(jì)的比值可以明顯說(shuō)明這一點(diǎn)。當(dāng)延遲時(shí)間超過(guò)一定值后(例如表中的18 s)，實(shí)際值與理論值的比值就會(huì)小于50%，導(dǎo)致原本達(dá)標(biāo)的一次調(diào)頻動(dòng)作被判定為不達(dá)標(biāo)的情況發(fā)生，考核結(jié)果的準(zhǔn)確性受到影響。

根據(jù)公式(1)、(2)及圖1中一次調(diào)頻動(dòng)作曲線可知，實(shí)際動(dòng)作積分電量的積分起始時(shí)刻的功率P0隨延遲時(shí)間的增大而增大，導(dǎo)致(Pt-P0)的差值減小，從而使實(shí)際動(dòng)作積分電量值減小。而理論動(dòng)作積分電量中的(fr+ef)為定值，是不隨延遲時(shí)間的增大而變化的；而f的減小會(huì)使(f-fr-ef)的絕對(duì)值增大，從而整個(gè)理論動(dòng)作積分電量增大。這就是造成實(shí)際動(dòng)作積分電量占理論值比重隨延遲時(shí)間變大而逐漸下降的原因。

3 考核起始時(shí)間延遲的對(duì)策

根據(jù)上述計(jì)算分析，一次調(diào)頻考核起始時(shí)間延遲的長(zhǎng)短有可能導(dǎo)致誤考核情況的發(fā)生，所以為了避免考核起始時(shí)刻延遲給考核結(jié)果準(zhǔn)確性帶來(lái)影響，在計(jì)算實(shí)際動(dòng)作積分電量時(shí)，將其計(jì)算公式的起始功率改為過(guò)一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)刻的機(jī)組功率值，使其起始功率不隨延遲時(shí)間的增大而變化。

改變其積分起始功率，然后進(jìn)行驗(yàn)證。分別將一次調(diào)頻考核起始時(shí)刻延遲的時(shí)間定義為0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s，繪制不同延時(shí)時(shí)間下的實(shí)際動(dòng)作積分電量對(duì)比圖，如圖4所示。圖中線1～8分別表示延時(shí)0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s的實(shí)際積分電量曲線。

分析不同起始時(shí)刻延遲對(duì)應(yīng)的一次調(diào)頻考核結(jié)果，見表2。

由圖4和表2中的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)采用過(guò)一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)刻的機(jī)組功率值作為實(shí)際積分電量的起始功率時(shí)，隨著延遲時(shí)間的增大，實(shí)際電量的值會(huì)逐漸變大，并逐漸向理論電量值接近，使得實(shí)際值與理論值的比值逐漸增大(由表2中比值可看出)，逐漸接近于1，不會(huì)發(fā)生一次調(diào)頻被誤考核的情況。如此改進(jìn)考核方法，使得實(shí)際積分電量不會(huì)像圖2中所示迅速減小，雖然計(jì)算出的實(shí)際積分電量值比真實(shí)值要偏大，但實(shí)際電量值與理論值的比值更接近于真實(shí)情況，并且提高了調(diào)度部門考核結(jié)果的準(zhǔn)確性。

圖4 不同延時(shí)下60 s內(nèi)的實(shí)際積分電量對(duì)比圖

遲延時(shí)間/s理論電量值/(kW·h)實(shí)際電量值/(kW·h)實(shí)際電量值理論電量值/%一次調(diào)頻是否合格0277.999227.07381.68是6310.886262.85684.55是12336.183293.38387.27是18353.886317.85989.82是24364.047336.06292.31是30366.709348.79095.11是36366.709356.03297.09是42366.709361.27298.52是

4 結(jié)論

(1)計(jì)算實(shí)際動(dòng)作積分電量時(shí)，將其起始功率改為過(guò)一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)刻的機(jī)組功率值。這種對(duì)考核方法的改進(jìn)，使其具有與理論電量起始值相似的意義，均為過(guò)頻率死區(qū)時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的值，這使得兩種電量的比值對(duì)起始時(shí)間遲延的敏感度降低，調(diào)度部門考核結(jié)果的準(zhǔn)確性升高，是一種值得研究應(yīng)用的改進(jìn)方法。

(2)當(dāng)下考核方法中，只有同步電廠和調(diào)度系統(tǒng)采集記錄的一次調(diào)頻響應(yīng)過(guò)程的時(shí)間，提高傳輸一次調(diào)頻相關(guān)數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)別，或者將調(diào)度部門所需要的一次調(diào)頻考核數(shù)據(jù)全部取自電廠側(cè)等，才能根本上避免調(diào)度部門對(duì)一次調(diào)頻動(dòng)作造成誤判。

本文在某水電廠一次調(diào)頻試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算比較，分析了考核起始時(shí)刻延遲長(zhǎng)短對(duì)考核結(jié)果的影響，對(duì)調(diào)度部門考核方法提出了合理的改進(jìn)并進(jìn)行了驗(yàn)證，同時(shí)，針對(duì)現(xiàn)行考核方法，提出了提高一次調(diào)頻考核結(jié)果準(zhǔn)確性的可行性措施，給各并網(wǎng)電廠處理類似問(wèn)題提供參考。

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Influence of the Initial Time on the Primary Frequency Regulation Assessment in Hydro-power Unit

CHEN Lin1，SUN Jianping1，ZHANG Kuanzhu2

(1. School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University , Baoding 071003, China;2. The Hydropower Plant of Huabei Oilfield, Renqiu 062550, China)

In the light of the initial time delay of primary frequency regulation assessment in hydro-power unit, to avoid wrong assessment, this paper analyses the effect of the initial time in the primary frequency regulation assessment. At the same time, the practical data is used to draw the curves of the practical and theory accumulated electric quantity respectively and the ratio of them are also calculated based on MATLAB. The result shows that according to the assessment formula of the “two detailed regulations”, the qualified regulation action will be assessed substandard with the delay time growing to a certain extent. Finally, the assessment formula is improved and verified in this paper, and the improvement measures are proved feasible and can be used as a cushion for further study.

hydro-power unit; primary frequency regulation; start moment; assessment

2016-01-05。

河北省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(F2014502059)。

陳琳(1992-)，女，碩士研究生，主要從事水電機(jī)組一次調(diào)頻輔助服務(wù)領(lǐng)域的研究,E-mail：337198316@qq.com。

TK730.2

A

10.3969/j.issn.1672-0792.2016.03.002