調(diào)速器功率閉環(huán)模式下一次調(diào)頻模型的分析與應(yīng)用

甘波 劉立寧 駱星

摘 要：本文對調(diào)速器功率閉環(huán)模式下的一次調(diào)頻模型進行了介紹與說明。說明了調(diào)速器功率閉環(huán)的定義，給出了調(diào)速器功率調(diào)節(jié)和一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)模型，總結(jié)了調(diào)速器功率閉環(huán)模式下的一次調(diào)頻模型的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：功率閉環(huán)；一次調(diào)頻；調(diào)速器；模型

“關(guān)于《華中區(qū)域發(fā)電廠輔助服務(wù)及并網(wǎng)運行管理實施細則》試運行有關(guān)事項的通知”，該通知要求并入四川電網(wǎng)的機組，必須投入一次調(diào)頻的功能，一次調(diào)頻管理的考核辦法簡化為：“當系統(tǒng)頻率偏差超過一次調(diào)頻動作死區(qū)，且持續(xù)時間達1分鐘及以上時，啟動考核統(tǒng)計程序，以系統(tǒng)頻率超過機組一次調(diào)頻動作死區(qū)的時刻為起始時刻，頻率恢復到死區(qū)時刻為結(jié)束時刻，監(jiān)測期間機組有功功率變化情況，如果期間被機組未正確動作則記考核一次?！?/p>

然而絕大多數(shù)的中小型水輪發(fā)電機組調(diào)速系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)的開度調(diào)節(jié)模式，在這種調(diào)節(jié)控制模式下，當調(diào)速器系統(tǒng)啟動一次調(diào)頻時，調(diào)速器會按照開度控制模型下的控制規(guī)律，調(diào)節(jié)導葉接力器行程，改變導葉開度從而達到調(diào)節(jié)功率的目的。但事實上由于中小型機組，特別是近年來不斷發(fā)展的貫流式水輪發(fā)電機組，由于水頭低，單位功率耗水量大，一次調(diào)頻起動時，水輪機導葉的開度變化不能夠及時反映出功率的明顯變化，或者說不能很好地達到成電監(jiān)[2010]19號要求達到的效果。

本文所介紹的調(diào)速器系統(tǒng)功率閉環(huán)模型的一次調(diào)頻模型，是指在發(fā)電機正常運行時，監(jiān)控系統(tǒng)只負責將功率設(shè)定值下發(fā)給調(diào)速器系統(tǒng)，調(diào)速器系統(tǒng)接收到監(jiān)控系統(tǒng)下發(fā)的功率給定值后，以此功率給定與功率反饋形成閉環(huán)來進行調(diào)節(jié)。這種功率調(diào)節(jié)模式正好與電網(wǎng)要求的一次調(diào)頻動作的考核算法相吻合，能夠有效地避免并網(wǎng)電廠被考核值得廣大水電廠推廣和應(yīng)用。

1 水輪機調(diào)速器功能介紹

我國電力部門規(guī)定，電網(wǎng)的額定頻率為50Hz，大電網(wǎng)允許的頻率偏差為±0.2Hz。對我國的電網(wǎng)來說，即使是大的電力系統(tǒng)，其負荷波動也往往會達到其總?cè)萘康?%～3%。電力系統(tǒng)負荷的不斷變化，導致了頻率的波動。因此，不斷地調(diào)節(jié)水輪發(fā)電機組的輸出功率，維持機組的轉(zhuǎn)速在額定轉(zhuǎn)速的規(guī)定范圍內(nèi)，就是水輪機調(diào)節(jié)的基本任務(wù)。

眾所周知，只有調(diào)節(jié)流量Q和效率ηt，才能調(diào)節(jié)水輪機轉(zhuǎn)矩Mt，達到Mt與負荷轉(zhuǎn)矩Mg平衡的目的。水輪機調(diào)節(jié)的任務(wù)是維持水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速（頻率）在額定值的允許范圍內(nèi)。因此，只有當水輪機調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)水輪機導葉開度和輪葉的角度，使Mt=Mg，才能使機組在一個允許的轉(zhuǎn)速（頻率）下運行。

2 調(diào)速器頻率、開度調(diào)節(jié)模式介紹

頻率調(diào)節(jié)模式主要用于機組開機到空載、并網(wǎng)以及機組甩負荷過程中的調(diào)節(jié)，主要目的是實現(xiàn)機組快速開機發(fā)電并維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，所以調(diào)節(jié)過程一般采用PID調(diào)節(jié)以增加系統(tǒng)的速動性。值得注意的是，頻率調(diào)節(jié)模式只是開機過程中的一種調(diào)節(jié)模式，不能和系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)相混淆，調(diào)節(jié)模式任何時候都只能有一個，而各種調(diào)節(jié)可以并行，作為調(diào)速器其主要目的是維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，所以頻率調(diào)節(jié)在任何工況，任何調(diào)節(jié)模式下都投入。不過，當并網(wǎng)運行頻率的偏差小于頻率死區(qū)時，頻率調(diào)節(jié)被會屏蔽掉，只有當頻率波動大于頻率死區(qū)時，頻率調(diào)節(jié)才真正起作用，頻率調(diào)節(jié)和功率調(diào)節(jié)、開度調(diào)節(jié)并不沖突而是并聯(lián)的關(guān)系。

4 結(jié)語

調(diào)速器功率閉環(huán)的一次調(diào)頻模型主要優(yōu)點在于：能夠更加迅速、準確地對功率進行調(diào)節(jié)，減少超調(diào)量，解決了開度調(diào)節(jié)模式下，一次調(diào)頻動作遲緩，效果不明顯甚至幅度起反調(diào)的風險，從而提高了一次調(diào)頻的動作合格率，值得各水電廠特別是小水電廠應(yīng)用和推廣。

參考文獻：

[1] 蔡維由.中小型水輪機調(diào)速器的原理調(diào)試與故障分析處理.中國電力出版社，2010.

[2] 王建輝等.自動控制原理.清華大學出版社，2007.