楊朝磊,李大領(lǐng),羅澤文,陳華軍
(長江電力股份有限公司向家壩電廠,四川省宜賓市 644000)
渝鄂背靠背柔性直流工程(以下簡稱渝鄂工程)2018年12月投產(chǎn)。工程投產(chǎn)后,西南電網(wǎng)將與華中電網(wǎng)實現(xiàn)異步聯(lián)聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行,由于交流電網(wǎng)規(guī)模減小,頻率調(diào)節(jié)特性發(fā)生變化,需要調(diào)整華中電網(wǎng)和西南電網(wǎng)頻率控制方案,并網(wǎng)電站的調(diào)速系統(tǒng)、AGC/AVC、監(jiān)控系統(tǒng)等均要進(jìn)行必要的優(yōu)化改造以適應(yīng)新的電網(wǎng)特性。
目前西南電網(wǎng)在水電機(jī)組大發(fā)期間,水電出力占西南電網(wǎng)全網(wǎng)出力90%。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組遭遇系統(tǒng)沖擊時,水輪發(fā)電機(jī)組由于其水輪機(jī)特性將會引起水錘效應(yīng),而水電機(jī)組的水錘效應(yīng)將使西南電網(wǎng)存在超低頻振蕩風(fēng)險。為消除渝鄂背靠背柔性直流工程投運(yùn)后,極大降低或消除低頻振蕩的風(fēng)險,國調(diào)組織對西南電網(wǎng)范圍內(nèi)水電廠水輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行優(yōu)化,根據(jù)前期二灘電廠試驗數(shù)據(jù),對向家壩電站機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行優(yōu)化改造,新增調(diào)速器“小網(wǎng)”模式,大幅度減小Kp和Ki等PID調(diào)節(jié)控制參數(shù)(見圖1),降低機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)和調(diào)速相位特性[1-2]。
圖1 參數(shù)調(diào)整前后頻率振蕩對比(a)調(diào)整前;(b)調(diào)整后Figure 1 Comparison of frequency oscillation before and after parameter adjustment(a)Before adjustment;(b)After adjustment
后續(xù),按照國家電力調(diào)度通信中心統(tǒng)一安排,西南電網(wǎng)調(diào)控中心組織實施了西南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)試驗。本文針對西南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)試驗中,向家壩電廠調(diào)速器運(yùn)行情況進(jìn)行簡要分析。
西南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)試驗期間,由于網(wǎng)內(nèi)頻率變化較大,向家壩電站機(jī)組一次調(diào)頻動作頻繁。在進(jìn)行二灘電廠降負(fù)荷及錦東電廠、彭水電廠機(jī)組無故障跳閘試驗時,向家壩左右岸每臺機(jī)組一次調(diào)頻動作24次左右;錦蘇直流升/降功率試驗期間,左右岸每臺機(jī)組一次調(diào)頻動作230次左右。經(jīng)統(tǒng)計,整個西南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)試驗期間,向家壩電站機(jī)組一次調(diào)頻平均每小時動作35次左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于交流聯(lián)網(wǎng)模式。交流聯(lián)網(wǎng)模式下,機(jī)組一次調(diào)頻平均每小時動作次數(shù)小于0.1。
異步聯(lián)網(wǎng)后,西南電網(wǎng)頻率總體穩(wěn)定,由于西南網(wǎng)內(nèi)水輪發(fā)電機(jī)組占比大,水輪機(jī)調(diào)速器調(diào)節(jié)特性等原因,還是存在一定的頻率波動,從而導(dǎo)致網(wǎng)內(nèi)機(jī)組一次調(diào)頻動作頻繁,電網(wǎng)頻率波動原因本文不做詳細(xì)分析,僅分析一次調(diào)頻動作對向家壩電廠機(jī)組調(diào)速器的影響。
在錦蘇直流降功率試驗期間,為進(jìn)一步驗證向家壩電站調(diào)速器特性,安排了4F機(jī)組開停機(jī)操作。4F停機(jī)過程中,監(jiān)控系統(tǒng)報“西南遠(yuǎn)方連續(xù)三次下發(fā)異常指令”,向家壩AGC自動切至廠站控制。后經(jīng)手動配合調(diào)整后,重新加入西南電網(wǎng)控制模式。
通過監(jiān)控事件分析,在西南電網(wǎng)AGC下達(dá)負(fù)荷調(diào)節(jié)計劃時,由于機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)速度較慢,未在規(guī)定時間內(nèi)將西南電網(wǎng)AGC下發(fā)指令負(fù)荷調(diào)整到位,導(dǎo)致電廠AGC退出西南電網(wǎng)控制。向家壩電廠AGC調(diào)節(jié)策略中,需負(fù)荷變化累計值大于50MW,AGC才會下達(dá)指令進(jìn)行機(jī)組負(fù)荷調(diào)整。由此可見,西南電網(wǎng)AGC調(diào)節(jié)策略與向家壩電廠AGC調(diào)節(jié)策略不一致導(dǎo)致電廠AGC退出西南電網(wǎng)控制。
由圖2所示的趨勢分析圖可見,當(dāng)一次調(diào)頻動作時,機(jī)組LCU(下位機(jī))不下發(fā)新的負(fù)荷命令給調(diào)速器,但會接收監(jiān)控系統(tǒng)(上位機(jī))設(shè)定值(AGC下發(fā)或操作員設(shè)定),機(jī)組LCU(下位機(jī))將功率調(diào)節(jié)信號接收并保持。當(dāng)一次調(diào)頻動作信號復(fù)歸后,延時30s后,機(jī)組LCU將負(fù)荷調(diào)節(jié)指令下發(fā)給調(diào)速器,調(diào)速器才會開始執(zhí)行負(fù)荷調(diào)節(jié)指令,最終完成整個負(fù)荷調(diào)節(jié)過程。
圖2 一次調(diào)頻動作時有功調(diào)節(jié)趨勢圖Figure 2 Trend chart of active power regulation in primary frequency modulation
按照西南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)試驗方案,向家壩機(jī)組調(diào)速器完成參數(shù)優(yōu)化后,需運(yùn)行在小網(wǎng)開度模式。
向家壩電站調(diào)速器進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化后,為盡量減少機(jī)組振動區(qū)運(yùn)行時間,優(yōu)化機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)后負(fù)荷調(diào)節(jié)過程,我們將“開度調(diào)節(jié)模式”下負(fù)荷調(diào)整時間與“功率調(diào)節(jié)模式”下負(fù)荷調(diào)整(+50MW)時間進(jìn)行了收集對比,多次平均值對比數(shù)據(jù)如表1所示:
表1 “開度模式”與“功率模式”負(fù)荷調(diào)整(+50MW)時間對比表Table 1 Comparisons of“open mode” and“power mode” load adjustment (+50MW)schedules
經(jīng)過對比,機(jī)組調(diào)速器“開度調(diào)節(jié)模式”相較于“功率調(diào)節(jié)模式”負(fù)荷調(diào)整耗時明顯變長。
在開度調(diào)節(jié)模式下,AGC或操作員下發(fā)負(fù)荷指令后,由監(jiān)控系統(tǒng)通過脈沖方式調(diào)節(jié)機(jī)組的導(dǎo)葉開度來增減負(fù)荷。在功率調(diào)節(jié)模式下,功率調(diào)節(jié)是由AGC或操作員下發(fā)負(fù)荷指令后,調(diào)速器自身進(jìn)行功率的調(diào)節(jié)。功率調(diào)節(jié)相對于開度調(diào)節(jié)而言,最主要的不同是在閉環(huán)調(diào)節(jié)中將被控水輪發(fā)電機(jī)組的功率作為反饋值,并構(gòu)成調(diào)速器的靜態(tài)特性,其采樣精度和調(diào)節(jié)速率均優(yōu)于開度調(diào)節(jié)模式。但在開度模式下,上位機(jī)發(fā)出調(diào)節(jié)命令于調(diào)速器,調(diào)速器根據(jù)PID參數(shù)內(nèi)設(shè)置,導(dǎo)葉實際開度自動跟蹤PID內(nèi)當(dāng)前水頭、當(dāng)前負(fù)荷下的導(dǎo)葉開度限制,自動調(diào)節(jié);開度模式在死區(qū)內(nèi)導(dǎo)葉開度不會變化,可以有效避免頻繁調(diào)節(jié)帶來的頻率振蕩問題,滿足西南電網(wǎng)的運(yùn)行要求。
然而,機(jī)組調(diào)速器運(yùn)行在開度調(diào)節(jié)模式時,負(fù)荷調(diào)節(jié)速率較慢,若與一次調(diào)頻動作時間疊加,將大大增加機(jī)組負(fù)荷調(diào)整的時間和配合難度,因此需考慮采取一定的應(yīng)對措施來減少負(fù)荷調(diào)整時間。經(jīng)過對機(jī)組調(diào)速器功率調(diào)節(jié)模式分析,在調(diào)速器有功開環(huán)模式下,機(jī)組調(diào)速器可直接執(zhí)行LCU下發(fā)的相關(guān)負(fù)荷調(diào)節(jié)指令,實現(xiàn)機(jī)組功率的實時調(diào)整。因此我們建議在機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)后,可采取以下兩種方式進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整:①在監(jiān)控系統(tǒng)中,退出調(diào)速器有功閉環(huán)模式,在調(diào)速器有功開環(huán)模式下,通過LCU發(fā)令調(diào)整導(dǎo)葉開度來實現(xiàn)負(fù)荷調(diào)整;②將機(jī)組調(diào)速器控制模式切至現(xiàn)地,由運(yùn)行人員現(xiàn)場電手動(或機(jī)手動)調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度來實現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷調(diào)整。
方式①目前還未進(jìn)行過實際操作驗證,后續(xù)需在實際機(jī)組開停機(jī)時進(jìn)行驗證。方式②在機(jī)組開停機(jī)實際操作中做過驗證,可以實現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷的有效調(diào)整,但是存在負(fù)荷調(diào)整不均勻,機(jī)組負(fù)荷波動較大等問題,對操作人員技能水平要求較高。理論上,采用以上兩種方式調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷,可以使機(jī)組在一次調(diào)頻頻繁動作的情況下,按時滿足電網(wǎng)下達(dá)的實時發(fā)電計劃,確保系統(tǒng)內(nèi)潮流穩(wěn)定,同時也可以優(yōu)化機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)后的負(fù)荷調(diào)節(jié)時間,盡量減少水輪發(fā)電機(jī)組在振動區(qū)運(yùn)行時間。
西南電網(wǎng)異步聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行試驗過程中,電網(wǎng)內(nèi)未出現(xiàn)低頻振蕩,向家壩電廠機(jī)組一次調(diào)頻動作頻繁,維持了電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。試驗期間電廠開停機(jī)操作也驗證了調(diào)速器參數(shù)修改后的一次調(diào)頻與AGC調(diào)節(jié)的邏輯正確性。但是對于電廠而言,仍然存在一些問題亟待解決:
(1)西南電網(wǎng)AGC策略與電廠AGC策略不一致,負(fù)荷過程中會導(dǎo)致電廠AGC退出西南網(wǎng)控,負(fù)荷不能實時跟隨負(fù)荷調(diào)節(jié)。后續(xù)需根據(jù)西南網(wǎng)AGC調(diào)整策略優(yōu)化向家壩AGC調(diào)整策略,以滿足西南電網(wǎng)負(fù)荷調(diào)整要求。
(2)《水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)導(dǎo)則》[3]中規(guī)定:“一次調(diào)頻的優(yōu)先級高于 AGC 或功率閉環(huán)調(diào)節(jié),應(yīng)保證機(jī)組一次調(diào)頻功能始終能夠正常發(fā)揮,當(dāng)機(jī)組AGC 投入運(yùn)行或監(jiān)控系統(tǒng)功率閉環(huán)調(diào)節(jié)方式下,機(jī)組一次調(diào)頻功能應(yīng)不受監(jiān)控系統(tǒng)影響,一次調(diào)頻應(yīng)與AGC 或功率閉環(huán)調(diào)節(jié)相互協(xié)調(diào)”。此規(guī)定要求一次調(diào)頻的優(yōu)先級高于 AGC并相互協(xié)調(diào)。目前,電廠調(diào)速器參數(shù)已滿足此要求。當(dāng)電網(wǎng)故障情況下,必定伴隨一次調(diào)頻的頻繁動作,一次調(diào)頻動作閉鎖調(diào)速器負(fù)荷調(diào)節(jié)指令,此時若電網(wǎng)要求電廠迅速調(diào)整機(jī)組功率,必定無法滿足要求。此種情況下,電廠采取必要措施,盡力滿足電網(wǎng)負(fù)荷要求,此時可能會導(dǎo)致負(fù)荷調(diào)整需求與一次調(diào)頻功能矛盾的情況,這個問題也需進(jìn)一步討論。
(3)西南電網(wǎng)異步運(yùn)行時,電廠一次調(diào)頻動作頻繁,且目前一次調(diào)頻動作時閉鎖有功調(diào)節(jié),加之機(jī)組調(diào)速器在開度模式下,調(diào)速器反饋調(diào)節(jié)速率較慢,機(jī)組開機(jī)并網(wǎng)后,調(diào)整負(fù)荷過程中,必定會延長機(jī)組在振動區(qū)運(yùn)行時間。機(jī)組振動區(qū)運(yùn)行時間長將對水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備產(chǎn)生不利影響。因此,需進(jìn)一步研究機(jī)組負(fù)荷調(diào)整的優(yōu)化策略,既要滿足電網(wǎng)要求,也要減少水輪發(fā)電機(jī)組振動區(qū)運(yùn)行時間。