快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略_沈叢奇

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快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略 沈叢奇 歸一數(shù) 程際云 王念龍 上海明華電力技術(shù)工程有限公司 上海市 摘要 針對傳統(tǒng)一次調(diào)頻策略普遍存在調(diào)頻能力不足且容易引起調(diào)頻裝置劇烈振蕩的問題 提出 了基于頻率偏差判斷閉鎖反向調(diào)節(jié)作用的 快動(dòng)緩回 及 快動(dòng)慢回 一次調(diào)頻改進(jìn)策略 該策略通 過閉鎖或限制與電網(wǎng)頻率偏差反向的調(diào)頻作用為電網(wǎng)貢獻(xiàn)更多的調(diào)頻電量 使一次調(diào)頻更好地與 二次調(diào)頻 自動(dòng)發(fā)電控制 相結(jié)合 從而更快地消除電網(wǎng)的頻率偏差 提高電網(wǎng)頻率的控制 品質(zhì) 通過合理設(shè)置調(diào)頻增益等控制參數(shù) 對該方法在應(yīng)用中易出現(xiàn)的功率過調(diào)或功率跳變問題 給出了初步的解決辦法 最后 將傳統(tǒng)的一次調(diào)頻策略與快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略分別應(yīng)用于 臺(tái) 燃煤機(jī)組 并進(jìn)行了試驗(yàn) 試驗(yàn)結(jié)果表明 所提的快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略既可為電網(wǎng)貢獻(xiàn)更多的調(diào) 頻電量 又能減少發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻磨損 可達(dá)到 網(wǎng)源雙盈 的效果 關(guān)鍵詞 一次調(diào)頻 頻率控制 輔助服務(wù) 二次調(diào)頻 快動(dòng)緩回 快動(dòng)慢回 收稿日期 修回日期 引言 電網(wǎng)頻率是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一 是衡量 發(fā)電功率與用電負(fù)荷平衡的標(biāo)志 一次調(diào)頻是 指電網(wǎng)頻率偏離額定值時(shí) 電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)組自動(dòng)控 制其有功功率的增減 限制電網(wǎng)頻率變化 使電網(wǎng)頻 率維持穩(wěn)定的自動(dòng)控制過程 國內(nèi)外專家及學(xué)者對一次調(diào)頻模型 一次調(diào) 頻投運(yùn)方式 一次調(diào)頻調(diào)節(jié)品質(zhì)的提高方法 等展開了大量的研究 自 年控制性能評價(jià)標(biāo) 準(zhǔn) 成為中 國電網(wǎng)控制標(biāo)準(zhǔn)以來 一次調(diào)頻技術(shù)有了較快的發(fā) 展 并形成了相關(guān)的評價(jià)和考核標(biāo)準(zhǔn) 在電力監(jiān)管 委員會(huì)制訂的考核細(xì)則中 將實(shí)際調(diào)頻電量與要求 調(diào)頻電量之比作為一次調(diào)頻性能的評價(jià)依據(jù) 目前 傳統(tǒng)一次調(diào)頻方法的調(diào)頻能力普遍不足 通過對傳統(tǒng)一次調(diào)頻控制系統(tǒng)及其實(shí)際動(dòng)作情 況的分析可知 傳統(tǒng)的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)是一種有 差頻率比例調(diào)節(jié)系統(tǒng) 會(huì)殘留頻率靜態(tài)偏差 傳 統(tǒng)的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)只能限制電網(wǎng)頻率變化 最 終通過二次調(diào)頻 自動(dòng)發(fā)電控制 緩慢地消 除頻率偏差 更多的調(diào)頻電量有助于電網(wǎng)頻率恢 復(fù) 但一次調(diào)頻的比例調(diào)節(jié)作用制約了調(diào)頻功率的 持續(xù)變化 此外 隨著電網(wǎng)頻率的快速變化 調(diào)頻過 程中發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻裝置將出現(xiàn)劇烈振蕩 功率也 將出現(xiàn)大幅度的快速波動(dòng) 不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定 而 調(diào)頻裝置的劇烈振蕩將造成設(shè)備磨損增加 嚴(yán)重時(shí) 甚至?xí)p壞設(shè)備 影響機(jī)組的安全運(yùn)行 針對該問題 本文提出了基于頻率偏差判斷閉 鎖反向調(diào)節(jié)作用的 快動(dòng)緩回 及 快動(dòng)慢回 一次調(diào) 頻改進(jìn)策略 通過閉鎖或限制與電網(wǎng)頻率偏差反向 的調(diào)頻作用貢獻(xiàn)更多的調(diào)頻電量 更好地與二次調(diào) 頻相結(jié)合 從而更快地消除電網(wǎng)的頻率偏差 提高電 網(wǎng)頻率的控制品質(zhì) 快動(dòng)緩回和快動(dòng)慢回一次調(diào)頻控制策略 原理 圖 為常規(guī)的發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻原理圖 圖 中 為比例 積分 微分環(huán)節(jié) 為 指令 值 為發(fā)電機(jī)功率 為一次調(diào)頻要求值函 數(shù) 其輸入量為頻率偏差量 輸出量為一次調(diào)頻 的負(fù)荷增 減量要求值 的取值如圖 所 示 基于該函數(shù)的調(diào)頻可視為一種帶死區(qū)的比例控 制方法 即當(dāng) 超過死區(qū)時(shí) 在調(diào)頻限值內(nèi)按比例 改變機(jī)組的有功功率 目前 國內(nèi)電網(wǎng)一般要求一 次調(diào)頻死區(qū)不超過 圖 常規(guī)一次調(diào)頻原理 第 卷 第 期 年 月 日 圖 一次調(diào)頻要求值函數(shù) 由圖 可見 當(dāng) 超出死區(qū)范圍 時(shí) 發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作 此時(shí)其功率指令 為 與 之和 發(fā)電機(jī)組通過調(diào)頻前饋等方法 快速改變其調(diào)頻裝置 但實(shí)際功率變化量與 間 仍存在偏差 如實(shí)際功率變化量小于 將由 環(huán)節(jié)繼續(xù)改變調(diào)頻裝置 使功率變化量達(dá)到要 求值 如功率變化量超出 則 將進(jìn)行反向 調(diào)節(jié) 使功率變化滿足要求值 由于發(fā)電機(jī)組應(yīng)以最快的速度參與電網(wǎng)的一次 調(diào)頻 因此 圖 中的調(diào)頻前饋是必要的 調(diào)頻前饋 的強(qiáng)度應(yīng)正確設(shè)置 不能單依靠 環(huán)節(jié)使功率變 化量達(dá)到要求值 快動(dòng) 是一次調(diào)頻的首要法則 在整個(gè)調(diào)頻過程 調(diào)頻裝置按要求變化至最大值后 快動(dòng)緩回策略要求調(diào)頻作用繼續(xù)保持 直至電網(wǎng)頻 率得到恢復(fù) 在頻率恢復(fù)過程中 快動(dòng)慢回策略要求 調(diào)頻作用以較慢速率隨頻率偏差恢復(fù) 快動(dòng)緩回和 快動(dòng)慢回策略通過頻率恢復(fù)過程中的保持和減速提 供更多的調(diào)頻電量 同時(shí)避免了調(diào)頻裝置隨頻率而 出現(xiàn)往復(fù)變化 相比于快動(dòng)慢回策略 快動(dòng)緩回策略能貢獻(xiàn)更 多調(diào)頻電量 因而對燃煤發(fā)電機(jī)組更為有效 這是 因?yàn)榧词谷济喊l(fā)電機(jī)組的調(diào)頻裝置 即調(diào)門 變化后 保持不變 其功率也會(huì)自然返回 如圖 所示 在調(diào) 頻作用隨頻率偏差減小的過程中 調(diào)頻功率的變化 量低于要求值 快動(dòng)慢回及快動(dòng)緩回調(diào)頻策略可單 獨(dú)或聯(lián)合使用 在兩者聯(lián)合使用時(shí) 一次調(diào)頻動(dòng)作 將在調(diào)頻裝置按要求達(dá)到最大值后保持不變 而在 頻率偏差恢復(fù)至較小值后 調(diào)頻作用將以較慢速度 隨頻率偏差恢復(fù) 當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)較大擾動(dòng)時(shí) 將超出一次調(diào)頻動(dòng) 作死區(qū) 發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作 限制電網(wǎng)頻率變 化 常規(guī)一次調(diào)頻的有差調(diào)頻性能使電網(wǎng)頻率偏差 達(dá)到較小的值 而快動(dòng)緩回和快動(dòng)慢回策略較常規(guī) 一次調(diào)頻方法提供了更為持續(xù)的調(diào)頻功率變化 相 當(dāng)于二次調(diào)頻功率變化的前置替代 因而能夠更快 地消除電網(wǎng)的頻率偏差 在電網(wǎng)調(diào)度將調(diào)頻功率變 化轉(zhuǎn)移至 指令后 一次調(diào)頻平穩(wěn)退出 電網(wǎng)的 發(fā)電功率保持不變 達(dá)到一次調(diào)頻與二次調(diào)頻的無 縫結(jié)合 從而有效提高了電網(wǎng)的頻率控制品質(zhì) 圖 常規(guī)一次調(diào)頻動(dòng)作情況 但過大的調(diào)頻作用會(huì)引起頻率過調(diào) 導(dǎo)致電網(wǎng) 失穩(wěn) 因此 機(jī)組調(diào)頻的增益應(yīng)適當(dāng) 快動(dòng)緩回策略 的調(diào)頻恢復(fù)值和快動(dòng)慢回策略的調(diào)頻恢復(fù)速率應(yīng)根 據(jù)電網(wǎng)特性確定 通過對以上參數(shù)的合理設(shè)置并與 有機(jī)結(jié)合 能快速消除電網(wǎng)的頻率偏差 并可 有效避免頻率過調(diào) 快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略的實(shí)施方法 在圖 所示的常規(guī)調(diào)頻回路中增加 快動(dòng)緩回 功能 可構(gòu)成一個(gè)帶方向閉鎖的一次調(diào)頻控制系統(tǒng) 如圖 所示 當(dāng) 超出一次調(diào)頻動(dòng)作死區(qū)時(shí) 可 通過調(diào)頻前饋及 環(huán)節(jié)快速改變發(fā)電機(jī)組的功 率 從而盡快達(dá)到頻率偏差所對應(yīng)的功率變化要求 值 圖 快動(dòng)緩回一次調(diào)頻原理 快動(dòng)緩回 通過方向閉鎖 禁止或限制與頻率 恢復(fù)反向的調(diào)節(jié)作用 即使機(jī)組的調(diào)頻功率變化量 超出要求值 或機(jī)組處于電網(wǎng)頻率恢復(fù)過程中 也不 會(huì)產(chǎn)生與頻率偏差減小反向的調(diào)節(jié)作用 并且保持 到電網(wǎng)頻率偏差小于恢復(fù)值才結(jié)束 從而貢獻(xiàn)了更 多的調(diào)頻電量 并有效避免了調(diào)頻裝置的往復(fù)變化 沈叢奇 等 快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略 達(dá)到快動(dòng)緩回調(diào)頻效果 圖 列舉了一種具體的實(shí)施方法 其中 頻率 偏差判斷環(huán)節(jié)用于判斷電網(wǎng)頻率的高低 設(shè)一次調(diào) 頻動(dòng)作死區(qū)為 恢復(fù)值為 則當(dāng)電 網(wǎng)頻率低于 時(shí) 頻率偏差判斷產(chǎn)生低頻 閉減信號(hào) 此時(shí) 控制器輸出閉鎖減小 而當(dāng)電 網(wǎng)頻率恢復(fù)至高于 時(shí) 閉鎖減 作用解 除 當(dāng)電網(wǎng)頻率高于 時(shí) 頻率偏差判斷環(huán) 節(jié)產(chǎn)生高頻閉增信號(hào) 此時(shí) 控制器輸出閉鎖增 大 當(dāng)電網(wǎng)頻率恢復(fù)至低于 時(shí) 閉鎖增 作用解除 圖 為改進(jìn)后的一次調(diào)頻實(shí)際動(dòng)作過程 當(dāng)電 網(wǎng)頻率下降至 時(shí) 一次調(diào)頻動(dòng)作 機(jī)組功 率 快 速 增 加 按 計(jì)算出的理論功率為 而實(shí)際功率增加到了 功率變化 量超過了要求值 但并未出現(xiàn)減小功率的調(diào)節(jié)作用 功率繼續(xù)保持 而當(dāng)電網(wǎng)頻率回升時(shí) 也沒有減小功 率 此外 在電網(wǎng)頻率恢復(fù)過程中 盡管電網(wǎng)頻率存 在振蕩 調(diào)頻作用依然沒有變化 當(dāng)電網(wǎng)頻率回升 至 時(shí) 一次調(diào)頻動(dòng)作退出 機(jī)組功率回到 原值 圖 智能一次調(diào)頻動(dòng)作情況 由圖 可見 快動(dòng)緩回一次調(diào)頻功能充分發(fā)揮 了發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻性能 為電網(wǎng)貢獻(xiàn)了更多的調(diào)頻 電量 提高了電網(wǎng)的安全性和頻率質(zhì)量 同時(shí) 也有 效消除了發(fā)電機(jī)組在調(diào)頻過程中因電網(wǎng)頻率振蕩造 成的調(diào)頻裝置劇烈變化 減少了設(shè)備磨損 延長了設(shè) 備壽命 有效地解決了常規(guī)一次調(diào)頻動(dòng)作的缺陷 快動(dòng)慢回一次調(diào)頻策略的實(shí)施方法 在圖 所示的常規(guī)調(diào)頻回路中增加 快動(dòng)慢回 環(huán)節(jié) 可得如圖 所示的快動(dòng)慢回一次調(diào)頻原理圖 圖中 快動(dòng)慢回環(huán)節(jié)的輸 入量為 輸出量為 為速率限制或慣性控制環(huán)節(jié) 其輸出 滯后于 輸入 變化 為頻率判斷模塊 用于判斷頻率 值的高低 和 均為切換開關(guān) 當(dāng)?shù)皖l一次 調(diào)頻動(dòng)作時(shí) 通過 選擇 高選 的輸出 在 頻率下降過程中 增加 調(diào)頻作用 快速增加到功率變化要求值 在頻率回升過程中 調(diào)頻作用以較慢的速率恢復(fù) 當(dāng)高 頻一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí) 通過 選擇 低選 的 輸出 減小 調(diào)頻作用快速減小至 功率變化要求值 在頻率回降過程中 調(diào)頻作用以較慢的速率恢復(fù) 由此可見 快動(dòng) 慢回策略不僅保證了一次調(diào)頻的 快動(dòng) 性能 且在 頻率的恢復(fù)過程中 通過速率限制或慣性控制使調(diào) 頻作用較慢地隨頻率偏差恢復(fù) 從而提供了更多調(diào) 頻電量 減緩了調(diào)頻裝置的振蕩 圖 快動(dòng)慢回一次調(diào)頻原理圖 對比試驗(yàn)與分析 為檢驗(yàn)快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略的有效性 選擇 臺(tái) 超臨界機(jī)組進(jìn)行對比試驗(yàn) 其中 號(hào)機(jī)組采用傳統(tǒng)的一次調(diào)頻策略進(jìn)行調(diào)頻 號(hào)機(jī) 組采用快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略 對 臺(tái)燃煤機(jī)組進(jìn) 行 次較為顯著的一次調(diào)頻 相應(yīng)的動(dòng)作情況如附 錄 圖 所示 在一次調(diào)頻動(dòng)作過程中 號(hào)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系 統(tǒng)的調(diào)門控制指令 有關(guān)小的調(diào)節(jié)作用 這是 由于 號(hào)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的瞬間實(shí)際功率高于功 率指令造成的 抑制了 號(hào)機(jī)組的調(diào)頻性能 而 號(hào) 機(jī)組的快動(dòng)緩回低頻閉關(guān)功能保證其調(diào)門控制指令 只增不減 使調(diào)門維持為調(diào)頻時(shí)的最大開度 直至頻率偏差低于 時(shí)才恢復(fù) 其調(diào)門指令 為一個(gè)調(diào)頻方波 如附錄 圖 所示 臺(tái)機(jī)組 對應(yīng)的一次調(diào)頻參數(shù)如表 所示 結(jié)合附錄 圖 和表 可知 在第 次及第 工程應(yīng)用 次一次調(diào)頻動(dòng)作中 號(hào)機(jī)組 側(cè)的調(diào)頻前饋 使調(diào)門隨調(diào)頻理論值變化 由于頻率頻繁波動(dòng) 使得 調(diào)門動(dòng)作次數(shù)多達(dá) 次 功率也隨之振蕩 而對于 號(hào)機(jī)組 由于快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略將其 側(cè) 的調(diào)頻前饋?zhàn)饔靡浦?的 控制器內(nèi) 因此 調(diào)門仍具有快速調(diào)頻性能 同時(shí) 由于快動(dòng)緩回策略 的低頻閉關(guān)功能有效避免了調(diào)門的往復(fù)變化 調(diào)門 僅動(dòng)作了 次 功率也未出現(xiàn)波動(dòng) 表 臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻性能比較 調(diào)頻動(dòng) 作序號(hào) 機(jī)組 理論調(diào)頻 幅度 實(shí)際調(diào)頻 幅度 理論調(diào)頻電 量 實(shí)際調(diào)頻電 量 調(diào)頻貢獻(xiàn) 度 調(diào)頻持續(xù) 時(shí)間 調(diào)頻動(dòng) 作次數(shù) 調(diào)門動(dòng)作 幅度 號(hào) 號(hào) 號(hào) 號(hào) 號(hào) 號(hào) 號(hào) 號(hào) 由表 可知 盡管 號(hào)機(jī)組的調(diào)門動(dòng)作幅度和 實(shí)際調(diào)頻幅度均高于 號(hào)機(jī)組 但 號(hào)機(jī)組的實(shí)際 調(diào)頻電量和調(diào)頻貢獻(xiàn)度均高于 號(hào)機(jī)組 且 號(hào)機(jī) 組的第 次及第 次調(diào)頻的調(diào)頻貢獻(xiàn)度不到 不合格 由此可見 號(hào)機(jī)組依靠調(diào)門的大幅變 化來達(dá)到電網(wǎng)的調(diào)頻要求 而 號(hào)機(jī)組則通過快動(dòng) 緩回的控制策略 在保證電網(wǎng)調(diào)頻要求的基礎(chǔ)上提 供了更多的調(diào)頻電量 此外 號(hào)機(jī)組的調(diào)頻動(dòng)作 次數(shù)和調(diào)門動(dòng)作幅度均遠(yuǎn)高于 號(hào)機(jī)組 因而 號(hào) 機(jī)組的設(shè)備磨損程度較大 且穩(wěn)定性較差 而 號(hào)機(jī) 組則以更低的代價(jià)為電網(wǎng)貢獻(xiàn)了更多的調(diào)頻電量 結(jié)語 針對傳統(tǒng)一次調(diào)頻策略普遍存在調(diào)頻貢獻(xiàn)不足 且容易引起調(diào)頻裝置劇烈振蕩的問題 提出了基于 頻率偏差判斷閉鎖反向調(diào)節(jié)作用的快動(dòng)緩回及快動(dòng) 慢回一次調(diào)頻改進(jìn)策略 該策略可通過閉鎖或限制 與電網(wǎng)頻率偏差反向的調(diào)頻作用為電網(wǎng)貢獻(xiàn)更多的 調(diào)頻電量 且可更快地消除電網(wǎng)的頻率偏差 提高電 網(wǎng)頻率的控制品質(zhì) 對比試驗(yàn)結(jié)果表明 所提的快 動(dòng)緩回及快動(dòng)慢回一次調(diào)頻策略不僅能貢獻(xiàn)更多的 調(diào)頻電量 也可有效地消除一次調(diào)頻所引起的調(diào)頻 裝置振蕩 從而有效減少發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻磨損 延長 設(shè)備的使用壽命 此外 也可更快地消除電網(wǎng)的頻率 偏差 提高電網(wǎng)頻率控制品質(zhì) 因此 該策略既有利 于電網(wǎng)又有利于發(fā)電機(jī)組 可較好地達(dá)到 網(wǎng)源雙 盈 的調(diào)頻效果 附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版 參 考 文 獻(xiàn) 沈叢奇 單英雷 超臨界機(jī)組一次調(diào)頻研究和實(shí)施技術(shù) 華東 電力 楊建華 華中電網(wǎng)一次調(diào)頻考核系統(tǒng)的研究與開發(fā) 電力系 統(tǒng)自動(dòng)化 馬鴻杰 蘇凡 沈叢奇 等 發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻性能在線測試的開 發(fā)和實(shí)施 華東電力 劉曉強(qiáng) 王西田 考慮主蒸汽壓力變化的機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)特性 熱能動(dòng)力工程 都亮 劉俊勇 肖蘭 等 基于電力網(wǎng)絡(luò)一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)模型建立及 仿真 電力自動(dòng)化設(shè)備 余達(dá)仁 毛志位 徐基豫 汽輪發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)特性 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào) 沈叢奇 等 快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略 韓英昆 孟祥榮 牟琳 火電機(jī)組 一次調(diào)頻控制 方式應(yīng)用與探討 華東電力 周甬 和 協(xié)同一次調(diào)頻的運(yùn)用 華東電力 陳小強(qiáng) 項(xiàng)謹(jǐn) 魏路平 等 機(jī)組一次調(diào)頻性能優(yōu)化 中國電力 楊振勇 李衛(wèi)華 駱意 火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻問題研究 華 北電力技術(shù) 高宗和 滕賢亮 涂力群 互聯(lián)電網(wǎng) 分層控制與 控制 策略 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 賈燕冰 高翔 高伏英 等 關(guān)于華東電網(wǎng)實(shí)行 的探討 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 黃衛(wèi)劍 張曦 陳世和 等 提高火電機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)速度 中國電力 高翔 高伏英 楊增輝 華東電網(wǎng)因直流故障的頻率事故分析 電力系統(tǒng)自動(dòng)化 沈叢奇 男 通信作者 高級(jí)工程師 主要研究 方向 電廠自動(dòng)控制 歸一數(shù) 男 高級(jí)工程師 主要研究方向 電廠 自動(dòng)控制 程際云 男 高級(jí)工程師 主要研究方向 電廠 自動(dòng)控制 編輯 錢夢驕 顧曉榮 工程應(yīng)用