巨型水电机组功率模式下的一次调频电量补偿精细化控制方法及装置专利报告

  完成单位：中国长江电力股份有限公司

  主要完成人：汪林、丁伦军、夏建华、张辉、李妮婷、周云飞、田源泉

一、研发背景

对于大型水电站而言，随着电力系统对电网安全稳定性和电网质量的要求越来越高，为保证电网及发电机组安全运行，使并网运行机组能随时适应电网负荷和频率的变化，必须充分发挥大型电站一次调频功能。网频是电网负荷与发电机有功功率的平衡关系，是电网运行的重要参数，关系到整个电网的安全性、稳定性、经济性等众多因素。发电机组一次调频功能，其重要目的是当电网频率发生变化时，各发电机组快速响应，及时调整有功功率，使电网频率重新回到调频死区内，确保电网频率的安全性、稳定性。

一次调频贡献率是目前电网对发电机组一次调频性能最重要的考核参数，其表征的是当电网频率发生偏离时，机组实际贡献的一次调频负荷与理论计算的贡献负荷比值，一次调频贡献率越大，说明发电机组在电网频率发生改变时，对电网频率调节作用越大，对电网稳定性越有利。

通过对巨型水电机组进行一次调频试验及投产运行后一次调频运行情况分析，发现部分机组一次调频积分电量不满足电网的要求，多次由于一次调频动作达不到电网要求而出现一次调频被考核不合格的情况，出现了以下问题：

(1)一次调频启动后，巨型水轮机组功率调节未启动；

(2)功率调节不到位，积分电量不够；

(3)调节速动性差；

(4)动作准确度失灵。

所以通过目前一次调频功率输出不能满足调度越来越高的要求，同时由于测频回路的影响，巨型水电机组调速系统也很难确保一次调频动作的正确性及速度性，从而导致很多机组一次调频贡献率偏低，无法满足电网允许需求。

本发明解决了解决巨型水电机组功率模式下一次调频动作功率调节不到位、积分电量不够、速动性等问题，解决机组一次调频贡献率偏低的难题，能够精确控制巨型水轮发电机组的一次调频贡献率，提高一次调频合格率，提高电能质量，为电网频率控制做出贡献，保障电网的安全稳定运行。

二、发明团队介绍

本发明团队人员均来自中国长江电力股份有限公司溪洛渡电厂，团队长期从事水电站电气二次设备的维护和管理工作，对水电站调速系统电气部分控制流程进行了大量的深入研究工作，有效保障了电力系统安全稳定运行。

第一发明人汪林参与《溪洛渡电站调速器一次调频研究及试验》获得2016年(第八届)全国电力职工技术成果奖三等奖，共获得行业和集团奖项5项，发表《巨型水轮发电机组技术供水取水方式经济性分析和探讨》等论文4篇，授权《一种巨型水轮机调速器主接跟随故障判断方法》《巨型水电机组的一次调频电量补偿精细化控制方法及装置》《一种适用于地下电站机组快速门充水平压的方法及装置》等发明专利5项和《一种可移动式水电机组顶盖排水装置》等实用新型专利14项，授权了《可移动式水电机组顶盖排水装置控制系统》等软件著作权4项，《基于复杂多变网构的巨型水轮发电机组调速器网源协调技术研究及应用》获得2021年四川水力发电科学技术奖三等奖。

三、成果(专利)简介

“巨型水电机组功率模式下的一次调频电量补偿精细化控制方法及装置”（专利号：201710547276 .5），所取得的重要创新成果：

1）判断频差信号是否在一次调频频率死区外，若超出一次调频频率死区，并延时0.1秒输出一次调频动作信号，利用频差信号，巨型水轮机组调速器处于功率模式情况下，若实时获取实际电网频率越过一次调频率死区但又在与一次调频频率死区与功率死区等效频率叠加后的范围内，根据频差信号叠加频率补偿系数与调频负荷的对应函数，得到相应的理论调频功率。

2）根据频差信号与调频负荷的对应函数，得到相应的理论调节功率；将新的有功给定值与巨型水轮发电机组实际有功构成PID闭环回路，输出相应的调频负荷指令。

3）本发明方法在计算得到的理论一次调频功率△P后，与一次调频动作时监控LCU下发的有功设定值Pset叠加得到一次调频闭环回路的功率目标值将功率目标值与巨型水轮发电机组实际功率构成PID闭环回路，计算输出功率调频指令。

本发明的方法能够精确控制巨型水轮发电机组的一次调频贡献率，提高一次调频合格率，提高电能质量，为电网频率控制做出贡献，保障电网的安全稳定运行。

四、成果（专利）转化情况介绍

该专利成果转化，2017年在溪洛渡电站18台机组已得到全面应用且运行可靠，应用时间已近6年。该专利技术成果先进，行业领先，能够精确控制巨型水轮发电机组的一次调频贡献率，提高一次调频合格率，提高电能质量，为溪洛渡电站及电网的安全稳定运行发挥了重要作用。在长江流域六座梯级电站以及行业内推广应用前景广阔，可有效保障电网的安全稳定运行。

五、经济效益与社会效益介绍

以水电站装机18台700MW机组，按照南网两个细则的考核规定每月2.5小时上限考核全电站装机容量，每度电0.3元计算，则整个电站每年经济损失为：元，即11340万元/年，则本专利可为公司每年挽回经济损失11340万元。

本发明的实施，有效提高了水电机组调速控制系统一次调频部分的技术进步，对一次调频逻辑完善及策略的应用，该技术可有效解决巨型水电机组功率模式下一次调频动作功率调节不到位、积分电量不够、速动性等问题，解决机组一次调频贡献率偏低的难题，提供了一种巨型水电机组的一次调频补偿精细化控制方法及装置，能够精确控制巨型水轮发电机组的一次调频贡献率，提高一次调频合格率，提高电能质量，为电网频率控制做出贡献，同时也有效提高了电网供电的可靠性，促进了大型水电机组控制能力核心技术的掌握。