水电站一次调频的实现与试验.pdf

水电站一次调频的实现与试验

频率是电力系统最重要的运行参数之一，频率变化对系统的安全稳定运

行具有重要的影响。一次调频指各机组并网运行时,受外界负荷变动影响,电网频

率发生变化,这时,各机组的调节系统参与调节作用，改变各机组所带的负荷,使之

与外界负荷相平衡.同时,还尽力减少电网频率的变化,这一过程即为一次调频。一

次调频是发电机组调速系统的频率特性所固有的能力,随频率变化而自动进行频

率调整。其特点是频率调整速度快,但调整量随发电机组不同而不同,调整量有限

且难以控制。

现代电网一次调频功能，需考虑发电机及电网间的相互配合与制约关系，

应以整台机组作为控制对象。从功能上既要有传统电网一次调频的快速性，又要

有现代控制的整体协调性。另外，一次调频是发电机组调速系统的频率特性所固

有的能力，基于水轮机调速器的静特性，调速器的静特性的是在调速器稳定平衡

的条件下，机频相对值与接力器行程相对值之间的关系曲线。对于水轮机调速器

而言，其静特性曲线基本为一条直线，接力器行程相对值与功率调节信号相对值

基本相等，因而其静特性也可理解为机频相对值与功率调节相对值之间的关系曲

线（图1-3的曲线1a）。该曲线斜率的负数即为永态转差系数bp。即：bp=-dx/dy

图1水轮机调速器的静特性曲线

由图1可知，永态转差系数bp是包围调速器PID电子调节器的一个负

反馈。当机频相对值变化dx时，稳定后调节信号相对值对应变化dy=-dx/bp，

因而机频下降时接力器开度（等同于功率调节信号）增加；机频升高时接力器开

度减小。由于永态转差系数bp的存在，在调速器稳定平衡时，对应于一个确定

的机频，就有一个确定的接力器开度和一个确定的机组有功功率。当系统各机组

的bp值一定时，它们调节结束后承担的变动负荷与其bp值成反比。永态转差系

数bp的参数范围为1～10％。为使机组少承担变动负荷，其bp值应整定较大，

如4%～6%；为使机组承担较大的变动负荷，其bp值应整定较小，如2%～4%，

但一般不得整定为零。可见，永态转差系数bp的作用是实现机组按有差静特性

运行。如并列运行机组bp值均为零（即都是无差静特性），则机组之间的负荷分

配处于不确定状态，将导致机组间有功负荷拉锯般的抽动。另一方面，如系统各

机组的bp值都较大，则系统的转速变化亦较大。为使系统转速在负荷变动时变

化较小，须有一部分机组的bp值整定得小一点。这些机组通常称为调频机组。由

于调速器由多个环节组成，特别是液控阀的搭叠量，会多少产生一定的死区，这

使得调速器开机方向和关机方向两根静态特性曲线实际上不是重合的一根线，而

是由两根曲线所围成的一条带子（图1-3的曲线1a与1b）。在其x方向的带宽为

x1–x2中，调速器不起调节作用，因而把这一转速区域称为调速器的转速死区。

转速死区不利于调节系统稳定，也影响调节品质，所以在调速器的技术条件中规

定：大型电调转速死区不超过0.04%；中型和小型电调分别不超过0.08％和

0.12％。当机组出力变化远小于电网总负载时，对电网频率值的影响微乎其微，

机组（即电网）频率值可以看做不变。对于按有差静特性运行的机组，可在机频

和bp值不变的条件下，通过调整功率给定PG达到改变机组有功负荷的目的。

PG的参数范围为0～100％，当功率给定值改变时，PG值与调节器输出相比较，

其差值通过bp回路反馈至PID电子调节器，调整调节器输出直至与PG值相等，

达到了在机频和bp值不变的条件下改变机组有功负荷的目的。为了加快用功给

调整机组有功负荷的速度，功给信号还同时通过“前馈”回路直接与电子调节器输

出值叠加，使电子调节器的输出不经bp回路反馈和电子调节器运算而直接随PG

值改变，这时调节器输出与PG值相等，不再有差值通过bp回路向调节器反馈。

由于前馈信号的作用,负荷的增/减几乎与功给增/减操作同步。从图1上来看，

增加功率给定PG相当于将静特性曲线1a向上平移至曲线2。显然，平移的结果

使得在bp值未变的条件下，对应于x1的接力器开度由y1增加到y2，从而增加

了机组所带的负荷。为了在机组并网后，避免调速器因频率的微小变化而频繁调

整，通常在频差计算时，将小于某一微小设定值的频差置零，此设定值即为人工

死区E，其参数范围为0～1%。从图1-3上来看，曲线3即为具有人工死区E的

静特性曲线。在此静特性曲线下