一、背景介绍
发电机组一次调频功能作为并网机组的*功能，在过去一段时间由于机组调速系统的数字化改造而有所忽视。zui近几年，随着跨区域互联电网对频率稳定性要求的逐步提高，完善和规范上网机组的一次调频功能又重新受到各方重视，并逐渐作为改革后机网协调的一项重要工作在各大区域电网中开展。南方电网也于2005年开始，对所辖5省区电网作了统一部署，尽快完善并投人机组一次调频功能，作为基础工作有力地支撑电网频率稳定，保证新考核标准（cps）t有较好的agc（自动发电控制）性能。
云南电网作为南方电网的送端电网，有其自身的运行特点。由于与南网联络线薄弱，因此经常出现联络线跳闸引发的控制区域内频率大幅波动事故，电网高周问题比较突出。在安全稳定控制装置和改进后发电机组opc（超速保护控制）功能协调动作的前提下，如果能够完善并投人各并网机组的一次调频功能，利用调速系统的快速频率响应部分抑制发、用电失衡引起的频率波动，则有助于事故过程的快速恢复。此外，保证足够数量并网发电机组一次调频功能的正确投入，有利于在现有tbc（联络线频率偏差控制）控制方式下，云南电网控制区域内agc性能（cps标准考核成绩）的进一步提升。
云南电网现有装机容量1230omw，其中火电机组525omw，水电机组705omw，水电机组所占比重较大，在全国省区电网中比较特殊。水电机组快速的启停方式以及较好的调节性能给电网调度运行（包括安稳控制策略以及agc控制）带来了很多好处。但由于水轮发电机组调速系统*的反调现象以及较长的时间常数，给水电机组的一次调频功能正常投入造成了不利的影响。加之目前大型水电厂计算机监控系统中agc功能设计与调速系统调频功能存在不匹配，使得完善水电机组一次调频功能正常投入的工作，无论在机组侧还是电网侧（制定相关的技术规范要求）都有很多问题值得探讨和研究。
二、机组侧工作
2005年7月，云南电网调度中心颁布了《云南电网发电机组一次调频功能管理规定（试行）》。根据《管理规定》要求，各上网电厂分别就自身机组特点进行了相关控制功能的完善修改，进行了动态试验，并根据试验结果及《管理规定》中有关技术条款要求，对机组一次调频功能进行验收。《管理规定》主要技术指标如下:（1）人工转速死区:±0.033hz;（2）调差率（不等率）:火电机组不等率4%~5%，水电机组调差系数3%~4%;（3）响应时间:小于3s;（4）调节速度及稳定时间:稳定时间应小于lmin;（5）响应幅度:火电30omw及以上时，为±6%mcr（zui大连续运行负荷）;以下时，为±8%mcr;水电机组无上限。
2.1火电机组情况
2.1.1方案规划
云南电网内100mw及以上火电机组都装备了deh（数字电液调速）系统，根据《管理规定》和附件中《验收大纲》的要求，火电机组一次调频功能必须以deh侧为主，主要考虑机组频率响应的快速性要求，同时在deh侧考虑了阀控方式下综合阀位指令、功控方式下功率指令及控制输出前馈叠加调频量的策略，充分保证快速性要求。而ccs（协调控制系统）侧一次调频功能为辅助调频，主要考虑在机组ccs（主要是以锅炉跟随方式为基础的协调控制方式）投入的情况下，对ccs综合阀位指令迸行必要的修正，一方面保证ccs的投入不会影响机组一次调频功能的正常作用;另一方面，通过ccs侧的协调控制作用，改变进入单元机组的燃料量，以保证调频作用的持续性（不随蒸汽参数变化而波动）。在功能投入方面，将过去在ccs主控画面及deh操作画面中分别投切的方式进行统一，并且将功能投入信号作为遥信信号通过rtu（远方终端单元）远传到调度中心进行统一监控，操作人员一且按下投入按钮，控制系统将自动根据机组目前的运行方式决定调频方式（deh调频或deh/ccs综合调频）。
2.1.2实施情况及结果
以国投曲靖电厂3号机（30omw）为例，其deh与dcs（分散控制系统）为西屋ovation系统，简单介绍一下动态试验结果（见图1）。
从曲线可以看出，机组处于3种控制方式下均具备快速响应系统频差变化的能力，响应速度较快（小于15），稳态响应幅度满足调差系数设置（5%）和动态调节稳定时间小于lmin的技术要求，调频性能良好。尤其值得一提的是当机组处于协调控制方式下，即ccsbf（锅炉跟随ccs）时，机组频差响应由deh侧的前馈以及ccs侧的功率指令修正2个环节共同作用，同时锅炉指令根据机组指令变化提前进行燃料量补偿，使得机组有功出力响应速度较快、响应稳态精度较高（好于阀控方式），同时机前压力在调频动态过程中波动较小（优于deh功控方式），在满足电网频率支撑作用的同时，也保证了机组的安全稳定运行。
2.2电机组情况
2.2.1现状与特殊情况分析
水电机组的方案完善及动态试验工作尚末展开，但前期已经通过收资和调研对方案进行了设计和论证。目前云南电网内较大的水电机组多为混流式机组（francistype），单机容量200~25omw。该类型机组调速系统典型的频率响应曲线如图2所示。由图2中曲线可以看出，对于混流式机组由于反调作用的影响，使得响应具有非zui小相位系统的特点，响应初期表现出明显的反向调节作用，且持续时间较长。对于一次调频而言，该作用有可能影响系统正常的调频功能发挥。另外水电机组调速系统由于原理工艺限制，使得固有的转速死区较大且时间常数较长，这些都不利于机组对系统频差的快速响应。
水电厂计算机监控系统中的agc功能也可能与调速系统调频功能存在不匹配的地方。华能漫湾电厂agc功能与调速系统接口功能如图3所示，一旦出现频差，调速器首先反映（微机调速器相对监控主机运算周期较短），按调差要求改变机组有功出力;之后监控系统中的各机组功率闭环控制器检测到机组指令（agc/local:调度远方/就地）与调频后实发功率出现偏差，从而产生与调频作用相反的指令输出，通过与调速器的接口脉冲，反方向改变机组有功出力，使其恢复到之前的agc设定值。因此要保证水电机组一次调频功能监控系统调速器接口脉冲，反方向改变机组有功出力，使其恢复到之前的agc设定值。因此要保证水电机组一次调频功能的正确投入（不影响原有的agc功能），必须对监控系统进行适当的调整，以配合调速器动作。
2.2.2建议实施方案
针对上述问题，建议对现有水电机组控制方案进行修改。
（1）调速器侧:在现有控制模式中，除原有的永态调差（permanentdroop）系数外，增加暂态调差（transientdroop）系数修正回路（见图4），目的是利用暂态调差原理在响应zui开始动态阶段，增大调差系数，减慢导叶开启速度，从而在一定程度上缓解反调现象带来的负面影响，暂态调差回路在稳态时不发挥作用，因此不影响机组静态调差率（依据永态调差系数）。上述过程仿真结果如图5所示。
（2）全厂计算机监控系统侧:现有监控系统agc功能设计中有调频模式，但由于只有投入agc的机组才参与指令分配，不能满足上网发电机组都需具备一次调频功能的要求，同时现有agc调频模式（正常调频/紧急调频）中负荷指令修正算法不尽合理（用实发功率加上频差修正项，存在逐次累加的过程），与调速器侧调频功能不相匹配，所以投入后不能正确动作。为此，考虑采用图3虚线框内所示方案，对agc侧各机组有功闭环控制器设定值端进行频差修正，同时修正量与调速器侧匹配，这样既避免了投入agc与一次调频功能存在的矛盾，同时使得agc侧和调速器侧调频动作保持一致，不互相抵消。
2.3水、火电机组协调一次调频动作
电网一次调频功能主要针对的是短周期负荷变化引起的频率波动及事故状态下电网频率的快速平稳恢复，因此要求调频动作响应迅速并具有一定的响应幅度和持续性。从上两节对水火电机组响应特性的分析和试验结果来看，二者各有特点，火电机组调速系统时间常数小，响应速度较快，一般都小于2s，，即产生正确响应，但响应幅度和持续性受机前蒸汽参数的影响较大;水电机组响应速度较慢，同时受反调效应影响有可能起到反作用，危害系统整体频率响应，但水电机组一且开始响应则响应幅度较大，精度较高，持续时间较长。综合考虑，为在云南电网内更好地发挥一次调频功能投入后对稳定系统频率所起的作用，必须解决好协调水火电机组调频动作的问题。具体建议采取以下2项措施。
（1）由于水电机组调速系统自身特点以及反调作用影响，若跟随系统频率短周期波动频繁调节，一方面有可能抵消火电机组的正常调频响应;另一方面也危及调速器本身。为此，建议采用类似agc策略中按ace（区域控制偏差）分段控制的思想，水火电机组分别设置各自的人工转速死区，通过试验确定合理避开频繁调节的频差段，火电机组采用较小人工转速死区，以便应对短周期负荷波动;水电机组采用较大人工转速死区设置，在避免频繁动作的同时，一且系统出现较大的频率事故（如联络线跳闸或大机组事故解列等），水电机组发挥响应幅度大、持续性好的优点，有利于系统频率的快速稳定恢复。双方取长补短、协调动作。
（2）在补充水电机组暂态调差功能的基础上，适当减小水电机组的永态调差系数设置（比火电机组小），加快水电机组响应速度和响应幅度，尽量发挥其调节性能好的优点。
三、结语
为适应跨区域电网互联以及电网增容对提高系统频率稳定性提出的更高要求，云南电网从2005年开始着手编制了《云南电网发电机组一次调频功能管理规定（试行）》，并据此开展了网内主力发电机组一次调频功能的完善和规范工作。
火电机组侧，广泛借鉴华东、华北以及广东电网的成功经验，结合自身实际高标准制定了详细可行的实施方案，通过方案修改和动态试验调整，己使网内绝大多数火电机组具备了一次调频功能的投入条件。
水电机组侧工作由于检修计划安排，开始较晚，但前期技术准备工作已经开展得较为充分，通过技术调研、收资及与专家探讨等方式，已经根据水电机组自身特点，制定了详细可行的方案，等待具体实施。
针对云南电网水电机组所占比重较大的特点，就如何协调水火电机组一次调频动作的问题，展开了研究，初步形成了解决方案，等待系统联调试验进行实际可行性验证。