陈　琳，孙建平，张宽竹

(1. 华北电力大学 控制与计算机工程学院，河北保定071003； 2. 华北石油管理局水电厂，河北任丘062550)



水电一次调频考核起始时刻对考核的影响分析

陈琳1，孙建平1，张宽竹2

(1. 华北电力大学 控制与计算机工程学院，河北保定071003； 2. 华北石油管理局水电厂，河北任丘062550)

摘要：针对水电机组一次调频考核起始时刻延迟的情况，为避免调度部门因其延迟对考核结果产生误判，分析了起始时间在一次调频考核中的作用，根据实际试验数据在MATLAB平台中编程绘制不同延迟时间下实际动作积分电量与理论动作积分电量曲线，并统计其比值。结果表明，按“两个细则”中的考核公式，当延迟时间增大到一定程度时，就会导致原本达标的一次调频动作被判定为不达标。最后，针对这种误判情况，改进考核公式中的起始功率值并进行验证，说明了该改进措施的可行性，为后续研究做铺垫。

关键词：水电机组；一次调频；起始时刻；考核

0引言

目前，在影响电能质量的因素中，电网频率占主要部分。从电厂角度来讲，要维持电网频率稳定，一次调频功能必不可少，且此功能的好坏直接关系到电力系统的安全稳定运行。水电机组一次调频是指当电网频率发生波动时，调速系统根据电网频率与额定频率的频率差自动调节导叶开度，改变机组出力来适应负荷变化[1，2]。

一次调频服务作为基本辅助服务之一，是电网要求电厂必须提供的服务。若电厂因自身原因不能提供一次调频服务或提供的一次调频服务不达标就会被考核。根据考核的结果相应地扣减电厂发电量，最终影响其经济效益[3]。电网为统一考核规范，制定了具体考核办法和规定，南方电网区域参考《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》及《南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》(简称“两个细则”)的考核要求，然而在详细的考核依据实施后，很多水电机组的一次调频都存在被误考核的情况[4]。

在实际一次调频考核情况中，调度部门会在电网频率超出调频死区范围时记录当下动作对应时间以及电网实时频率与电厂上送的机组功率等数据，根据这些数据利用考核公式分别计算出机组的实际和理论动作积分电量，并求出实际与理论动作积分电量的比值，与50%相比，超过即为达标。由于调度部门用于考核计算的机组功率取自电厂数据采集系统，而电网频率取自调度系统，且两个系统中的数据有时间上的相对延迟，即调度系统采集的时间慢于电厂的，这造成了延迟时间的产生，影响机组一次调频考核结果评价的准确性[5，6]。文献[1-3]主要介绍了各水电厂调频过程存在的问题及影响调频考核准确性的因素；文献[4]和文献[6]各分析了调速器调节参数和延迟时间对调频考核结果的影响，但文献[6]并未确切计算描述延迟时间与积分电量的关系。本文主要是通过计算不同延迟时间长短下实际与理论积分动作电量，分析研究考核起始时刻延迟时间对考核结果的影响，并提出合理建议和应对措施。

1动作积分电量的计算

实际一次调频考核中，对满足调频动作条件的水电机组，调度会记录其调频过程中的开始与结束时间以及该段时间内的电网频率。机组的实际积分动作电量占理论电量的比值是调度评价调频动作是否达标的标准。当实际动作积分电量占理论值的比值超过50%，机组的一次调频动作达标；否则，不达标[7，8]。

实际动作积分电量计算公式如公式(1)所示：

(1)

式中：Qact为实际动作积分电量，kW·h；t0为积分起始时间，即频率偏差超过频率死区的时刻，s；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间(最长不超过60 s，超过60 s的以60 s计算)，s；Pt为机组出力，kW；P0为积分起始时间对应的机组出力，kW。

理论动作积分电量计算公式如公式(2)所示：

(2)

式中：Qtheory为理论动作积分电量，kW·h；Pr为机组额定出力，kW；t0和Δt的意义与上述相同；f为电网频率，Hz；fr为电网额定频率，Hz；ef为一次调频死区，Hz；4%为机组的转速不等率。

以上两式中的t0和Δt均具有相同的意义，说明实际与理论动作积分电量的开始与终止时刻是一致的。

2考核起始时间延迟的影响

由于在实际和理论动作积分电量的计算中，一次调频考核起始时间起着重要的作用。在实际调频试验中选取试验数据，在不同延迟时间下计算实际与理论积分动作电量，并计算其比值，然后分析考核起始时刻的延迟时间对一次调频考核结果的影响。

2.1实验数据的选取

利用在实际试验过程中收集的某水电机组的一次调频动作曲线(如图1所示)来计算实际和理论动作积分电量并进行比较。图1中，以一定坡度缓慢下降的电网频率为输入信号，有小波动的有功功率曲线为输出信号，图中有功功率开始变动的时刻即为频率偏差超出频率死区的时刻，此时刻对应的电网频率与额定频率的差值即为频率死区。

图1　水电机组一次调频动作曲线

根据实际调频试验中的曲线，提取出一次调频过程中机组频率和有功功率的数据值，导入并保存成.mat文件备用[9，10]。由于是实际一次调频试验数据，所以能够用来分析一次调频考核起始时间延迟对考核结果的影响。

2.2起始时刻延迟的影响

根据以上所述理论知识编写程序进行仿真，分别将一次调频考核起始时刻延迟的时间定义为0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s，一次调频持续时间以60 s为基准，绘制上述不同延时下的实际动作积分电量和理论动作积分电量对比图，如图2和图3所示。图中数字1～8分别表示延时0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s的实际或理论积分电量曲线。

图3　不同延时下的60 s内的理论积分电量对比图

分析统计不同起始时刻延迟下对应的一次调频考核结果，见表1。

表1　不同起始时刻延迟对应的一次调频考核结果

由以上图形和表中的数据可以看出，随着延迟时间的增大，理论动作积分电量的值会变大并逐渐稳定不变，而实际动作积分电量的值则逐渐减小，导致实际值与理论值的比值也逐渐减小，表中统计的比值可以明显说明这一点。当延迟时间超过一定值后(例如表中的18 s)，实际值与理论值的比值就会小于50%，导致原本达标的一次调频动作被判定为不达标的情况发生，考核结果的准确性受到影响。

根据公式(1)、(2)及图1中一次调频动作曲线可知，实际动作积分电量的积分起始时刻的功率P0随延迟时间的增大而增大，导致(Pt-P0)的差值减小，从而使实际动作积分电量值减小。而理论动作积分电量中的(fr+ef)为定值，是不随延迟时间的增大而变化的；而f的减小会使(f-fr-ef)的绝对值增大，从而整个理论动作积分电量增大。这就是造成实际动作积分电量占理论值比重随延迟时间变大而逐渐下降的原因。

3考核起始时间延迟的对策

根据上述计算分析，一次调频考核起始时间延迟的长短有可能导致误考核情况的发生，所以为了避免考核起始时刻延迟给考核结果准确性带来影响，在计算实际动作积分电量时，将其计算公式的起始功率改为过一次调频死区时刻的机组功率值，使其起始功率不随延迟时间的增大而变化。

改变其积分起始功率，然后进行验证。分别将一次调频考核起始时刻延迟的时间定义为0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s，绘制不同延时时间下的实际动作积分电量对比图，如图4所示。图中线1～8分别表示延时0 s、6 s、12 s、18 s、24 s、30 s、36 s、42 s的实际积分电量曲线。

分析不同起始时刻延迟对应的一次调频考核结果，见表2。

由图4和表2中的数据可以看出，当采用过一次调频死区时刻的机组功率值作为实际积分电量的起始功率时，随着延迟时间的增大，实际电量的值会逐渐变大，并逐渐向理论电量值接近，使得实际值与理论值的比值逐渐增大(由表2中比值可看出)，逐渐接近于1，不会发生一次调频被误考核的情况。如此改进考核方法，使得实际积分电量不会像图2中所示迅速减小，虽然计算出的实际积分电量值比真实值要偏大，但实际电量值与理论值的比值更接近于真实情况，并且提高了调度部门考核结果的准确性。

图4　不同延时下60 s内的实际积分电量对比图

迟延时间/s理论电量值/(kW·h)实际电量值/(kW·h)实际电量值理论电量值/%一次调频是否合格0277.999227.07381.68是6310.886262.85684.55是12336.183293.38387.27是18353.886317.85989.82是24364.047336.06292.31是30366.709348.79095.11是36366.709356.03297.09是42366.709361.27298.52是

4结论

(1)计算实际动作积分电量时，将其起始功率改为过一次调频死区时刻的机组功率值。这种对考核方法的改进，使其具有与理论电量起始值相似的意义，均为过频率死区时刻所对应的值，这使得两种电量的比值对起始时间迟延的敏感度降低，调度部门考核结果的准确性升高，是一种值得研究应用的改进方法。

(2)当下考核方法中，只有同步电厂和调度系统采集记录的一次调频响应过程的时间，提高传输一次调频相关数据的优先级别，或者将调度部门所需要的一次调频考核数据全部取自电厂侧等，才能根本上避免调度部门对一次调频动作造成误判。

本文在某水电厂一次调频试验的基础上，利用试验数据通过计算比较，分析了考核起始时刻延迟长短对考核结果的影响，对调度部门考核方法提出了合理的改进并进行了验证，同时，针对现行考核方法，提出了提高一次调频考核结果准确性的可行性措施，给各并网电厂处理类似问题提供参考。

参考文献:

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Influence of the Initial Time on the Primary Frequency Regulation Assessment in Hydro-power Unit

CHEN Lin1，SUN Jianping1，ZHANG Kuanzhu2(1. School of Control and Computer Engineering, North China Electric Power University , Baoding 071003, China;2. The Hydropower Plant of Huabei Oilfield, Renqiu 062550, China)

Abstract：In the light of the initial time delay of primary frequency regulation assessment in hydro-power unit, to avoid wrong assessment, this paper analyses the effect of the initial time in the primary frequency regulation assessment. At the same time, the practical data is used to draw the curves of the practical and theory accumulated electric quantity respectively and the ratio of them are also calculated based on MATLAB. The result shows that according to the assessment formula of the “two detailed regulations”, the qualified regulation action will be assessed substandard with the delay time growing to a certain extent. Finally, the assessment formula is improved and verified in this paper, and the improvement measures are proved feasible and can be used as a cushion for further study.

Keywords：hydro-power unit; primary frequency regulation; start moment; assessment

中图分类号:TK730.2

文献标识码:A

DOI:10.3969/j.issn.1672-0792.2016.03.002

作者简介：陈琳(1992-)，女，硕士研究生，主要从事水电机组一次调频辅助服务领域的研究,E-mail：337198316@qq.com。

基金项目：河北省自然科学基金资助项目(F2014502059)。

收稿日期：2016-01-05。