宁夏电网常规能源一次调频考评指标的研究

刘刚王鑫

（国网宁夏电力有限公司调度控制中心宁夏银川750001）

摘要：为了更加公平、科学、合理地考核机组一次调频效果，提出了当前宁夏电网一次调频考核业务流程，按照《两个细则》一次调频考核指标，分析了机组一次调频各指标和现有考核方法，提出了对大扰动和小扰动分别计算贡献电量的方法，对频率大、小扰动的不同或时间段选取不同的权重系数，从而能比较科学地区分不同机组一次调频的贡献率，可以更加科学地评价机组一次调频对电网频率稳定的贡献程度，使考核奖励结果更为科学有效。

关键词：一次调频；考核流程；考核指标

1引言

一次调频是指当电力系统频率额定频率时，发电机组通过调速控制系统的自动反应，调整机组有功出力，减少频率偏差所提供的服务，属于辅助服务中的基本辅助服务。发电机组的一次调频功能是稳定系统频率的一项重要技术措施，对于实现电网自动调度、调高电能质量、保证电网安全稳定运行的重要措施[1-3]。

根据西北电监局下发的《西北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则（试行）》及《西北区域发电厂并网运行管理实施细则（试行）》（简称《两个细则》），对机组一次调频性能进行考核。宁夏《两个细则》系统关于一次调频的考核实现方法如下。

2一次调频考核业务流程

图1：一次调频考核业务流程图

3一次调频考评指标

《两个细则》要求，凡是并网发电厂机组必须具备一次调频功能，其基本技术要求（包括人工死区、转速不等率和一次调频投入的最大调整负荷限幅、调速系统的迟缓率、响应速度等）应满足《西北电网发电机组一次调频技术管理规定》的技术要求。西北电网对各一次调频机组的性能指标要求如下：

1）人工死区：电液型汽轮机调节控制系统的火电机组和燃机死区控制在±0.033Hz内；机械、液压调节控制系统的火电机组和燃机死区控制在±0.10Hz内；水电机组死区控制在±0.05Hz内。

2）转速不等率Kc：火电机组和燃机为4%～5%，水电机组不大于3%。

3）最大负荷限幅：最大负荷限幅为机组额定出力的6%。

4）响应行为要求：当电网频率变化超过机组一次调频死区时，机组的响应时间应为15秒。在电网频率变化超过机组一次调频死区时开始的45秒内，机组实际出力与机组响应目标偏差的平均值应在机组额定有功出力的±3%内。

4一次调频各考核项目计算方法

为了加强对机组一次调频功能投运的监视，机组一次调频投切信号必须实时采集，接入SCADA/EMS。机组控制系统一般都可以通过组态，以软压板形式将机组一次调频投切信号通过远程终端送至省调SCADA/EMS，EMS则能自动记录机组一次调频投切时间，计算一次调频投运率（Ht）的计算公式如下：

Ht=一次调频投运时间/机组月运行时间*100%

a）一次调频负荷变化量计算

在电网频率变化超过机组一次调频死区时，机组理论负荷变化为：

其中：

fdb：机组调频死区对应频率，高频为50+0.033Hz，低频为50-0.033Hz；

P0：电网频率变化超过机一次调频死区时刻机组的实际出力；

fN：机组额定频率；

PN：机组额定有功出力；

f：机组实际频率，为从PMU实时采集的时间序列值；

P：机组实际有功出力，为从PMU实时采集的时间序列值；

δ：转速不等率或调差系数整定值，一般为4%～6%；

ΔPmax：机组一次调频最大出力限幅，火电机组一般可取6%额定出力，水电机组一般无限幅；

b）一次调频贡献电量计算

机组在执行AGC变负荷任务时，如有一次调频变负荷要求，难以正确计算一次调频实际负荷变化值。当发生有效频率扰动时，在有效观察时间段内，如果机组AGC停运或没有AGC命令下发，根据PMU连续量测得到的机组出力的变化和频率的变化，WAMS系统可以准确计算出机组一次调频积分电量。高频少发或低频多发为正值，高频多发或低频少为负值。

考虑机组负荷实际限制，从电网频率偏差超出一次调频考核死区开始，计算60秒内（如果频率越死区时间不足60秒，则取实际动作时间）机组一次调频贡献电量。

机组一次调频实际贡献电量：

（4）

其中：

fdb：机组调频死区对应频率，高频为50+0.033Hz，低频为50-0.033Hz。

P0：电网频率变化超过机一次调频死区时刻机组的实际出力。

fN：机组额定频率。

PN：机组额定有功出力。

f：机组实际频率，为从PMU实时采集的时间序列值。

P：机组实际有功出力，为从PMU实时采集的时间序列值。

δ：转速不等率或调差系数整定值，一般为4%～6%。

ΔT：PMU数据采样间隔，25帧数据为0.04s。

ΔPmax：机组一次调频最大出力限幅，火电机组一般可取6%额定出力，水电机组一般无限幅。

c）一次调频积分电量响应指数

考虑机组负荷实际限制，从电网频率偏差超出一次调频考核死区开始，计算60秒内（如果时间不足60秒，则取实际动作时间）机组一次调频贡献电量。

一次调频积分电量响应指数计算以频差大于动作死区开始，频率开始恢复结束，计算在此期间一次调频实际和期望负荷变化的积分值，二个积分值之比为一次调频积分电量响应指数。

机组负荷会有一定的波动，频差较小时，一次调频变化负荷较小，不能较正确地计算机组一次调频相关指数，所以频差不小于3r/min（0.05Hz）时，机组一次调频指数计算才有效。

5现有考核方法分析

根据上文对一次调频考核方法的分类，考核内容都是以未达标次数的方法进行考核，这种考核存在以下问题。

考核指标根据实测数据进行计算。人工死区、转速不等率、最大负荷限幅、迟缓率、响应行为等实时数据测量比较困难，这种考核方式只是以考核项是否达标来计算，考核只是面向结果，不能完整记录在一次调频动作期间的运行状态。计算统计机组一次调频月度投运率与未达到考核标准的项次，再由上述公式计算考核电量。然而EMS数据只能采集到机组出力以及频率变化曲线，很难计算出相关考核项，当一次调频动作时，只能查看历史数据，缺乏有力的数据支持。

各电厂的考核结果差距小，无法调动电厂积极性。上述考核方法，电厂之间考核电量差距不大，督促作用不明显。电厂魏减少机组出力波动，会降低一次调频调整速度，低成本运行一次调频功能。

各项指标考核力度无轻重之分。各项考核内容在考核尺度上相同，但不同的项目对恢复系统频率、保持系统频率稳定起作用大小不同，在系统频率不稳时，不利于发挥电厂一次调频应该有的作用。

6附加权重的一次调频积分电量计算方法

为了更好的区分频率越限后，机组的一次调频功能对频率稳定贡献程度，将频率扰动分位大扰动及小扰动，发生0.1Hz以上的频率扰动划份为大扰动，否则划分为小扰动。

频率发生大扰动后一次调频的持续时间通常为几十秒钟，频率偏差越大时的产生的一次调频动作量越为宝贵，对于迅速恢复系统频率、缩短频率越限时间有着越为重要作用，这段时间的贡献电量对电网的安全稳定贡献更大，因此可根据频差大小的不同时段对积分贡献电量附加不同的权重，更加科学、有效地区分机组一次调频对频率稳定所作的贡献。大扰动时的计算公式如（6）、（7）所示，该算法显示了根据电网频率、一次调频人工死区和机组出力对不同时段与不同权重的贡献电量计算累加过程。

式（6）、（7）、（8）中为机组i的一次调频在频率大扰动时的积分电量，为机组i的一次调频在频率小扰动时的积分电量，；为系统频率越限时刻；为系统频率进入死区时刻；为时刻机组i的实际出力；为时刻机组i的实际出力；为该时刻该机组i的状态，为0表示机组自动发电控制（AGC）或计划指令不调整负荷，为1表示机组正受AGC或计划指令作用进行负荷调整；R为机组i的平均爬坡速率；为积T分周期；K为积分权重；为当前频率与额定频率50Hz的差值，为一次调频动作死区，火电机组为0.033HZ，水电机组为0.05HZ。

7结论

本文介绍当前宁夏电网一次调频考核流程和各个考核指标的考核细则及各指标的计算方法，提出附加权重的一次调频积分电量计算方法，对频率大、小扰动的不同或时间段选取不同的权重系数，从而能比较科学地区分不同机组一次调频的贡献率，并且综合考虑不同的机组一次调频动作正确率和贡献电量来计算其应得的一次调频经济补偿。可以有效的完善《两个细则》对于一次调频考核条目的实施，同时能有效地调动各电厂参与一次调频的积极性。

参考文献：

[1]西北电监局.西北区域发电厂并网运行管理规定实施细则[M].西电监办[2008]51号附件1，西安：西北电监局，2009.

[2]西北电监局.西北区域发电厂并网运行管理规定实施细则[M].西电监办[2008]51号附件2，西安：西北电监局，2009.

[3]张斌.自动发电控制及一次调频控制系统[M]，北京：中国电力出版社，2005.

[4]任冲，孙晓强，褚云龙.西北电网一次调频评价指标研究[J]，电网与清洁能源，2011.