1  前  言

隨著三峽電站機組在2003-2009年期間陸續(xù)投產(chǎn)發(fā)電，將形成由三峽電站、華中電網(wǎng)、華東電網(wǎng)及川渝電網(wǎng)組成的三峽電力系統(tǒng)。未來的三峽電力系統(tǒng)覆蓋面積大、發(fā)電能源種類多、特性復雜、運行方式復雜多變、約束條件多變，不確定因素增多，尤其面臨電力工業(yè)管理、經(jīng)營和運行調度體制的改革，使三峽電力系統(tǒng)調頻及聯(lián)絡線功率控制的任務更加繁重，要求周密計劃和高度自動化，以達到運行管理要求。為此，本文以2010年三峽電站26臺機組全部投產(chǎn)后系統(tǒng)豐大運行方式為基本研究方式，對三峽電力系統(tǒng)的頻率控制方案和有關控制參數(shù)要求進行研究。

2.1 三峽電力系統(tǒng)控制區(qū)劃分原則

三峽電力系統(tǒng)由國調、網(wǎng)調、?。ㄊ校┱{三級調度機構按照統(tǒng)一調度、分級管理的原則進行調度管理，各調度機構都有其各自控制的電廠和輸電系統(tǒng)，形成一個相對獨立的控制區(qū)域，通過區(qū)域之間的聯(lián)絡線與其他控制區(qū)域相聯(lián)。為保證三峽電力系統(tǒng)調頻運行的正常進行，控制區(qū)域的劃分應遵循下述原則：

1、三峽電力系統(tǒng)按照統(tǒng)一調度、分級管理的原則進行調度運行管理，國調為調度機構，負責全網(wǎng)的運行；華東、華中網(wǎng)調為第二級調度機構，負責各自大區(qū)電網(wǎng)的運行；其他各省、市調為第三級調度機構，負責各自省、市電網(wǎng)的運行。

2、原則上控制區(qū)范圍與負責該控制區(qū)調度運行管理的調度機構的運行管理范圍一致?？刂茀^(qū)之間的輸電線路為系統(tǒng)聯(lián)絡線。

3、各控制區(qū)進行AGC控制涉及系統(tǒng)聯(lián)絡線范圍根據(jù)控制區(qū)調度機構的不同而不同，即：

1)省、市級控制區(qū)：AGC控制系統(tǒng)聯(lián)絡線為全部與其控制區(qū)相聯(lián)的系統(tǒng)聯(lián)絡線，包括與本控制區(qū)中屬上級調度控制的區(qū)域的系統(tǒng)聯(lián)絡線；

2)網(wǎng)調控制區(qū)：AGC控制系統(tǒng)聯(lián)絡線為大區(qū)電網(wǎng)之間的系統(tǒng)聯(lián)絡線，包括大區(qū)電網(wǎng)與三峽輸電系統(tǒng)之間的系統(tǒng)聯(lián)絡線；

3)國調控制區(qū)：AGC控制系統(tǒng)聯(lián)絡線為三峽輸電系統(tǒng)與其他控制區(qū)之間的系統(tǒng)聯(lián)絡線，以及根據(jù)三峽電力系統(tǒng)調頻運行方案確定的其他系統(tǒng)聯(lián)絡線。

4、正常運行情況下，控制區(qū)之間保持平等、相對獨立的關系，各自按預先制定的運行控制準則進行控制。

2.2 控制區(qū)劃分方案

根據(jù)對三峽電力系統(tǒng)調頻運行方式的初步研究結果，本文提出三個典型控制方案進行計算分析研究。

方案I：5個控制區(qū)域方案

整個三峽西部交流系統(tǒng)按自然區(qū)域劃分為三峽湖北、川渝、河南、江西、湖南5個控制區(qū)，如圖1。三峽湖北控制區(qū)采用TBC（或CFC）控制；其它控制區(qū)均采用TBC控制。各區(qū)域的頻率偏差系數(shù)K值均整定為各自區(qū)域的自然頻率響應系數(shù)。

圖1 方案I控制區(qū)域方案示意圖

方案II：7個控制區(qū)域方案

整個三峽西部交流系統(tǒng)分為7個控制區(qū)，如圖2。該方案在方案I的基礎上，三峽與湖北分開，四川與重慶分開，二灘電站歸入四川網(wǎng)。三峽采用CFC控制；其余各區(qū)域均采用TBC控制。三峽控制區(qū)域頻率偏差系數(shù)K整定為540MW/0.1Hz。在這一方案中將重點研究三峽作為整個電網(wǎng)的輔助調頻控制的可能性、作用和特性。

圖2 方案II控制區(qū)域方案示意圖

方案III：9個控制區(qū)域方案

該方案為四區(qū)兩級方案，即將三峽電力系統(tǒng)劃分為國調、華中、華東、川渝四個大區(qū)域作為級；第二級為上述四個控制區(qū)分別管轄下屬的各分控制區(qū)。如圖3所示，整個三峽西部交流系統(tǒng)分為9個子控制區(qū)，國調直接控制三峽、二灘等電站，華中控制區(qū)管轄下屬四?。ê?、河南、湖南、江西）；川渝控制區(qū)管轄四川、重慶。該方案在方案II的基礎上，設立華中網(wǎng)調控制區(qū)，調采用TBC方式，負責整個華中電網(wǎng)的負荷頻率控制；二灘電站從四川網(wǎng)分出，直接控制三萬線，頻率偏差系數(shù)K取川渝電網(wǎng)的自然頻率響應系數(shù)，輔助四川和重慶電網(wǎng)控制控制電網(wǎng)的頻率及川渝電網(wǎng)到三峽的聯(lián)絡線功率。

圖3 方案III控制區(qū)域方案示意圖

3.1 方案I基本控制特性的研究

通過方案I的計算分析，可以看出：

1)、在所有控制區(qū)域均采用TBC控制的情況下，如果各控制區(qū)域均留有足夠的負荷備用，則某區(qū)域發(fā)生負荷波動，該擾動區(qū)AGC動作，系統(tǒng)頻率偏差、各區(qū)域間聯(lián)絡線功率偏差、擾動區(qū)域ACE均將回歸到零。如果擾動區(qū)域備用容量不足，則該區(qū)域的ACE不會回歸至零，電網(wǎng)的頻率和聯(lián)絡線功率保持一定偏差，相鄰區(qū)域將通過一次調頻在一定程度上支援擾動區(qū)域。

2)、在三峽湖北區(qū)域采用CFC控制，其余區(qū)域采用TBC控制的情況下，如果各控制區(qū)留有足夠負荷備用容量，則如果擾動發(fā)生在三峽湖北之外的區(qū)域，除了與1)相同情況之外，由于三峽湖北區(qū)域采用CFC控制，該區(qū)域ACE亦發(fā)生相應的變化，也參加二次輔助調頻，加速了系統(tǒng)頻率偏差回歸至零，同時該區(qū)域的ACE亦回歸至零。如果擾動區(qū)備用容量不足，則參加輔助調頻的三峽機組出力則回不到原來出力。

3)、如果斷開兩個區(qū)域之間多回聯(lián)絡線的1回線，若不計及連鎖反應相繼跳開同斷面相鄰線路的情況，則不會破壞區(qū)域之間原來的交換功率平衡，雖然該聯(lián)絡線斷面功率發(fā)生瞬時偏差，但其偏差迅速回歸至零。這兩個區(qū)域的ACE也會發(fā)生瞬時變化，但是不足以觸發(fā)AGC命令，兩個區(qū)域的AGC均不會動作。如果斷開兩區(qū)域之間的所有聯(lián)絡線，則將破壞這兩個區(qū)域之間原來的功率交換平衡，產(chǎn)生頻率偏差，兩個區(qū)域的ACE值仍不會使AGC機組動作。這時應中斷聯(lián)絡線控制，修改為零計劃值，ACE控制區(qū)域將斷線擾動視同增加或減少了與原聯(lián)絡線計劃交換功率相對應的負荷，則這兩個區(qū)域分別各自調頻，恢復正常運行。

3.2 方案II基本控制特性的研究

在本方案的研究中，三峽采用CFC控制方式，其它區(qū)域均采用TBC控制方式。通過方案II的計算分析可以看出：

1)、三峽區(qū)域采用CFC，其它區(qū)域均采用TBC的控制方式，除三峽區(qū)域之外的任一區(qū)域發(fā)生負荷擾動，如果在該區(qū)域留有足夠負荷備用容量的條件下，該區(qū)域的AGC機組將承擔全部的負荷擾動量，使系統(tǒng)頻率偏差，各區(qū)域之間聯(lián)絡線功率偏差、各區(qū)域ACE值經(jīng)過一定時間之后均回歸至零。

2)、三峽機組參加輔助調頻使電網(wǎng)的頻率恢復加快，但聯(lián)絡線功率的恢復時間與方案I基本相同。三峽參與二次調頻的容量越大，系統(tǒng)頻率恢復越快，但是聯(lián)絡線的頻率波動亦隨之加大。

3)、在三峽區(qū)域采用CFC，不但能加速電網(wǎng)的頻率恢復，同時在擾動區(qū)域備用容量不足情況下，三峽也可作為各分區(qū)電網(wǎng)的備用資源，承擔西部電網(wǎng)所有分區(qū)中AGC機組可調容量的缺額容量，保證電網(wǎng)頻率的恢復，但不能保證兩大電網(wǎng)間聯(lián)絡線功率的恢復。

3.3 方案III基本控制特性的研究

在方案III中，三峽區(qū)域采用CFC作為三峽西部電網(wǎng)的輔助調頻控制；華中各省網(wǎng)采用TBC；各省網(wǎng)的一些機組由華中網(wǎng)調直接控制負責整個華中電網(wǎng)的TBC；重慶和四川電網(wǎng)分別采用TBC，二灘從四川電網(wǎng)劃出作為一個獨立的控制區(qū)域負責整個川渝電網(wǎng)的TBC。

整個華中電網(wǎng)以華中網(wǎng)調采用TBC，其重要意義在于保證整個華中電網(wǎng)與外界的交換功率為計劃值，保證華中電網(wǎng)與川渝、三峽之間責任關系的明確性。華中TBC的頻率偏差系數(shù)K取除三峽電站外整個華中電網(wǎng)的自然頻率相應系數(shù)，它所測量的ACE值將反映整個華中電網(wǎng)的負荷波動情況。

華中網(wǎng)調采用TBC控制時，它與所屬各省網(wǎng)區(qū)域的TBC控制關系比較復雜。如果在網(wǎng)調所控制區(qū)域的某一省網(wǎng)發(fā)生負荷擾動時，網(wǎng)調所控區(qū)域ACE值不為零，它同時收集到的各省網(wǎng)區(qū)域的ACE信號，判斷負荷擾動發(fā)生的區(qū)域，并命令該擾動區(qū)域的網(wǎng)控AGC機組與省調AGC機組共同參與二次調頻，協(xié)助省調達到頻率和聯(lián)絡線交換功率的控制。如果整個的調整容量滿足功率平衡的要求，這時的控制效果與同華中電網(wǎng)各省網(wǎng)采用TBC的方式相同，終的調整結果為電網(wǎng)頻率恢復為計劃值、聯(lián)絡線功率恢復為計劃值、各控制區(qū)域的ACE恢復為零值。

在上述調整過程中，如果擾動區(qū)域網(wǎng)調的AGC機組參與調節(jié)后仍不能滿足功率平衡的要求，由于華中網(wǎng)調采用TBC控制整個華中電網(wǎng)的頻率和聯(lián)絡線功率控制，它將命令非擾動區(qū)域的其它網(wǎng)調AGC機組調整出力來滿足功率平衡的要求。這種調整不是為了擾動區(qū)域的功率平衡，而是為了整個華中電網(wǎng)對外部電網(wǎng)的功率平衡。終的調整結果為電網(wǎng)頻率恢復為計劃值，華中電網(wǎng)與外部電網(wǎng)的聯(lián)絡線交換功率恢復為計劃值，參加輔助調節(jié)的三峽機組出力恢復到原始值。但參加AGC控制的區(qū)域ACE值不能恢復到零，華中網(wǎng)內部的部分聯(lián)絡線交換功率不能恢復到計劃值。

這種控制方式更可靠地保證了華中電網(wǎng)對外部電網(wǎng)的計劃交換功率控制，但是如果協(xié)調不當，也可能造成一些問題。設想華中各省網(wǎng)劃出某些AGC機組歸網(wǎng)調調度，如果某一區(qū)域發(fā)生負荷擾動，該區(qū)的ACE不為零，該區(qū)域的省控AGC機組將動作，以平衡該區(qū)域負荷擾動；華中區(qū)域的ACE亦不為零，華中網(wǎng)控的AGC機組亦將動作，如果這些機組在非擾動區(qū)域，將導致該非擾動區(qū)域的省控AGC機組動作以平衡該區(qū)域ACE值。由于非擾動區(qū)域的網(wǎng)控AGC機組增出力，省控AGC機組減出力，后可使所有區(qū)域的ACE全部回歸至零。由結果分析不難看出，非擾動區(qū)域的網(wǎng)控AGC和省控的AGC機組動作相反，發(fā)生矛盾，如果兩者配合不當，可能造成混亂，同時造成調度資源的浪費。同樣，如果擾動區(qū)域的AGC機組參與調節(jié)后仍不能滿足功率平衡的要求，非擾動區(qū)域的其它網(wǎng)調AGC機組將作為后備容量，調整出力來滿足華中電網(wǎng)功率平衡時，如果不中斷相應省網(wǎng)的TBC，也會造成上述控制混亂的問題。作用，必須協(xié)調好網(wǎng)調與省調的管理控制關系。做到在擾動發(fā)生后，首先網(wǎng)調應判斷擾動發(fā)生的區(qū)域，命令擾動區(qū)域的網(wǎng)調AGC機組與省調AGC機組共同參與二次調頻，協(xié)助省調達到頻率和聯(lián)絡線交換功率的控制；如果擾動區(qū)域網(wǎng)調的AGC機組參與調節(jié)后仍不能滿足功率平衡的要求，則網(wǎng)調可命令非擾動區(qū)域內的網(wǎng)調AGC機組參加功率調整，以滿足華中電網(wǎng)功率平衡的要求，同時，非擾動區(qū)域的省調應中斷TBC，否則將造成調節(jié)上的沖突。終的調節(jié)結果是：華中將承擔本電網(wǎng)內全部的負荷擾動；電網(wǎng)頻率、華中電網(wǎng)與外部的聯(lián)絡線功率均恢復到計劃值；三峽輔助調頻出力恢復到原始值；如果擾動區(qū)域備用容量不足，網(wǎng)內部分區(qū)域各聯(lián)絡線功率不能恢復到計劃值，相應的ACE不能回到零值，這時擾動區(qū)域應及時手動調整機組出力滿足功率平衡要求。

對于川渝電網(wǎng)，二灘采用TBC方式直接控制三萬線。二灘控制區(qū)域的頻率偏差系數(shù)K值取川渝電網(wǎng)的自然頻率響應系數(shù)，它所測量的ACE值將反映整個川渝電網(wǎng)的負荷波動情況。對于川渝區(qū)域外的故障，二灘AGC機組不會動作。對于四川區(qū)域或是重慶區(qū)域發(fā)生負荷波動，二灘區(qū)域產(chǎn)生的ACE值都將使二灘AGC機組動作。川渝擾動區(qū)域（四川或重慶）產(chǎn)生的ACE亦會命令該區(qū)域的AGC機組參加二次調頻，這時三峽區(qū)域CFC控制亦測得ACE，命令三峽AGC機組動作參加二次調頻。這樣三方面AGC機組相配合，將加快系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡線交換功率的恢復至擾動前的狀態(tài)。如果擾動區(qū)域有足夠的負荷備用容量，二灘所起作用類似CFC，作為電網(wǎng)的輔助調頻。如果擾動區(qū)域無足夠的負荷備用容量，則二灘AGC機組不會回到擾動前的出力。它將承擔川渝擾動區(qū)域調整容量的缺額部分，以保證整個川渝電網(wǎng)的功率平衡，而不會由三峽機組承擔，這時電網(wǎng)頻率恢復到計劃值，川渝電網(wǎng)外送功率為計劃值，但川渝網(wǎng)內部的區(qū)域聯(lián)絡線交換功率不能保證為計劃值。從以上結果可看出，二灘采用TBC負責控制川渝電網(wǎng)的功率和頻率，進一步保證川渝電網(wǎng)、華中電網(wǎng)和三峽電站三者之間責任關系明確。

綜上所述，在方案III方式下，由于華中網(wǎng)調和二灘分別負責兩大電網(wǎng)的TBC，避免了由三峽CFC控制區(qū)域承擔各省網(wǎng)AGC容量缺額的可能性，使川渝和華中電網(wǎng)及三峽三方之間的責任關系更加明確，更大程度上地保證了大區(qū)電網(wǎng)間的自負盈虧關系。這種控制方式在技術上是完全可行的。

3.4 三峽電力系統(tǒng)負荷頻率控制方案的比較

由以上計算分析結果可以明顯看出三種控制方案控制效果的差異。三種控制方案的綜合比較列于表1和表2，方案I的5個控制區(qū)域均采用TBC。

表1 擾動區(qū)域有足夠備用，電網(wǎng)恢復情況

研究方案 電網(wǎng)頻率 恢復時間 聯(lián)絡線功率 恢復時間 ACE恢復值 AGC機組出力 方案I 30秒 30秒 ０ 擾動區(qū)AGC機組承擔功率缺額 方案II 20秒 30秒 ０ 擾動區(qū)AGC機組承擔功率缺額
三峽機組參加輔助調頻

方案III 20秒或更快 30秒（三萬線功率恢復速度提高） ０ 擾動區(qū)AGC機組承擔功率缺額
三峽機組參加輔助調頻
擾動區(qū)在川渝，二灘機組也參加輔助調節(jié)

表2 擾動區(qū)域AGC備用容量不足（包括省網(wǎng)內網(wǎng)調AGC機組）

研究方案 電網(wǎng)頻率 恢復時間 聯(lián)絡線功率 恢復時間 ACE恢復值 AGC機組出力 方案I 不能恢復 不能恢復 ＊非擾動區(qū)０
＊擾動區(qū)不恢復 ＊非擾動區(qū)機組一次調節(jié)，支援部分功率缺額 方案II 恢復（時間取決缺額量。下同） ＊非擾動TBC區(qū)恢復
＊擾動區(qū)及三峽不能恢復 ＊非擾動區(qū)０
＊擾動區(qū)不恢復 ＊非擾動區(qū)機組一次調節(jié)出力恢復
＊三峽輔助調頻機組出力不能恢復，承擔功率缺額 方案III 恢復 ＊未參加ＡＧＣ調節(jié)區(qū)恢復
＊川渝、華中、三峽間的交換功率恢復計劃值
＊大網(wǎng)內擾動區(qū)不能恢復 ＊非擾動區(qū)０
＊擾動區(qū)不恢復 ＊非擾動區(qū)機組一次調節(jié)出力恢復
＊三峽輔助調頻機組出力恢復
＊擾動在華中：網(wǎng)調非擾動區(qū)ＡＧＣ機組承擔功率缺額。
＊擾動在川渝：二灘機組出力不能恢復，承擔功率缺額

綜上所述，通過建立以省調TBC為基礎，網(wǎng)調TBC協(xié)調，國調（三峽）CFC輔助的三級調頻機制，對電網(wǎng)的運行控制是有利的，在技術上是可行的。即：a) 各省（市）調采用TBC控制，在本區(qū)域發(fā)生負荷擾動時，命令該區(qū)域的AGC機組動作，實現(xiàn)平衡本區(qū)域的負荷波動自負盈虧，維持本區(qū)域和鄰近區(qū)域交換功率為規(guī)定值，同時維持系統(tǒng)頻率偏差在允許范圍內，這樣省調TBC起基礎調頻作用。b) 網(wǎng)調采用TBC控制，在網(wǎng)調所控制區(qū)域的某一省網(wǎng)發(fā)生負荷擾動時，網(wǎng)調所控區(qū)域ACE值不為零，但它不立即命令網(wǎng)控AGC機組動作，它必須收集到的各省網(wǎng)區(qū)域的ACE信號，判斷負荷擾動發(fā)生的區(qū)域，如果省調AGC機組有足夠的負荷備用容量，可達到頻率和聯(lián)絡線交換功率的控制的調整要求，則網(wǎng)控AGC機組不再參與二次調頻；如果擾動區(qū)域的AGC機組無足夠的負荷備用容量，則網(wǎng)調將命令該擾動區(qū)域的網(wǎng)控AGC機組參與二次調頻，協(xié)助省調達到頻率和聯(lián)絡線交換功率的控制。c) 國調直接控制三峽和二灘AGC機組，分別采用CFC和TBC控制，起特殊調頻廠作用。三峽作為全網(wǎng)的輔助調頻控制，任何一個區(qū)域發(fā)生負荷擾動，三峽AGC機組都會相應地調整出力，控制頻率的變化。當系統(tǒng)頻率恢復到計劃值后，三峽機組的出力也恢復到原出力。二灘電廠作為川渝電網(wǎng)的輔助TBC控制，它只在四川或重慶區(qū)域發(fā)生負荷擾動的情況下才參與調節(jié)，在四川和重慶區(qū)域有足夠負荷備用容量時，它的作用類似三峽CFC，在上述兩區(qū)域沒有足夠負荷備用時，它將承擔一部分負荷擾動。

四 結  論

根據(jù)本文計算分析研究，可以得出如下結論：

1) 在備用容量充足的情況下，本文提出的三種分區(qū)頻率控制方案均可以滿足系統(tǒng)頻率控制的要求。增加CFC控制區(qū)后，可以提高系統(tǒng)頻率偏差恢復的速度。

2) 系統(tǒng)備用容量出現(xiàn)不足的情況下，方案III可以更加有效地控制系統(tǒng)頻率、聯(lián)絡線偏差，使川渝和華中電網(wǎng)及三峽三方之間的責任關系更加明確，更大程度上地保證了大區(qū)電網(wǎng)間的自負盈虧關系。同時，這種控制方式在技術上是完全可行的。

3) 要充分利用好華中網(wǎng)調TBC對整個華中電網(wǎng)的控制作用，必須協(xié)調好網(wǎng)調與省調的管理控制關系。這種方式可靠地保證了電網(wǎng)頻率的恢復，參加輔助調節(jié)的三峽機組出力恢復到原始值，同時還更可靠地保證了華中電網(wǎng)對外部電網(wǎng)的計劃交換功率控制。

4) 如果斷開區(qū)域間多回聯(lián)絡線的一回線，系統(tǒng)頻率、各區(qū)域間聯(lián)絡線斷面交換功率、各區(qū)域控制偏差ACE雖然會出現(xiàn)瞬時波動，但由于沒有破壞區(qū)域之間的交換功率平衡，各區(qū)域ACE均為零，AGC機組不會動作。如果斷開區(qū)域間全部聯(lián)絡線（如三峽至萬縣雙回500kV線），則將破壞原先交換功率的平衡，如果不修改聯(lián)絡線功率控制值，系統(tǒng)將產(chǎn)生頻率偏差。如果這時改變聯(lián)絡線控制為零功率，AGC機組將進行調節(jié)，使各區(qū)域恢復正常頻率運行。