Page 100 - 2024年第55卷第1期

耦合影响，机组调频性能往往会受到不同程度的削弱，极端情况下甚至会造成严重的安全事故。因
此，需要提出能反映电气性能指标的运行区划分方法来耦合经典运行区，从而全面反映机组综合运
行性能。水电机组电气性能通过机组调频性能指标描述，常规设计运行一般从具体工况出发优化调
速器参数改善调节质量。由于所针对工况有限，机组调节性能仅在个别工况表现良好，难以满足变
水头宽负荷的水电机组运行要求。因此，需要量化机组在整个运行区域内调节性能优劣的分布及其
受各参数影响的规律，从而在调度过 程 中 利 用 运 行 区 约 束 避 开 “两 个 细 则” 考 核。同 时，运 行 区
对调节性能在 机 组 运 行 区 域 内 的 优 劣 序 列 的 直 观 描 述，也 能 很 好 弥 补 经 典 运 行 区 电 气 性 能 缺 失
问题。

３ 运行区划分方法与评价指标

３．１ 运行区划分方法 运行区划分时以囊括水电机组、引水系统、调节系统的水力发电系统整体为研
究对象，旨在为水电站机组安全经济运行提供一个合理有效的工作区间，本文从机组参与调频考核的
角度出发，以调节性能指标为基本判别依据来进行运行区的划分。
３．１．１ 基本参数与仿真模型 基本参数包括：（１）水力子系统，电站管道布置形式、各管段长度、直
径、粗糙度、水击波速等；（ ２）机组子系统，水轮机转轮直径、转动惯量、模型综合特性曲线等，发
电机额定力矩、惯性时间常数等；（ ３）调速器，比例增益、积分增益、微分增益、永态转差系数、反
馈时间、延迟时间等。调节系统模型根据以上水电站基本参数搭建，并进行工况仿真与实测数据对比
验证模型准确性，研究所采用的水电站数学模型详见附录。
３．１．２ 工况选择与仿真模拟 运行区基于负荷 － 水头坐标系进行划分，为便于对机组运行状态进行判
别，调节系统仿真模型工况选择时也以负荷水头为依据。仿真模拟中负荷水头作为机组运行初始状
态，其密集程度决定运行区划分精度；频率变化作为系统扰动量，其值的选择影响机组在当前工况下
调节性能的判别。根据机组实际可运行的功率 － 水头范围确定负荷、水头的变化区间与间隔，参考机
组调节运行相关标准选择合适的频率变化组，对选择的工况进行机组调节过程仿真模拟，并记录运行
数据。
３．１．３ 数据处理与分析 机组在某一工况下调节性能的优劣主要通过调频性能指标来衡量，常用的指
标有调节时间、稳定时间、积分电量等。首先根据运行仿真数据计算调频指标，将调节过程的功率 －
时域变化关系转化为指标信息，使其成为能够反映机组对应工况调节性能的有效数据，再根据行业要
求的指标限值对调频指标作标幺化处理，并将同一水头、负荷下不同频率变化的指标进行整合，最终
得到当前参数下负荷－ 水头坐标系各调节性能指标分布情况及随工况变化趋势。
３．１．４ 调节性能运行区分区及绘制 机组调节性能运行区是各调频指标综合作用结果，电网对机组
调频能力的考核针对的是调频指标的合格情况，故以单一调频指标合格与否和不合格指标类数作为
分区依据。以选定 Ａ、Ｂ、Ｃ三类指标为例，根据处理数据进行判断，Ａ、Ｂ、Ｃ三项指标均满足考
核要求则为Ⅰ类区域，推荐机组在此区域内运行；有一项指标不满足考核要求为Ⅱ类区域（ Ⅱ类区
域内又可分为 Ａ指标不合格、Ｂ指标不合格、Ｃ指标不合 格 三 类， 便 于 后 续 研 究 分 析 和 运 行 人 员
选择），在此区域内运行时机组投入调频功能会 有 一 项 指 标 受 考 核 惩 罚，推 荐 机 组 减 少 在 此 区 域
内运行；依次类推，Ａ、Ｂ、Ｃ三项 指 标 均 不 满 足 考 核 要 求 则 为 Ⅳ 类 区 域， 在 此 区 域 内 运 行 时 机
组如果投入调频功能各项指标均会受考核惩罚，机 组 应 尽 可 能 避 免 在 此 区 域 内 运 行。 对 负 荷 － 水
头坐标平面内运行的所有工况点调频指标数据进行上述判定，得到机组调节性能优劣分布并绘 制
运行区图。
３．２ 运行区评价指标 水电机组调节性能运行区分区分布表征了机组运行于各工况下调频指标的整体
合格情况，可以为机组优化运行提供必要依据，但运行区图仅能提供简单直观的图像化信息，并不能
较为完整地描述调节性能运行区的各项特征。为更准确地说明运行区的性质和客观评价机组运行区分
布的优劣，本文拟定运行区分区区域面积、中心与综合调节性能三项指标来对其进行评判。

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