摘要：本文通過三個三峽電力系統頻率控制方案，研究了電網采用AGC的基本特性、三峽電站作為電網輔助調頻電廠擔負系統主力調頻廠的可能性和效果以及如何控制川渝和華中電網以及三峽電站三者間交換功率。計算結果表明本文提出的三峽頻率控制方案在技術上是可行的。

關鍵詞：三峽 電力系統 頻率控制 方案研究

1 前 言

隨著三峽電站機組在2003-2009年期間陸續投產發電，將形成由三峽電站、華中電網、華東電網及川渝電網組成的三峽電力系統。未來的三峽電力系統覆蓋面積大、發電能源種類多、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，尤其面臨電力工業管理、經營和運行調度體制的改革，使三峽電力系統調頻及聯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臺機組全部投產后系統豐大運行方式為基本研究方式，對三峽電力系統的頻率控制方案和有關控制參數要求進行研究。

二 、三峽電力系統控制區劃分原則及基本方案

2.1 三峽電力系統控制區劃分原則

三峽電力系統由國調、網調、省（市）調三級調度機構按照統一調度、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，形成一個相對獨立的控制區域，通過區域之間的聯絡線與其他控制區域相聯。為保證三峽電力系統調頻運行的正常進行，控制區域的劃分應遵循下述原則：

1、三峽電力系統按照統一調度、分級管理的原則進行調度運行管理，國調為最高級調度機構，負責全網的運行；華東、華中網調為第二級調度機構，負責各自大區電網的運行；其他各省、市調為第三級調度機構，負責各自省、市電網的運行。

2、原則上控制區范圍與負責該控制區調度運行管理的調度機構的運行管理范圍一致。控制區之間的輸電線路為系統聯絡線。

3、各控制區進行AGC控制涉及系統聯絡線范圍根據控制區調度機構的不同而不同，即：

1)省、市級控制區：AGC控制系統聯絡線為全部與其控制區相聯的系統聯絡線，包括與本控制區中屬上級調度控制的區域的系統聯絡線；

2)網調控制區：AGC控制系統聯絡線為大區電網之間的系統聯絡線，包括大區電網與三峽輸電系統之間的系統聯絡線；

3)國調控制區：AGC控制系統聯絡線為三峽輸電系統與其他控制區之間的系統聯絡線，以及根據三峽電力系統調頻運行方案確定的其他系統聯絡線。

4、正常運行情況下，控制區之間保持平等、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 控制區劃分方案

根據對三峽電力系統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個控制區域方案

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

方案II：7個控制區域方案

整個三峽西部交流系統分為7個控制區，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。三峽采用CFC控制；其余各區域均采用TBC控制。三峽控制區域頻率偏差系數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的輔助調頻控制的可能性、作用和特性。

方案III：9個控制區域方案

該方案為四區兩級方案，即將三峽電力系統劃分為國調、華中、華東、川渝四個大區域作為第一級；第二級為上述四個控制區分別管轄下屬的各分控制區。如圖3所示，整個三峽西部交流系統分為9個子控制區，國調直接控制三峽、二灘等電站，華中控制區管轄下屬四省（湖北、河南、湖南、江西）；川渝控制區管轄四川、重慶。該方案在方案II的基礎上，設立華中網調控制區，調采用TBC方式，負責整個華中電網的負荷頻率控制；二灘電站從四川網分出，直接控制三萬線，頻率偏差系數K取川渝電網的自然頻率響應系數，輔助四川和重慶電網控制控制電網的頻率及川渝電網到三峽的聯絡線功率。

 三、 三峽電力系統調頻運行方案的計算分析

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

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

3)、如果斷開兩個區域之間多回聯絡線的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，則不會破壞區域之間原來的交換功率平衡，雖然該聯絡線斷面功率發生瞬時偏差，但其偏差迅速回歸至零。這兩個區域的ACE也會發生瞬時變化，但是不足以觸發AGC命令，兩個區域的AGC均不會動作。如果斷開兩區域之間的所有聯絡線，則將破壞這兩個區域之間原來的功率交換平衡，產生頻率偏差，兩個區域的ACE值仍不會使AGC機組動作。這時應中斷聯絡線控制，修改為零計劃值，ACE控制區域將斷線擾動視同增加或減少了與原聯絡線計劃交換功率相對應的負荷，則這兩個區域分別各自調頻，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)、三峽區域采用CFC，其它區域均采用TBC的控制方式，除三峽區域之外的任一區域發生負荷擾動，如果在該區域留有足夠負荷備用容量的條件下，該區域的AGC機組將承擔全部的負荷擾動量，使系統頻率偏差，各區域之間聯絡線功率偏差、各區域ACE值經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的頻率恢復加快，但聯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，系統頻率恢復越快，但是聯絡線的頻率波動亦隨之加大。

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

3.3 方案III基本控制特性的研究

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

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

華中網調采用TBC控制時，它與所屬各省網區域的TBC控制關系比較復雜。如果在網調所控制區域的某一省網發生負荷擾動時，網調所控區域ACE值不為零，它同時收集到的各省網區域的ACE信號，判斷負荷擾動發生的區域，并命令該擾動區域的網控AGC機組與省調AGC機組共同參與二次調頻，協助省調達到頻率和聯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各省網采用TBC的方式相同，最終的調整結果為電網頻率恢復為計劃值、聯絡線功率恢復為計劃值、各控制區域的ACE恢復為零值。

在上述調整過程中，如果擾動區域網調的AGC機組參與調節后仍不能滿足功率平衡的要求，由于華中網調采用TBC控制整個華中電網的頻率和聯絡線功率控制，它將命令非擾動區域的其它網調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域的功率平衡，而是為了整個華中電網對外部電網的功率平衡。最終的調整結果為電網頻率恢復為計劃值，華中電網與外部電網的聯絡線交換功率恢復為計劃值，參加輔助調節的三峽機組出力恢復到原始值。但參加AGC控制的區域ACE值不能恢復到零，華中網內部的部分聯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對外部電網的計劃交換功率控制，但是如果協調不當，也可能造成一些問題。設想華中各省網劃出某些AGC機組歸網調調度，如果某一區域發生負荷擾動，該區的ACE不為零，該區域的省控AGC機組將動作，以平衡該區域負荷擾動；華中區域的ACE亦不為零，華中網控的AGC機組亦將動作，如果這些機組在非擾動區域，將導致該非擾動區域的省控AGC機組動作以平衡該區域ACE值。由于非擾動區域的網控AGC機組增出力，省控AGC機組減出力，最后可使所有區域的ACE全部回歸至零。由結果分析不難看出，非擾動區域的網控AGC和省控的AGC機組動作相反，發生矛盾，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，如果擾動區域的AGC機組參與調節后仍不能滿足功率平衡的要求，非擾動區域的其它網調AGC機組將作為后備容量，調整出力來滿足華中電網功率平衡時，如果不中斷相應省網的TBC，也會造成上述控制混亂的問題。

綜上所述，要充分利用好網調TBC對整個華中電網的控制作用，必須協調好網調與省調的管理控制關系。做到在擾動發生后，首先網調應判斷擾動發生的區域，命令擾動區域的網調AGC機組與省調AGC機組共同參與二次調頻，協助省調達到頻率和聯絡線交換功率的控制；如果擾動區域網調的AGC機組參與調節后仍不能滿足功率平衡的要求，則網調可命令非擾動區域內的網調AGC機組參加功率調整，以滿足華中電網功率平衡的要求，同時，非擾動區域的省調應中斷TBC，否則將造成調節上的沖突。最終的調節結果是：華中將承擔本電網內全部的負荷擾動；電網頻率、華中電網與外部的聯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；如果擾動區域備用容量不足，網內部分區域各聯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，二灘采用TBC方式直接控制三萬線。二灘控制區域的頻率偏差系數K值取川渝電網的自然頻率響應系數，它所測量的ACE值將反映整個川渝電網的負荷波動情況。對于川渝區域外的故障，二灘AGC機組不會動作。對于四川區域或是重慶區域發生負荷波動，二灘區域產生的ACE值都將使二灘AGC機組動作。川渝擾動區域（四川或重慶）產生的ACE亦會命令該區域的AGC機組參加二次調頻，這時三峽區域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，將加快系統頻率和聯絡線交換功率的恢復至擾動前的狀態。如果擾動區域有足夠的負荷備用容量，二灘所起作用類似CFC，作為電網的輔助調頻。如果擾動區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域調整容量的缺額部分，以保證整個川渝電網的功率平衡，而不會由三峽機組承擔，這時電網頻率恢復到計劃值，川渝電網外送功率為計劃值，但川渝網內部的區域聯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負責控制川渝電網的功率和頻率，進一步保證川渝電網、華中電網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，由于華中網調和二灘分別負責兩大電網的TBC，避免了由三峽CFC控制區域承擔各省網AGC容量缺額的可能性，使川渝和華中電網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電網間的自負盈虧關系。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個控制區域均采用TBC。

表1 擾動區域有足夠備用，電網恢復情況

研究方案 電網頻率 恢復時間 聯絡線功率 恢復時間 ACE恢復值 AGC機組出力 
方案I 30秒 30秒 ０ 擾動區AGC機組承擔功率缺額

方案II 20秒 30秒 ０ 擾動區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AGC機組承擔功率缺額
三峽機組參加輔助調頻
擾動區在川渝，二灘機組也參加輔助調節

表2 擾動區域AGC備用容量不足（包括省網內網調AGC機組）

研究方案  電網頻率 恢復時間  聯絡線功率 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０
＊擾動區不恢復  ＊非擾動區機組一次調節，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區恢復
＊擾動區及三峽不能恢復  ＊非擾動區０
＊擾動區不恢復  ＊非擾動區機組一次調節出力恢復
＊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調節區恢復
＊川渝、華中、三峽間的交換功率恢復計劃值
＊大網內擾動區不能恢復  ＊非擾動區０
＊擾動區不恢復  ＊非擾動區機組一次調節出力恢復
＊三峽輔助調頻機組出力恢復
＊擾動在華中：網調非擾動區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，網調TBC協調，國調（三峽）CFC輔助的三級調頻機制，對電網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，在本區域發生負荷擾動時，命令該區域的AGC機組動作，實現平衡本區域的負荷波動自負盈虧，維持本區域和鄰近區域交換功率為規定值，同時維持系統頻率偏差在允許范圍內，這樣省調TBC起基礎調頻作用。

b) 網調采用TBC控制，在網調所控制區域的某一省網發生負荷擾動時，網調所控區域ACE值不為零，但它不立即命令網控AGC機組動作，它必須收集到的各省網區域的ACE信號，判斷負荷擾動發生的區域，如果省調AGC機組有足夠的負荷備用容量，可達到頻率和聯絡線交換功率的控制的調整要求，則網控AGC機組不再參與二次調頻；如果擾動區域的AGC機組無足夠的負荷備用容量，則網調將命令該擾動區域的網控AGC機組參與二次調頻，協助省調達到頻率和聯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。三峽作為全網的輔助調頻控制，任何一個區域發生負荷擾動，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的輔助TBC控制，它只在四川或重慶區域發生負荷擾動的情況下才參與調節，在四川和重慶區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頻率控制方案均可以滿足系統頻率控制的要求。增加CFC控制區后，可以提高系統頻率偏差恢復的速度。

2) 系統備用容量出現不足的情況下，方案III可以更加有效地控制系統頻率、聯絡線偏差，使川渝和華中電網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電網間的自負盈虧關系。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調TBC對整個華中電網的控制作用，必須協調好網調與省調的管理控制關系。這種方式可靠地保證了電網頻率的恢復，參加輔助調節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對外部電網的計劃交換功率控制。

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