1　前言
　　三峡电力系统覆盖我国中部沿江八省二市，2010年该系统总装机容量将超过200GW，对沿长江地区的社会生活和国民经济发展具有重大意义。三峡电力系统的建设投运，将给电力系统运行带来一系列新的问题。如何解决这些问题，将直接影响三峡电力系统的安全、优质、经济运行，也会对全国联网带来深远的影响。在涉及三峡电力系统运行的诸多问题中，如何调整系统运行频率是一个直接关系到系统安全和电能质量的问题。由于三峡电力系统的规模巨大，无法再沿用过去传统的调频方式；由于我国调度管理体制与国外不同，也无法照搬国外的运行经验。因此，必须根据三峡电力系统的实际情况，寻找出一套适合我国的调频运行方案。这一调频方案既要满足系统安全、优质、经济运行的要求，又必须兼顾各方的经济利益，做到调度运行上的公平、公正和合理。

2　三峡电力系统调频运行的基本原则
　　三峡电力系统是一个由多个相对独立的发电控制区组成的联合电力系统，其实际运行过程涉及多方面的问题和利益。因此三峡电力系统的调频运行方案应结合系统本身的特点加以考虑，满足以下基本原则：
　　(1)三峡电力系统的调频运行方案应遵循电力系统运行的客观规律，保证系统安全、优质运行；同时，应当充分利用水力资源，为国家节约一次能源。
　　(2)三峡电力系统的调度管理体制比较复杂，其中三峡电站及其送出系统(以下简称三峡输电系统)由国调管辖；华中电网由华中网调及相应省调调管；华东电网由华东网调及相应省调调管；川渝电网由四川省调和重庆市调调管；国调与华东网调、华中网调、四川省调和重庆市调之间又是上、下级关系。系统调频运行方案应能与这样的调度管理体制相配合，体现统一调度、分级管理的原则。
　　(3)三峡电力系统中水电占有相当大的比重，其主要水电厂(如三峡、二滩、五强溪、隔河岩、葛洲坝等电厂)调节性能相对较差，丰水期来水量大，为充分利用水利资源，原则上应尽量提高机组发电量；枯水期来水量少，最小出力约只有最大出力的10%～30%。因此，系统调频方案应能适应系统运行方式这样巨大的变化，不仅要考虑系统正常运行方式下的典型方案，而且要关注在三峡电站等大型水电厂退出调频运行条件下的系统调频方案。
　　(4)三峡电力系统是一个互联电网，系统内各电网分别由不同的经营实体经营和管理，代表着各自的经济利益。这就需要在维持系统频率恒定的前提下，同时兼顾各方利益，体现公平、公正和合理的调频原则。

3　三峡电厂调频能力分析
　　三峡电厂以其18200MW的装机容量和机组的高度自动化运行水平在三峡电力系统中有着举足轻重的作用。如充分发挥三峡电厂的快速调整能力，可以大大提高整个系统的调频性能，提高系统的安全稳定运行水平和电能质量。
　　三峡电厂26台700MW机组将在2003年至2009年间陆续建成投产。按目前的建设进度和华东、华中、川渝电网的发展预测，2005、2010年三峡电厂装机容量占三峡电力系统统调装机容量(含三峡)的比重分别为4.89%和9.05%，三峡电厂可调出力占三峡电力系统统调负荷的比重分别为5.35%和12.87%。由于华东电网通过直流系统与三峡电厂相联，因此三峡电厂的调频容量主要用于由华中、川渝电网和三峡电厂组成的三峡西部交流互联系统(以下简称三峡西部系统)。在该系统中，三峡电厂的装机容量在2005年和2010年分别占系统统调总装机容量的10.08%和19.52%，三峡电厂可调容量占系统统调最高负荷的10.62%和24.98%。

表1　三峡电厂与三峡电力系统2000～2010年统调装机与负荷情况
Tab.1　The installed units capacity of Three Gorges hydro plant and Three Gorges power system and the system load between 2000～2010)

在2005年以后，三峡电厂的装机容量在系统中所占比重是相当大的。尤其对于调频运行来讲，在不考虑华东电网的情况下，三峡电厂在三峡西部系统中所占比重更大。如果考虑三峡电厂进行调频运行，频率调节范围为±0.1Hz，华中、川渝电网负荷频率调节效应系数为1%，此时三峡电厂所应担负的调频备用在2005年和2010年分别为530MW和750MW，为当时电厂可调出力的10.6%和4.12%，从电厂容量上完全可以担负起系统的调频任务，而且在此后的一段时间内也完全可以胜任系统调频的重任。

4　大区电网间系统运行方案
4.1　华东电网与三峡西部系统间运行方案
　　三峡电力系统可分成三峡西部系统(三峡输电系统、华中电网、川渝电网)和三峡东部系统(即华东电网)两大交流同步系统。东部系统与西部系统通过三组±500kV双极直流输电系统联络，进行功率交换，实现水火电互补，发挥电网的互联效益。直流联络的优点在于能把两个非同步运行的交流系统联系在一起，而且直流联络线的交换功率在正常频率变动范围内保持恒定。因此，华东电网的调频运行是相对独立的，可以与其他电网的调频运行分开考虑。直流互联的电网可以实现紧急支援，当直流两侧的任一交流系统发生事故时，直流系统可以根据事故的大小，进行快速功率控制，输送支援功率。
4.2　三峡西部系统大区电网间调频运行方案
　　根据三峡西部系统的特点，大区电网之间调频运行AGC控制方式考虑3种方案。
　　方案1　三峡输电系统采用定功率控制(FTC)；华中电网、川渝电网采用联络线功率和频率偏差控制(TBC)；华中电网采用定频率控制(FFC)；华东电网与西部交流系统之间通过直流系统相连。
　　方案1的主要特点为：
　　(1)充分发挥三峡电厂的调频能力，有利于系统频率的改善。
　　三峡电厂是系统内最大的水电厂，具备相当大的调整容量，机组自动化程度高，控制手段先进，调节速度快，是一个性能良好的调频厂。需要指出的是，三峡电厂虽然作为一个调频厂，但它与目前国内各电网中的调频厂有明显的不同，只是在频率调整过程中短时间调整出力，待频率及各控制区的区域控制误差恢复正常后，仍然维持原有的出力运行。
　　 (2)体现了公平、公正的调频原则。
　　华中电网、川渝电网均采用TBC控制方式。TBC的显著特点是各电网内的负荷、出力变化由本电网负责跟踪调整，其他电网只提供支援功率，各控制区内部的负荷、功率不平衡必须经自己努力加以清除，不能长期占用其他控制区资源。华东电网虽然采用FFC方式，但它与三峡西部系统相对独立，只负责本网的频率调整。
　　(3)与三峡电力系统的调度管理体制相适应
　　在三峡电力系统中，三峡输电系统、华中电网、华东电网、川渝电网分别由国调、华中网调、华东网调、四川省调和重庆市调负责调度。方案1正好与这样的调度体制相适应，符合电网统一调度、分级管理的原则。这不仅使得各调度机制之间职责分明，也便于AGC的运行和管理。
　　方案2　三峡输电系统与华中电网作为一整体，采用定频率控制方式(FFC)；川渝电网采用TBC方式；华东电网采用定频率控制方式(FFC)；华东电网与西部交流系统之间通过直流系统联结。
　　该方案的特点是有利于扩大系统调频容量，可以提高频率的调整速度和调整范围。其原因在于这种方案中参加FFC控制的调频厂，除三峡电厂外，还可以包括华中网内的其他水电厂。频率的快速恢复不仅改善了电能的质量，也有利于系统的稳定运行。当然，方案2的关键是要协调好三峡电厂与华中电网的关系，分清职责，安排好三峡电厂的运行方式和联络线的计划。
　　方案3　三峡输电系统采用联络线功率与频率偏差控制方式(TBC)；华中、川渝也采用TBC方式；华东采用FFC方式；华东电网与西部交流系统之间通过直流系统相连。
　　在方案3中，华中系统、三峡输电系统、川渝系统均采用TBC方式。从理论上讲，这样的AGC配合最能体现公平公正的调频原则，但这种方案限制了三峡电厂作为一个快速、大容量、性能良好的水电厂的调频作用。若某一系统发生较大的负荷变化，则主要依靠本网的AGC调整容量来平息频率波动。

5　大区电网中各省市电网间的调频运行方案
5.1　华中电网内各省间AGC方案
　　华中电网由湖北、湖南、河南、江西四省网组成，其调频运行方案有2种：四省网均采用FTC方式或均采用TBC方式。
　　考虑到华中电网中具有良好调频能力的主力水电厂大部分由华中网调调度管辖，四省电网中可供调频的机组主要是火电机组。从这一点看，四省网AGC采用FTC方式是合理的。但须注意，在某一省网发生负荷变化时，四省的ACE均不为零，其AGC都会参与调整，但这种控制并不是以消除系统频率偏差为目的，而是以消除联络线功率偏差为目的，即实现ΔP＝0。这将不利于频率的及时恢复。
　　当四省网均采用TBC方式时，则可以解决上述问题，这是由TBC的性质决定的。当某一省网负荷变化时，系统频率会改变，经系统主调频厂及各控制区出力调整使频率恢复到正常范围后，除了该网的ACE不为零外，其它三省网的ACE均为零。这意味着这三个省网的AGC不会参与过多的附加控制，使得频率调整能有序地进行。
5.2　华东电网各省市网AGC方案
　　华东电网由上海市网、江苏省网、浙江省网和安徽省网组成。华东网调的直属厂(新安江、富春江及望亭厂)都是较好的调频厂。网调采用FFC，负责全网的频率调整较为合理；各省市网采用TBC方式较合理。
5.3　川渝电网内AGC方案
　　川渝电网由四川省网和重庆市网两个独立省级电网组成，通过500kV、220kV联络线联网运行。国调直接调度川、渝网间联络线和川渝电网内最大的水电厂——二滩水电厂。二滩水电厂装机3300MW，具有相对较好的调节性能。充分发挥二滩水电厂的调节作用，可以更好地保证川渝电网按预先制定的运行方式运行。根据川渝电网的实际情况，可采取如下几种调度方案：
　　方案1　四川省网、重庆市网都采用TBC方式控制各自的区域控制误差。二滩水电厂划入四川省网由四川省调进行调度管理。
　　方案2　四川省网、重庆市网都采用TBC方式，但四川省网负责控制川渝电网与三峡输电系统的联络线。二滩水电厂划入四川省网由四川省调进行调度管理。四川省调负责调整川渝电网的区域控制误差。
　　方案3　四川省网采用TBC方式，重庆市网采用FTC方式，四川省网负责控制川渝电网与三峡输电系统的联络线。二滩水电厂划入四川省网由四川省调进行调度管理。四川省调负责调整川渝电网的区域控制误差。
　　方案4　四川省网、重庆市网均采用TBC方式控制各自的区域误差。二滩水电厂由国调直接进行调度管理，负责调整川渝电网区域控制误差。
　　方案1、2、4采用相同的控制方式，但出发点是不一样的。方案1，两网各司其职，共同进行频率调整；由于二滩水电厂划入四川电网，将有利于四川电网的调整，但重庆电网将不能分享二滩水电厂的调节能力。方案2考虑到四川电网内水电比重较大，又有多座大型水电厂(如二滩、龚嘴等)，这些水电厂调整容量较大，机组自动化水平较高，适合进行快速、灵活的调节，因此由四川省网担负川渝电网的ACE控制，可以保证川渝电网的正常运行。但由于四川电网和重庆电网均为独立的省级电网，而川渝电网与三峡主系统联络线不与四川电网直接相联，因此在调度体制和关系上会给四川省网控制川渝全网控制误差带来困难。方案3是目前川渝电网调频方式的变形，即四川省网负责川渝电网的频率调整，重庆市网负责维持联络线功率恒定。方案4由国调通过二滩水电厂直接控制川渝电网控制误差，四川电网和重庆电网各自以TBC方式控制其区域控制误差。这样，既可充分发挥二滩水电厂的调节能力，又与目前的调度管理体制相协调。但问题在于国调必须增加一套针对川渝电网的AGC装置，因而可能会使国调端AGC装置更复杂。

6　推荐方案
　　根据拟定的三峡电力系统调频运行的基本原则和对几种可能调频运行方案的比较，本文拟推荐如下方案，即：以三峡水电厂为系统主调频电厂，三峡输电系统采用定频率控制方式，快速调节系统频率偏差；其他大区电网和各省、市电网运行方式如下(三峡电力系统AGC运行方式框图见图1)。

图1　三峡电力系统AGC运行方式框图
Fig.1　The diagram of AGC operation of three gorges power system

　　(1)大区电网之间AGC
　　华中电网采用TBC方式，其网调AGC所设定的联络线仅包括华中电网与三峡输电系统间的联络线；川渝电网采用TBC方式，国调以二滩水电厂为主调节厂直接控制川渝电网与三峡输电系统之间的联络线；华东电网采用FFC方式；华东电网与三峡输电系统以直流系统相连，在系统紧急状态下进行事故支援。
　　(2)大区电网内省市网AGC
　　在华中电网中，四省电网均采用TBC方式；在川渝电网内，四川省网和重庆市网都采用TBC方式；在华东网内，三省一市也都采用TBC方式。
　　在实际运行调整过程中，各级调度调管机组的出力调节性能不同，通常情况下三峡输电系统AGC动作速度最快，大区网调及二滩电厂的AGC动作速度快于各省、市网的AGC。但从运行上的灵活性和经济性考虑，各控制区也可适当调整其AGC的调整速度(下级电网的AGC调整速度可以超过上级电网AGC，甚至超过主调频电厂AGC的调整速度)，以便快速调整本控制区的区域控制误差，保证系统正常运行。
　　推荐方案的主要优点：
　　(1)能充分发挥三峡电厂及系统内其它大型水电厂的良好调频能力，加快频率的恢复速度，有利于提高电能质量和系统运行的安全性。
　　(2)体现公正、公平调频原则。若省市网AGC均采用TBC方式，各省负责平衡本网的负荷变化，责任分明。虽然三峡输电系统和华东网调采用FFC方式，但是AGC控制的机组只是在频率恢复过程中短时间调整出力，待发生区域控制偏差(ACE)的大区电网或省网ACE回零后，参加快速调整出力的水电厂同时回到计划值运行。
　　(3)与三峡系统的调度管理体制相适应，符合统一调度、分级管理的原则，有利于AGC系统的运行和管理。

7　特殊运行方式
7.1　三峡电厂建设过渡期间系统调频运行方案
　　根据推荐的三峡电力系统调频运行方案，三峡电厂建成以后，正常情况下三峡水电厂作为系统主调频电厂，快速调节系统频率偏差。但由于三峡电厂采取分期建设的方式进行，机组按计划分年度投产。因此，在三峡电厂投运初期(2003～2005年)，三峡电厂投产机组较少，且由于三峡大坝初期水位限制，机组不能满出力运行，三峡电厂总装机容量和可调出力相对较小。表2列出了三峡电厂机组投产过程中三峡电力系统负荷及三峡电厂装机变化情况。
　　由表2可以看出，在2005年以前，三峡电厂装机容量和可调出力较小。2003年至2005年，三峡电厂装机容量分别只占三峡西部系统最高负荷的2.4%、6.6%和10.3%，电厂很难单独承担系统调频的任务。此时三峡电厂装机容量尚小于电厂保证出力，如果进行调频运行，必将造成三峡电厂在枯水期的不合理弃水。2005年以后，随着三峡电厂装机数量的增加，加之三峡大坝的建设，水库水位升高，机组可以满出力运行，三峡电厂的可调出力大大增加，在系统中所占比例也逐渐增加，由2006年的17.2%增加至2010年的24.2%，电厂调节能力显著增大。为此，根据三峡电厂实际建设情况和系统负荷发展情况，系统调频运行方式采用分阶段运行方式：

表2　三峡电厂装机进度及系统负荷情况
Tab.2　The installed units capacity and system load during the construction of Three Gorges hydro plant