一次调频功能在哈三电厂发电机组中的应用

　　摘要：本文叙述了一次调频的功能、对电网稳定的作用；分析了一次调频在在哈三电厂DEH+CCS控制方式下的控制策略；介绍了一次调频功能在哈三电厂的调试和试验。
　　主题词：一次调频，DEH+CCS控制策略，实验
　　1. 概述
　　电力系统频率和电压是电能的两大重要质量指标。电力系统频率偏离额定值过多，对电能用户和电力系统的设备运行都会造成危害。大型电力系统具有许多优点，因此现代电力系统的规模越来越大，而随着电网的不断扩大，以往靠调度员指令和人工操作来维持电网负荷、频率的方式已不能适应现代化电网安全、优质、经济运行的要求，为尽快适应华电公司新的区域误差控制标准的要求，满足电网调频的需求，提高电网供电品质，哈尔滨第三发电厂的二台600MW的国产机组，在机组完成协调试验以后，进行了一系列的工作，将二台机组的调频功能投入使用。
　　2. 机组的频率调节
　　电力系统频率和有功功率控制通常称为电力系统自动发电控制（AGC），它是通过控制发电机有功出力来跟踪电力系统负荷变化，从而维持频率在额定值。维持电力系统频率在额定值，是靠控制系统内所有发电机组的有功功率输出总和与系统内的所有用电设备消耗的负荷相等来实现，当上述平衡关系被打破时，频率也就发生偏移，即系统内有功功率输出小于消耗的负荷时，电网频率将降低，系统内有功功率输出大于消耗的负荷时，电网频率将升高，因此电力系统负荷调节与频率调节并不矛盾，它们调节的方向是一致的。
　　机组的调频功能是指电网发电有功功率与负荷发生不平衡后，机组调速系统根据电网频率发生的变化（频率偏差△f）改变机组的出力，将电网频率维持稳定在50Hz左右允许范围内。
　　一次调频与二次调频都是通过机组的调速系统来调节汽机调门的开度，最终达到调节电网频率在允许的范围以内，也就是电网有功功率平衡的目的。由于一些习惯问题，人们往往将它们统称为一次调频，以下所说的一次调频功能实际上是二次调频，就不再细分了。
　　机组参与电网一次调频的程度取决于汽机调节系统速度变动率（调节系数）和不灵敏度（频差死区）。速度变动率反映了机组一次调频能力的大小，而频差死区则反映了系统一次调频作用的起始点。
　　3．一次调频在DEH系统的控制策略分析
　　电网对一次调频机组的第一要求就是快速响应，包括对组态逻辑以及执行机构。哈三电厂汽轮机组采用数字计算机和高压抗燃油执行机构，系统时间常数小，控制精度、频率响应的准确性均能满足东北电网对于一次调频快速性的要求。
　　对于理想状态下的DEH系统，应当在全范围内参与电网调频。但由于我国电网的实际情况，如从电网容量和电网稳定性的因素考虑，以及单元机组本身安全稳定运行的要求，一般机组在低负荷和高负荷时，均不参与一次调频。例如，200MW机组负荷在120MW和200MW区间内，参与电网的一次调频；600MW机组负荷在360MW和600MW区间内，参与电网的一次调频。
　　一次调频在DEH系统控制策略的核心，是根据机组调门的流量特性确定的转速与功率关系的频差函数，即一次调频负荷补偿曲线。这个函数确定了该机组一次调频的死区、不同区间内一次调频的能力、一次调频的高低负荷限制等。一次调频死区的设置可以有效防止电网频差在小范围变化时汽轮机调门频繁动作；一次调频最大负荷是反应机组一次调频能力的重要指标。通过表1中所列为200MW机组和600MW机组一次调频的主要参数的对比，我们不难看出600MW汽轮发电机组改善电网频率的能力是优于200MW汽轮发电机组的。
　　表1一次调频参数表

　　根据频差函数，确定了一次调频在DEH系统的控制策略，图1所示为200MW机组控制逻辑方框图。
　　
　　图1一次调频在DEH系统的控制策略
　　如图1所示，DEH系统的控制策略是将一次调频需要的负荷增量直接叠加到功率信号上，通过转速回路、功率回路、调压回路以及阀门管理程序来完成一次调频的控制过程，实现一次调频的快速反应。但这个调节控制过程是有差调节，调频的目标负荷与实际负荷存在偏差，需要CCS系统进行相应的动作，实现能量平衡。
　　4．一次调频在CCS系统的控制策略分析
　　一次调频在CCS系统中的控制目的是快速消除目标负荷与实际负荷的偏差，保证机组功率和频率均达到电网要求。为了快速响应DEH系统引起的汽机调门的变化，在CCS系统中，将DEH系统一次调频引起的负荷增量直接叠加到CCS控制系统中负荷的计算上。叠加了一次调频的负荷指令分别送给炉主控和机主控，通过对燃料量的调整和汽机调门的操作，消除负荷上存在的偏差，实现快速动作。对于CCS系统，一次调频的投入是一个较强的扰动。为了保证汽轮发电机组的运行安全性，以及CCS系统与DEH系统对调门控制的一致性，对CCS系统的三个方面进行了限制。
　　5．一次调频的限制
　　5．1一次调频的负荷限制
　　在低负荷工况运行时，由于机、炉两侧的蓄热能力低，机组参与一次调频时，机侧会导致汽机调门的突然开大或减小，炉侧会导致燃料量的大幅度波动，从而引起汽包水位、炉膛压力、主汽压力和主汽温度自动调节的不稳定，甚至威胁机组的安全稳定运行，所以，设置了一次调频投入的负荷下限。
　　考虑到高负荷运行时，机组参与一次调频可能会出现机组过负荷运行的工况，设置了投入一次调频的负荷上限。
　　5．2一次调频的速率限制
　　一次调频的对于CCS系统是一个较强的扰动，出于对控制系统安全性的考虑，扰动的增加率不能超过CCS系统所能承受的最大负荷变动率，所以对DEH送来的一次调频负荷的变化速率必须加以限制。
　　基于以上考虑，确定了一次调频在CCS系统的控制策略，图2所示为200MW机组控制逻辑方框图。
　　
　　图2一次调频在CCS系统的控制策略
　　6．DEH+CCS控制方式下的一次调频实验
　　6．1实验条件及实验过程
　　进行一次调频实验前，保证相关信号的正确可靠，这些信号包括：机组转速、机组负荷、调速级压力、主汽压力、再热汽压力、汽包水位、炉膛压力、频差值、频差转速、主汽温度等。
　　确认机组DEH系统处于遥控方式，CCS系统投入，其它各系统自动投入后，方能进行一次调频实验。
　　对200MW汽轮发电机组，机组负荷稳定在170MW、转速稳定在3000r/min后，强制转速定值为3020r/min，检查一次调频动作情况，并记录机组各主要参数。如表2所示。
　　表2转速定值为3020r/min的一次调频实验数据

　　对200MW汽轮发电机组，机组负荷稳定在170MW、转速稳定在3000r/min后，强制转速定值为2980r/min，检查一次调频动作情况，并记录机组各主要参数。如表3所示。
　　表3转速定值为2980r/min的一次调频实验数据

　　6．2实验数据分析
　　在DEH+CCS控制方式下，一次调频投入后，机组调门快速动作，负荷反应迟延时间为2s（小于3s），机组达到最大负荷变动量时间为10s（小于15s），机组的实际出力与响应目标偏差的平均值基本可以在±5%以内，在45s内负荷达到机组应补偿的负荷量16MW，机组主汽压力变化不超过0.12MPa，机组运行稳定，一次调频功能的各参数基本满足《东北电网发电机组一次调频调度管理暂行规定》对火电机组的有关要求。
　　
　　7．结论
　　经过长期的实践表明，一次调频功能对机组稳定影响并不大。采用DEH系统与CCS系统联合控制策略是机组参与一次调频的最优控制方式。依靠DEH系统的快速响应特性，以及CCS系统对于功率偏差的调节能力，保证了机组在安全稳定运行的基础上，能够安全可靠、快速准确地参与电网的一次调频。因此电力系统各大电厂应该齐心协力做好一次调频的工作，为维持电网频率稳定，提高供电质量而努力。

《一次调频功能在哈三电厂发电机组中的应用》

本文由职称驿站首发，您身边的高端学术顾问

文章名称： 一次调频功能在哈三电厂发电机组中的应用

文章地址： https://m.zhichengyz.com/p-10179