火電機組一次調頻特性探討

范華一

(國網能源哈密煤電有限公司,新疆哈密 839000)

火電機組一次調頻特性探討

范華一

(國網能源哈密煤電有限公司,新疆哈密 839000)

隨著國家電網中大容量機組的數量不斷增加,國內電網結構也不斷改變,維護電網的穩定性具有重要的現實意義。電網頻率是衡量電能質量的主要標準之一,是電網穩定的基礎,在實際應用中,火電機組一次調頻特性的優劣對維持電網頻率的穩定具有重要作用。本文就是在介紹火電機組一次調頻概念的基礎上,對火電機組一次調頻的參數和特性進行了分析。

火電機組 一次調頻 特性

1 一次調頻概述

所謂一次調頻[1]，指在火電機組并入電網且參與運行時，由于受到外界作用導致電網頻率不平衡，電網中各機組隨電網頻率變化情況，其調速系統通過一次調頻提高或降低機組功率，以使電網頻率恢復平衡的過程。需要說明的是，電網頻率的變化程度僅限一定范圍內。一次調頻具有頻率調節快捷方便特點，但由于受整體發電機組制約，其調整量受限。

2 一次調頻的主要參數

影響火電機組的一次調頻性能的因素較多[2-4]，主要從以下幾個指標的設置方面進行分析：(1)速度變動率σ，作為調節系統中最重要的指標，主要反映機組一次調頻的能力。依據自動調節原理，速度變動率σ近似于調節系統中比例帶，既反映了一次調頻能力又反映了系統的穩定性。一般情況下，機組對電網調頻的能力隨著速度變動率σ值增大而越弱，而機組穩定性越強；相反，機組對電網調頻的能力隨著速度變動率σ值減小而越強，而機組穩定性越弱。對承擔基本負荷機組而言，速度變動率σ值設置較大，以降低電網周波變化對機組功率的影響，從而維持機組能夠長期穩定運行。對承擔尖峰負荷機組而言，速度變動率σ值設置較小，以分擔部分由于電網周波變化引起的負荷。通常情況下，火電機組調速系統的速度變動率σ值設置為4%左右。(2)調頻死區，對其進行設置主要為防止電網頻率波動范圍較小時，汽輪機調門頻繁波動而造成設備運行存在隱患，可見設置調頻死區對機組一次調頻影響較大。進行調速系統調頻死區設置，既可以避免電力系統內波動頻率小且有周期性的隨機波動，減少閥門位置和調速系統運行頻率，保證發電機組穩定性，又可以降低由于系統不靈敏區存在造成頻率和聯絡線功率幅值及時間的加重，并且減少二次調頻的負荷。調頻死區的設置必須合理，若設置過大，則導致機組喪失部分調頻功能；若設置過小，則導致機組運行過于頻繁并造成機組運行存在安全隱患。通常情況下，火電機組一次調頻死區的設置小于±2r/min(士0.0034Hz)。(3)響應滯后時間及穩定時間，響應滯后時間通常反映機組一次調頻的快速性，穩定時間指的是在機組進行一次調頻并穩定電網頻率后，其負荷達到要求值的用時。國家規定，通常要求響應滯后時間不大于3秒，穩定時間不大于60秒。機組一次調頻系統的響應滯后時間和穩定時間必須按照國家規定執行，否則負荷變化后機組安全穩定性無法達標。(4)負荷變化幅度，其參數設置是防止調頻系統頻率過快時導致發電機出力瞬時增加或者減小造成機組無法安全運行。負荷變化幅度一般有設置最大值，若頻率過大，機組負荷將在限定的范圍內變化，不隨頻率變化而改變。通常火電機組負荷變化幅度設置大于機組額定負荷的±6%。

3 一次調頻的特性研究

(1)火電機組典型調速系統控制方式主要有汽輪機調速側一次調頻、CCS側一次調頻和CCS+DEH共同作用下的一次調頻三種。火電機組采用的DEH(數字電液調速系統)可完成一次調頻，并且其進行一次調頻時具有執行機構線性度優良、控制精度高以及閥門遲緩率低等優點，有效的加強了發電機組轉速負載控制的動態或穩態特性。CCS側一次調頻類似于DEH，其調頻具有調節級壓力控制、轉速偏差控制以及功率控制等，并且這些控制多數都在CCS系統中完成，相比于DEH，在汽輪機和鍋爐間協調上更具優勢。將DEH和CCS結合使用時，DEH負責轉速偏差控制，CCS負責調節級壓力和功率控制，因此，調門開度指令實際上是DEH和CCS發出指令的疊加，但是采用此方式時應具體問題具體分析[5-6]。(2)影響一次調頻能力的參數分析，主要從改變調速器執行機構的時間常數和改變執行機構前的限幅進行討論。容器或類型不同的機組其執行機構時間常數值不同，一般在0.2-1.5范圍內，通過改變調速器執行機構的時間常數發現，調門開度指令變化速度隨著時間常數的增大而降低，隨著時間常數的減小的增大。在汽輪機調速系統內閥門指令傳至閥門動作的執行之前，指令需經過一個限幅，限幅的大小影響著機組參與一次調頻的特性，研究發現限幅值相對較小時，其對一次調頻響應速度的抑制作用較強。(3)調速控制方式對一次調頻能力的影響，前面研究可知，三種典型的調速模式分別是僅CCS側投入一次調頻、CCS側和DEH側同時投入調頻、CCS側手動與DEH側自動同時投入調頻。通過對比發現，在對汽輪機輸出功率影響方面，CCS側和DEH側同時投入調頻與僅CCS側投入一次調頻差別不大，分析原因可能是CCS側和DEH側都有同樣的轉速偏差控制，并且CCS側對轉速偏差的響應較快，造成DEH側對調門開度指令的優越性未表現出來。在采用CCS側手動與DEH側自動同時投入調頻時，系統受汽輪機主蒸汽壓力調節回路的影響，使用機組原有的蓄熱將汽輪機調門開度打開，以提高出力力度，同時隨著蓄熱量的降低，汽輪機調門受功率調節回路影響恢復到原來位置，因此DEH側并未達到一次調頻效果。

4 結語

隨著國家電網發展迅速，電力系統規模不斷增大，機組容量日益增高，社會和人們對電力系統的安全性和穩定性要求也不斷提高。一次調頻作為維護電網安全穩定、提高電網質量效能的重要措施，越來越被人們所重視。當前，不斷優化一次調頻功能特性，加大一次調頻的投入力度，將是電力行業工作的重中之重。

[1]趙志軍,徐欣航.火電機組一次調頻功能及試驗方法[J].河北電力技術,2008年2月,第27卷第1期(7-8).

[2]張斌.火電機組一次調頻策略分析及應用[J].華東電力,2002.12：65-69.

[3]趙成玉,張樹郁.300Mw火電機組一次調頻功能的實現與探討[J].華北電力技術,2006.4：14-18.

[4]瞿進,彭小強.一次調頻在黔西電廠的實現[J].貴州電力技術,2007.9：11-13.

[5]尹峰.CCS參與的火電機組一次調頻能力試驗研究[J].中國電力,2005,38(3)：74-77.

[6]呂凱.DEH系統一次調頻問題的分析與探討[J].西北電建,2007.2：60-65.