提高火電機組一次調頻性能的措施

張恂，肖明偉

（華電淄博熱電有限公司，山東淄博255054）

提高火電機組一次調頻性能的措施

張恂，肖明偉

（華電淄博熱電有限公司，山東淄博255054）

以2×330 MW機組為例，分析研究火電機組一次調頻存在的主要問題，探索如何結合電網考核標準提高機組一次調頻性能，采取信號的同源改造及優化控制等措施，有效提升機組的調頻性能，在滿足機組安全穩定運行的同時維持電網頻率的穩定。

一次調頻；信號同源改造；考核標準；邏輯優化

0 引言

“十三五”期間，山東電網進入以“特高壓”為特征的快速發展期。根據國網公司統一規劃，“東縱”（錫盟—濟南）、“北橫”（榆橫—濰坊）特高壓交流工程將分別于2016年、2017年年中投產，到2020年，山東省接受省外來電將達到3 750萬kW，是2015年的5倍，約占全網用電的二分之一。

隨著山東電網外受電力的大幅提高，同時網內風電、光伏新能源及核電在電源結構中占比持續攀升，系統轉動慣量以及頻率、電壓調節能力總體呈下降趨勢，安全基礎不斷削弱。作為電網調頻調峰的主力，火電機組的性能得到日益重視，山東電網已經對小擾動進行考核，山東電網從2014年依據國網下發的《火力發電機組一次調頻試驗導則》以及《華北區域發電廠并網運行管理實施細則》、《華北區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》，對一次調頻進行相關試驗和指標考核。

1 一次調頻存在的主要問題

山東省一次調頻的日常小擾動測試已經進行了2年，省內絕大多數機組基本都能滿足調度的考核標準要求。以2016年2月份為例，全省共計85臺火電機組納入一次調頻考核，剔除暫時不計入考核的AGC-R模式（AGC PROPR模式的簡稱，即機組基本功率按相同可調容量比例分配且無條件承擔調節量［1］）后，62臺機組的一次調頻動作合格率大于80%，占比72.9%；23臺機組的一次調頻動作合格率小于80%，占比37.1%。從數據看，經過兩年來的分析改進，省內機組的一次調頻合格率得到普遍提升。但在實際運行中，仍存在諸多問題。

1.1 測量信號問題

信號源不統一。對照山東省調度中心下發一次調頻考核數據，在DCS歷史曲線中觀察負荷變化情況，發現部分工況下，電廠側一次調頻動作而電網側無一次調頻動作，并且動作次數很多，誤動作極高。因此，一次調頻問題的根源在于信號源的不統一，電網考核所用信號為PMU根據周波計算得出，而機組CCS和DEH控制所用為轉速，兩者之間不同源。同時，部分電廠一次調頻控制邏輯中，在CCS側采用頻率信號進行頻差計算，而在DEH側采用汽輪機轉速信號進行頻差計算，也會造成信號不統一。

信號測量精度。機組一次調頻控制采用的汽輪機轉速信號一般通過磁阻發信器來測量［2］，其測量精度基本為0.5，測量誤差較大。調度考核所用的PMU精度能達到0.001，因此，轉速信號的測量精度不能滿足一次調頻考核的要求。

1.2 汽機調速閥門控制問題

火電機組投產后連續運行周期較長，大修周期一般為4年，主機調速閥門的線性和靈敏度等在機組運行時間較長后均可能發生改變。DEH系統設置的流量特性曲線與調節閥實際流量特性不符合，汽機調速閥門的靈敏度及流量特性等隨工況的變動而變化，使得閥門輸出指令與實際負荷變化不對應，機組在不同工況下調速閥門響應不同，從而造成一次調頻動作效果的差異。同時，汽機調速閥門本身反應所存在的遲延對一次調頻控制也產生負面影響。

1.3 閥門運行方式影響

為了減少節流提高機組效率，火電機組在正常運行時都采用順序閥控制方式運行，只有極少數工況下采用單閥控制方式運行。順序閥運行方式下，當調速閥門位置處于重疊區時，汽輪機調速閥門之間若存在死行程，則在這個區域里閥門的開度與汽輪機進汽量不對應，一次調頻響應不靈敏，影響一次調頻效果。

1.4 壓力控制方式影響

對于采用滑壓方式運行的機組，汽機調速閥門的節流始終很小，滑壓和變負荷對汽機調速閥門的動作要求是相反的，滑壓運行會抑制汽機調速閥門快速調節負荷的能力，不利于一次調頻的控制。如果改為定壓方式運行或提高節流，可以改善一次調頻控制效果，但增加節流會使機組的效率降低，對經濟運行不利。目前絕大多數機組實際運行壓力低于額定壓力，如果壓力修正不合適，會造成負荷變化量達不到要求，此情況在高負荷段尤為明顯。

1.5 AGC-R模式對一次調頻的影響

火力發電機組在投入AGC-R模式時，經常發生AGC指令與一次調頻指令作用在機組變負荷的方向上相反。由于反向會造成兩者的部分指令彼此抵消，造成一次調頻動作幅值達不到考核標準的要求，如圖1所示。

圖1 AGC與一次調頻反向調節

從圖1可以明確看出，當機組運行在AGC-R模式時，AGC指令以3 MW的階躍值進行增減，局部存在AGC與一次調頻反向的問題，此時就會造成一次調頻動作合格率的降低，同時對AGC-R模式下的調節精度指標也會造成影響。如表1所示，將R模式剔除后相較于未剔除時會對機組一次調頻合格率造成10%左右的影響。

表1 6號機組一次調頻2015年6月動作情況統計

1.6 機組供熱對一次調頻的影響

供熱機組在供熱季節多采用“以熱定電”方式運行，優先保證供熱熱源的穩定，其發電負荷調整范圍和調節速率則受到很大限制［3］。供熱機組進入冬季供暖季后工業抽汽及采暖抽汽量如果過大，電負荷受調度調節增長超過機組范圍，即其負荷調節能力近飽和狀態下，機組負荷剩余調節量較少，對機組一次調頻能力會造成很大的影響，如圖2所示。為減少節流損失，汽輪機通常采用順序閥模式進汽。冬季供暖期供熱機組的負荷過高，當第4個高壓調速閥門GV4開度也達到100%上限時，機組已無調整余量，此時即使一次調頻信號頻繁動作，但因高壓調速閥門已無法繼續開大，導致機組的調頻能力因此而大大降低。

圖2 供熱量大導致負荷無法調整

圖3 DEH一次調頻優化后控制邏輯

2 一次調頻優化措施

華電淄博熱電有限公司三期工程兩臺330 MW亞臨界雙排汽雙抽凝汽式汽輪發電機組（5號、6號機組）分別于2012年12月和2013年11月先后投運。主機DCS及DEH控制系統均采用GE上海新華控制工程有限公司XDPS 400e系統。一次調頻采用通用的CCS+DEH的模式。

2.1 調頻信號的同源改造及邏輯優化

為徹底解決調度考核所用信號與DCS一次調頻控制的信號不是同一信號源的根本問題，6號機組在2015年10月實施的第一次大修中進行了信號的同源改造，在6號機組鍋爐電子間內增加一次調頻智能控制裝置，切除原一次調頻相關控制邏輯，一次調頻的調頻量由一次調頻智能控制裝置分別輸出至DEH系統和CCS系統，用一次調頻智能控制裝置實現對電網頻率信號的高速率、高精度采集；同時采用基于電網功率變化動態調整的控制策略，直接輸出控制指令至DEH基本控制站（21號DPU33頁“頻差計算及初負荷”）和協調控制站（18號DPU100頁“機組指令”）。

如圖3所示，將調頻裝置采集來的調頻量進行取大處理，然后再進行主蒸汽壓力修正，目的是避免壓力過低時閥門動作開度不足導致實際做功量達不到電網一次調頻標準所規定的量值。

2.2 閥門流量特性曲線的調整優化

6號機組連續運行長達672天，機組大修時，汽輪機油動機均返廠進行檢修，復裝后發現在運行中閥門流量特性曲線不合適，對機組帶負荷能力及AGC和一次調頻影響很大，因此進行試驗了6號機組閥門流量特性及重疊度進行試驗。試驗后閥門流量曲線數據與試驗前數據相比，具有較大差異，其中單閥模式下的閥門流量特性曲線如表2所示，可以看出4個調速閥門的開度并不是完全一致的，這試驗前原有單閥曲線4個調速閥門的開度完全一致，兩者差異較大。

表2 6號汽輪機單閥配汽曲線%

3 改造后實際效果

經一次調頻優化改造后6號機組一次調頻動作次數大幅下降，且由于信號準確，一次調頻超調量得到降低，降低了對調速閥門等設備的沖擊，如圖4所示。可以很明顯地看出，機組的改造后的動作次數和動作幅值明顯降低。

通過一次調頻的同源治理改造，不僅僅是有效提高了一次調頻的動作品質，同時由于誤動作次數和動作幅度得到有效控制，AGC控制性能也得到有效保證。經過一類列的措施和改造后，6號機組一次調頻能力有了很大的提高。2016年3月，在仍有供熱的工況下，6號機組剔除R模式后的一次調頻合格率高達95.63%，AGC模式下的Kp值為2.304，屬優秀行列。

圖4 信號同源改造前后動作次數對比

4 結語

對于火電機組而言，調頻調峰性能的保證基礎就是控制信號的準確。通過閥門流量特性曲線以及控制邏輯的優化，方能有效提升機組調頻調峰性能達到電網的考核標準。同時，由于一次調頻和AGC是對機組整體性能的考核，對電廠而言，涉及熱工、電氣、汽機等專業，因此，應統籌安排，方能實現源網的共贏，確保電網安全穩定運行。

［1］畢貞福.火力發電廠熱工自動控制實用技術［M］.北京：中國電力出版社，2008.

［2］李軍，李慧聰，朱禮祝.D5000系統下火電機組AGC源網優化控制應用研究［C］.中國電機工程學會年會論文集，2014.

［3］LI Jun，ZHANG Hui，WANG Meng.Influence Research of Thermal Power Unit’s Extraction Steam for Power Grid Frequency Modulation［J］.Advances in Engineering Research，2015，vol. 45：228-231.

Measures to Improve the Performance of Primary Frequency Regulation of Thermal Power Units

ZHANG Xun，XIAO Mingwei
（Hudian Zibo Thermal Power Co.，Ltd.，Zibo 255054，China）

Take a 2×330 MW unit as an example，main problems of primary frequency regulation of thermal power units are analyzed.Discussion on how to improve the primary frequency regulation performance of units combined with the evaluation criteria of power grid is conducted.The primary frequency regulation performance of units is effectively improved by homologous transform and optimize control of signals，which can meet the safe and stable operation of the unit and keep the stability of grid frequency.

primary frequency regulation；homologous signal reconstruction；assess criteria；logic optimization

TM734；TM621.6

B

1007－9904（2016）12－0056－04

2016-08-28

張恂（1982），女，工程師，從事電廠熱控專業技術與管理工作。