1030MW機組一次調頻性能分析及優化

殷兆廣

（浙江浙能舟山煤電有限責任公司，浙江 舟山 316131）

1030MW機組一次調頻性能分析及優化

殷兆廣

（浙江浙能舟山煤電有限責任公司，浙江 舟山 316131）

通過對某發電廠機組特性分析，結合目前電力市場的相應考核規則和影響機組一次調頻的因素，針對機組轉速與電網頻率對應轉速存在偏差而影響機組一次調頻效果的問題，通過平移一次調頻轉速死區，提高了機組轉速與電網頻率對應轉速的吻合性，保證機組一次調頻動作與電網要求同步。分析了在目前的考核規則下一次調頻死區的大小對一次調頻的影響，提出了死區取2 r/min為最合適。分析了高壓調節閥的調節速度對一次調頻的影響，提出增加蓄能器和提高抗燃油壓力以提高高壓調閥動作的及時性。通過以上改進提高一次調頻動作的正確性和效果，減少了考核。

一次調頻；細則；調度考評；死區平移；蓄能器

0 引言

某發電廠N1030-25.0/600/600超超臨界汽輪機組是東方汽輪機廠在N1000-25.0/600/600機組基礎上的優化改進型，是國內首次自主技術創優成果。將原來的4個高壓調閥噴嘴配汽優化為2個高壓調閥帶3%節流的全周進汽。經過優化，汽輪機效率得到了提升，但在負荷響應和一次調頻性能上尚有不足，在當前的電力市場考核規則下考核壓力較大。

機組的一次調頻功能由DEH（數字電流控制系統）、CCS（協調控制系統）共同完成。DEH側將轉速差信號經轉速不等率換算后直接疊加在汽輪機流量指令上，CCS側功率回路中的功率指令亦根據轉速不等率進行調頻功率定值補償，且補償的調頻功率定值部分不經過速率限制。

通過提高機組一次調頻動作與電網要求的同步性以及高壓調節閥動作的及時性，以保證機組一次調頻動作正確率和效果，減小考核壓力。

1 一次調頻相關考核規則

1.1 華東區域發電廠并網運行管理實施細則

《華東區域發電廠并網運行管理實施細則》（以下簡稱《細則》）的一次調頻效果是指：當電網頻率超出50±Δfsq（機組頻率控制死區）且持續時間超過20 s時，一次調頻機組在電網頻率超出50±Δfsq時段內（最大為60 s）的實際發電出力與起始發電出力之差的積分電量（±ΔQsY）占相應時間內理論計算積分電量（±ΔQjY）的比值。一次調頻動作正確是指：實際一次調頻動作方向與電網一次調頻動作方向一致，也就是如果電網一次調頻動作要求機組減出力，且機組實際在電網一次調頻動作時間段內減了出力即為動作正確。《細則》對一次調頻主要考核一次調頻投運率、動作正確率以及一次調頻效果。

對于一次調頻月正確動作率小于80%的機組，每月考核電量為：

式中：Q一次調頻為考核電量；λ動作為機組一次調頻月正確動作率；PN為機組額定容量；t考核為1 h；α一次調頻為一次調頻考核系數，數值為3。

機組一次調頻性能指標月平均值DX平均=要求DX平均=達到60%。

對DX平均小于60%的機組進行考核，每月考核電量為2種情況考核電量之和。

式中：Q1一次調頻為一次調頻性能指標大于0時考核電量；Q2一次調頻為一次調頻性能指標等于0時考核電量；n為每月電網頻率超出50±Δfsq并持續時間超過20 s的次數；DXi為第i次一次調頻效果；ΔQjYi為第i次一次調頻理論計算積分電量；ΔQsYi為第i次一次調頻實際計算積分電量；α一次調頻為一次調頻考核系數，數值為3。

從上述分析可以看出：一次調頻動作正確率大于80%且平均效果大于60%就不會被考核，否則均要被考核。

1.2 浙江電網統調發電廠調度運行管理規定

《浙江電網統調發電廠調度運行管理規定》（以下簡稱《調度考評》）的一次調頻效果是指：當電網頻率超出50±Δfsq且持續時間超過20 s，一次調頻機組在45 s內實際增量部分的積分電量（±ΔQsY）占相應時間的機組一次調頻理論計算積分電量（±ΔQjY）的比值。

《調度考評》將考評周期內各發電廠的全廠機組一次調頻效果與投運率作為獎勵發電廠次月發電量計劃的依據。計算公式為：

式中：ADJj為機組一次調頻考評電廠次月獎勵計劃電量；AQJH為所有考評電廠次月總發電量計劃；AQJHj為考評電廠次月發電量計劃；ADXj為考評周期全廠機組一次調頻效果；ADYj為考評周期全廠機組一次調頻投運率；j為考評電廠的個數；K%，K3為考核系數。

從式（4）可以看出對一次調頻的考評沒有上限，只要低于全網平均效果不論多高都會被考核。

2 一次調頻動作正確率及效果偏低原因分析

2.1 轉速信號對一次調頻的影響

發電機組頻率與電網頻率在并網后是一致的，但是汽輪發電機組一次調頻是依據汽輪機轉速來調節的。汽輪機轉速經過測量、變送和傳輸最終送到DEH調節系統，在測量、變送和傳輸過程中的任一環節都會產生誤差，使得用于控制的轉速信號不能準確地反映汽輪發電機組的頻率，而轉速的誤差就會導致機組一次調頻動作時間與調查考核系統動作時間不同步，造成一次調頻動作效果為0或者動作效果不明顯。

如圖1所示，一次調頻動作前機組轉速略高于電網頻率對應轉速，電網頻率對應的轉速于第9 s時超出調頻死區，要求關調門進行一次調頻。而機組測量轉速比電網頻率對應轉速高，于第1 s時就超出調頻死區，調門快速關小來響應調頻并調整到位。一次調頻動作正確判據為：動作前5 s平均負荷與動作后時間段內的負荷比較，若動作方向與電網要求方向一致即為正確，負荷不變化或者方向相反為不正確，動作效果為0。由圖1可知，在電網要求調頻動作之前6 s機組一次調頻就已經調整到位，導致電網要求動作時前5 s負荷平均值與動作后的負荷將保持一致，根據考核規則要求，將考核此次調頻為動作不正確，調節效果為0。

圖1 機組轉速高于電網頻率對應轉速對調頻的影響

如圖2，一次調頻動作前機組轉速測量值略低于電網頻率對應轉速。電網頻率于第2 s超出動作死區，要求一次調頻動作，而由于機組測量轉速低于電網頻率對應轉速，于第9 s達到動作死區，一次調頻才動作，機組調頻實際動作時間比電網要求時間晚了8 s，而這8 s內負荷是不發生變化的，電網考核的一次調頻有效時間將減少8 s，此次一次調頻效果大幅降低。另外，若兩者轉速偏差較大，當電網頻率剛剛超出死區，但機組測量轉速就在動作死區內，將導致一次調頻不動作，調節效果為0。

圖2 機組轉速低于電網頻率對應轉速對調頻的影響

2.2 一次調頻動作死區對一次調頻的影響

華東電網要求一次調頻死區為2 r/min，部分技術人員因對考核規則不了解，認為降低一次調頻動作死區，讓一次調頻提前動作，就能提高一次調頻動作正確率和效果，但這種做法在《華東區域發電廠并網運行管理實施細則》下是適得其反的，而且對機組的安全運行造成不良影響。

（1）死區小于電網要求死區時一次調頻調節效果大幅降低甚至降至0。

如圖3所示，由于一次調頻死區設置小于2 r/min，機組一次調頻于第10 s開始動作，而電網考核調頻開始的時間在第12 s，實際動作時間提前于電網考核2 s。提前2 s動作明顯拉低了電網考核前5 s的機組平均負荷，也就是降低了電網考核一次調頻動作區間的實際電量變化值，大大降低了一次調頻動作效果。

圖3 一次調頻動作于電網考核開始點前2 s對調頻的影響

如圖4，機組一次調頻于第7 s開始動作，而電網考核調頻開始的時間在第12 s，實際動作時間提前電網考核5 s。提前5 s動作明顯拉低電網考核前5 s的機組平均負荷，使得電網考核調頻開始點前后的負荷一致，導致一次調頻效果為0。

圖4 一次調頻動作于電網考核開始點前5 s對調頻的影響

（2）降低AGC（自動發電控制）調節精度，增加AGC考核電量。一次調頻死區變小，將增加一次調頻動作次數。一次調頻動作影響了AGC正常加減負荷的速率以及電量，導致AGC調節精度下降，增加AGC調節精度的考核電量。

2.3 高壓調門調節速度對一次調頻的影響

該機組配置2個高壓調節門，每個高壓調節門配1臺油動機和操縱座。通過伺服閥升高油動機下腔室油壓，克服彈簧壓力，實現閥門開大。通過伺服閥降低油動機下腔室油壓，在彈簧作用力下實現閥門關小。

由于一次調頻動作時間比較短，調門的開關快慢直接影響了一次調頻動作的效果，也決定了一次調頻動作的成敗。因此，提高伺服閥的質量，提高調閥彈簧的倔強系數和調閥前液壓油壓力有助于改善一次調頻效果。

3 優化措施

3.1 提高機組一次調頻動作時刻與電網要求動作時刻的吻合度

一次調頻死區設置與電網要求不一致將導致機組一次調頻動作與電網要求時間不同步，因此嚴格按照電網一次調頻動作要求死區（2 r/min）設定將避免因死區引起的不同步動作。

測量、變送和傳輸引起的轉速誤差不可能完全消除，但是可以通過平移機組一次調頻動作死區來提高機組調頻動作與電網要求的同步性。具體實現方法是核對電網一次調頻動作時機組的轉速，測定出機組轉速與電網頻率轉換轉速之間的差值，在一次調頻的死區上疊加上該差值。

通過校對1 000次一次調頻動作時網頻與機頻的差值，發現該發電廠2臺機組電網頻率對應轉速與機組轉速存在如表1所示關系。

表1 機組轉速與電網頻率對應轉速偏差

根據機組轉速與電網頻率對應轉速差，結合電網對一次調頻死區要求，可設定機組一次調頻動作死區，如表2所示。

表2 平移死區后的一次調頻轉速上下限值r/min

3.2 提高調門響應速度

提高調門開啟速度，關鍵在于提高高壓調閥前的液壓油壓力。主要措施包括：在保證設備可靠的前提下盡量提高抗燃油系統壓力、增加蓄能器以及選擇優質伺服閥。

一般抗燃油系統安裝位置與高調閥都有一定距離，由于一次調頻是瞬時動作，動作后抗燃油系統壓力下降，靠近油動機附近的抗燃油管路壓力下降會更多。靠抗燃油泵重新打壓時間有所滯后，因此增加一定數量的蓄能器將能保證在一次調頻動作期間有較高的抗燃油壓力，并且蓄能器安裝位置距離高調閥油動機越近效果越好。提高調門關閉速度主要是提高彈簧的彈力，根據實際情況可以通過增加墊片等方式提高彈簧的彈力，以保證一次調頻動作時調門關閉的及時性。另外，為提高高調閥的響應速度，選用優質的伺服閥也是非常必要的，優質的伺服閥能保證高調閥及時準確調整到位。

該發電廠1，2號機組增裝蓄能器后一次調頻動作正確率分別提高了0.08和0.05，一次調頻效果提高了0.5和0.3，取得了良好的效果，驗證了提高高壓調閥動作速率對提高一次調頻性能的積極作用。

4 結論

通過優化與調整，2臺機組的一次調頻動作正確率和調頻效果得到大幅提升，正確率由原來的70%左右提高到80%左右，按《細則》中的考核指標計算，調頻效果由1.0左右提升到1.4左右，按《調度考評》計算調頻效果由0.8提升到1.0左右。

[1]張永軍，陳波.火電機組一次調頻性能分析及優化[J].浙江電力，2010，29（9）:31-35.

[2]張寶.浙江電網火電機組一次調頻功能的應用[J].華東電力，2007，35（3）:55-59.

[3]盧勇，賀翔飛，劉友寬，等.云南電網一次調頻試驗工作現狀及策略分析[J].中國電力，2006，39（11）:42-45.

（本文編輯：張 彩）

Analysis and Optimization of Primary Frequency Regulation Performance of 1 030 MW Unit

YIN Zhaoguang
（Zhejiang Zheneng Zhoushan Coal-fired Power Generation Co.，Ltd.，Zhoushan Zhejiang 316131，China）

The paper analyzes the property of a plant unit and evaluation rules for current electric power market as well as the influencing factors of primary frequency regulation of units.The difference between unit rotation speed and rotation speed corresponding to grid frequency affects the primary frequency regulation.By translation of the dead zone of primary frequency regulation speed，anastomosis between unit rotation speed and power frequency corresponding speed is improved to ensure that unit primary frequency synchronizes with grid requirements.The paper analyzes the impact of the dead zone size on primary frequency and presents an optimum of 2 r/min；By analyzing the effect of the high-pressure regulating valve on primary frequency regulation，the paper suggests equipping accumulator and improving the anti-fuel oil pressure to improve the timeliness of the high-pressure adjustment valve operation.Through these improvements，the correctness and effect of the primary frequency regulation are improved，and the evaluation is reduced.

primary frequency regulation；details；scheduling evaluation；dead-zone translation；accumulator

TM621.3

：B

：1007-1881（2016）07-0053-04

2016-05-05

殷兆廣（1981），男，助理工程師，主要從事火電廠運行管理。