提高機組一次調頻響應的運行策略

王國紅，陸登科

(徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221142)

提高機組一次調頻響應的運行策略

王國紅，陸登科

(徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221142)

為提高大容量電網一次調頻增負荷要求的快速響應，通過對大容量機組廠用電負荷運行設備統計、分類、分析，按照設備運行性質和重要程度，提出“毫秒級切部分廠用電系統”運行策略，根據策略著重分析當高壓電網對機組發出一次調頻增負荷指令時，“毫秒級切部分廠用電系統”相關裝置作出響應，快速切除對機組安全運行無影響的旋轉容量，瞬時增加機組對電網輸出功率的能力，滿足電網一次調頻要求。通過對江蘇省內現有運行于高壓電網機組廠用電運行方式進行統計、分析，提出“毫秒級切廠用電系統”方案及其推廣性。

高壓電網；一次調頻；毫秒級切廠用電；快速響應

1 高壓電網一次調頻運行現狀

一直以來電網的一次調頻是運行發電機組的調頻反饋回路對外界電網負載變化的快速調節過程，一般來說電網一次調頻功能以整臺機組作為控制對象。汽輪機快速響應外界負荷、頻率的變化，鍋爐跟隨汽輪機的快速響應，滿足汽輪機的要求。穩定運行的電力系統，當系統頻率偏離目標頻率時，發電機組通過調速系統的自動反應，調整有功出力減少頻率偏差，維護電網運行穩定。由于電網中負荷快速的變動所引起的電網頻率變化，需要網內運行機組的汽輪機調節系統、機組協調控制系統根據電網頻率的變化情況，利用鍋爐的蓄能，自動改變調門的開度，即改變發電機的功率，使之適應電網負荷的隨機變動，來滿足電網因負荷變化的一次調頻過程。近幾年由于新能源的快速發展，西電東送和北電南送等區外超長距離直流特高壓并入江蘇電網，江蘇高壓電網運行結構發生了巨大變化。當超高壓直流發生閉鎖切除時，電網將瞬時損失較大電源，電網頻率將發生較大偏差，而用戶對電能質量的要求卻在不斷提高，由于每個電力企業傳統一次調頻調節控制性能不同，對電網調頻響應也不一樣，新形勢下省內500kV電網頻率穩定性的問題越來越被重視。

2 毫秒級切廠用電策略分析

為了解決區外高壓來電對現高壓電網運行出現的新問題，防止區外超高壓來電故障時影響電網安全運行，必須采取強制措施，保證故障發生瞬間電網頻率在允許范圍。一方面電網自動切除部分社會用電，防止電網拖垮，另一方面通過電網中運行的大機組快速響應調頻要求，增加機組有功出力，快速彌補電網所缺失的電源。當系統有較大電能失去，電網頻率發生較大偏差時，除了利用原有一次調頻系統調節的措施外，新增“毫秒級切廠用電”系統，使電網中大容量機組瞬間切除部分廠用電容量，可以快速向電網增加部分有功電能，減少電網頻率衰減，保障電網運行安全。

3 毫秒級切廠用電效果

3.1 毫秒級切負荷系統架構設置

毫秒級切負荷系統電站側按三層架構設置：分別為切負荷控制中心站、切負荷控制子站以及終端用戶負荷控制系統。終端用戶負荷控制系統根據負荷性質分為三類：第一類是常規大用戶的負荷終端，第二類是燃煤電廠可中斷輔機設備負荷控制系統，第三類是其它電站可中斷負荷控制系統。

3.2 毫秒級切負荷系統裝置結構

電廠可中斷輔機負荷控制系統采用主從式設計，分為控制主機和執行從機 ， 控制主機和執行從機之間通過單模光纖進行通信。其中控制主機采用雙套配置， 執行從機采用單套配置，每個執行從機能同時與雙套控制主機進行信息通信。裝置結構圖如圖1所示。

為了防止兩套主機與從機通信中斷造成兩套主機所統計計算的可切量不一致，兩套主機之間進行光纖通信，實時交換數據，當兩套主機和從機之間的光纖通道出現交叉中斷造成統計的可切負荷量不一致時，通過取用交換數據，使得統計的負荷量一致，保證相同的可切負荷量上送到切負荷控制子站。控制主機和執行從機均按照標準化設計，每個控制主機最多能擴展12個執行從機，每個執行從機最多能監控10路可中斷負荷，能跳10路負荷控制開關。整個系統最大控制能力為同時監控 12個可中斷輔機負荷開關室，共120個可中斷負載。

圖1 裝置結構圖

表1 可切設備統計表

雙套控制主機各通過一個2M 的E1電接口與上級切負荷子 站進行實時通信。雙套控制主機還可通過以太網口，通過調度數據 網與省調D5000進行通信，上傳電廠各個類型的可切負荷量和可切負荷總量。

3.3 毫秒級精準切廠用輔機過程

毫秒級切廠用電系統由監控系統、主機單元柜、從機單元柜三大設備組成。監控系統使接受電網調度中心指令，主機單元柜布置在網控室，主機柜與監控系統通過2M通道通信傳輸聯接。在6kV開關室布置從機單元柜，從機柜經過光纜接受主機指令 。從機單元柜接受指令后，對可切設備發跳閘指令，切除可中斷的輔機。過程如下：①執行從機采集計算各可中斷輔機負荷的電氣量，進行有功功率計算；控制主機匯集各執行從機的可切負荷量，計算電廠的可切負荷總量，把計算結果通過2M通道實時上送上級切負荷子站。在特高壓直流發生閉鎖情況下，實時接收上級子站的切負荷指令按照既定 原則切除相關負載。②控制從機設線路允切壓板，投入則該線路可切，功率計入可切負荷量；退出該線路可切，功率不計入可切負荷量。

3.4 可切設備分析

通過對現有600WM及1000WM機組廠用電系統研究分析，其中輸煤、卸煤、制漿、化水、除灰、雨水等輔助系統在機組正常運行短時切除10分鐘，不影響機組正常運行，10分鐘后系統根據要求亦可以逐步恢復至正常運行。以彭城電廠2臺1000MW機組為例，可切設備如表1所示。

通過以上統計，一臺機組在輸煤、卸煤、制漿、化水、除灰、雨水等輔助系統全部運行時按照一運一備的使用原則，運行設備按80%額定出力，實際可切容量為5624kW。

3.5 毫秒級精準切廠用設備效果

我公司運行于500kV系統的百萬機組在電網頻率波動時可切旋轉容量為0.55萬kW，根據相關統計，通過對運行于500kV系統的省內各家電廠調研，全省各發電廠可切旋轉容量為20萬kW，按一條600萬kW區外特高直流線路故障失電計算，全省毫秒級精準切廠用設備可調節電網頻率0.033Hz，可以有效防止電網頻率惡化。

4 結語

隨著各區域電網聯絡不斷加強，長距離區外來電并入省內電網，外來電源穩定性對本省電網的影響越來越大，加之高壓電網穩定性也越來越受到重視，必須從內外采取多重措施保護電網，在電網出現事故情況下盡量減少對社會供電的影響，提高電網供電的可靠性。在傳統主要依靠汽輪機完成機組一次調頻調節電網負荷、頻率的情況下，采用“毫秒級切廠用電系統”配合機組一次調頻對電網頻率進行調節，有效的保障了電網安全運行。

TM621

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1671-0711（2017）05（上）-0099-02