淺談200MW機組一次調頻功能測試方法

朱立軍

摘 要： 為了保證電網的安全經濟運行，提高電能質量和電網頻率的控制水平，迅速消除由于電網負荷變化而引起的頻率波動，電網對機組的一次調頻要求越來越高。如果一次調頻參數設置不合理，會對機組的安全性與穩定性帶來一定的影響。以下針對陡河

電廠一次調頻參數的設置及其對機組及電網穩定性的影響進行分析，并探討如何合理設置DEH和DCS一次調頻的參數，使其既能滿足電網頻率快速響應的需求，又能滿足機組安全穩定性的要求。

關鍵詞： 一次調頻；遲緩率

1前言

大唐長春熱電發展有限公司2號機組汽輪機為哈爾濱汽輪機有限責任公司生產的亞臨界、單軸、一次中間再熱、凝汽式汽輪機。DCS系統和DEH控制系統均采用上海新華控制工程有限公司的XDPS-400控制系統。

根據國網吉林電力調控中心“關于做好吉林省電網發電機組一次調頻性能核查工作的通知”的要求。2016年，國網吉林省電力有限公司電力調度控制中心將組織對我省并網發電機組進行一次調頻性能核查工作。

2 一次調頻控制原理

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，來滿足電網負荷變化的過程這就是一次調頻。

DEH中一次調頻功能是將汽輪機轉速與額定轉速的差值直接換算成有功功率指令，其控制結構原理見圖1。

圖1 DEH一次調頻控制結構原理圖

其中汽輪機額定轉速（一般為3 000 r/min）與實際轉速的差值經函數f（x）轉換后生成一次調頻因子，直接疊加到DEH的有功功率給定值上，以控制汽輪機的調門開度。一次調頻因子的設置包括頻差死區和轉速不等率兩個因素。頻差死區的設置是為了防止在電網頻差小范圍變化時汽機調門不必要的動作。

一次調頻不等率δ定義為：

δ=Δn/n0

式中Δn——機組空負荷時和滿負荷時的轉速差值，r/min；

n0——機組額定負荷值，MW。

δ的數值一般設置在3%～6%，δ值越小，在相同的頻差下汽機調門的變化幅值越大，反之則越小。

一次調頻因子的設置與機組的穩定性密切相關，頻差死區越大，δ越大，機組越穩定，但是對電網一次調頻的貢獻也越小。一次調頻因子的設置應兼顧機組穩定性和一次調頻快速響應的指標。

3、試驗的條件

3.1 一次調頻設計滿足相關規定要求。

3.2 機組退出AGC控制方式。

3.3 協調控制系統或DEH功率控制系統正常投入，機組控制穩定。

3.4 主要控制系統正常投入。

3.5 DEH系統運行正常。

3.6 機組運行的主要參數，譬如主汽溫度、主汽壓力、汽包水位、爐膛負壓等運行穩定，無報警或異常。

3.7 發電機轉速和電網頻率信號校驗合格，并有相關的校驗證書。

4、試驗的要求和方法

4.1 試驗要求：機組大修或機組控制系統發生重大改變后，應重新進行一次調頻試驗，以確保一次調頻性能和機組安全。

4.2 試驗方法：通過模擬電網頻率擾動，檢驗機組一次調頻性能。

機組一次調頻參數設定如下：轉速不等率為5%；死區設為±2r/min（±0.033Hz）；一次調頻負荷變化幅度上限限幅為20MW（按額定負荷為200MW計算），機組設置一次調頻不允許設置下限。

機組運行方式包括：閥位方式、功控方式、CCS方式三種，試驗分三種負荷（120MW、150MW、180MW工況分別進行。

4.3 主要技術指標

4.3.1 轉速不等率：火電機組轉速不等率應為4%～5%，該技術指標不計算調頻死區影響部分。

4.3.2 調頻死區：機組參與一次調頻死區應不大于±0.033Hz或±2r/min。

4.3.3 機組參與一次調頻的響應時間應小于3s。

4.3.4 機組參與一次調頻的穩定時間應小于60s。

4.3.5 機組達到75%目標負荷的時間應不大于15s，達到90%目標負荷的時間應不大于30s。

4.3.6 機組參與一次調頻的調頻負荷變化不應設置下限。

4.3.7 機組參與一次調頻的調頻負荷變化上限可以加以限制，限制幅度應不小于8%額定負荷。

4.3.8 額定負荷運行的機組，應參與一次調頻，增負荷方向最大調頻負荷增量幅度不小于5%額定負荷。

4.4 運行工況選擇：一次調頻試驗包括單閥方式下的一次調頻和順序閥方式下的一次調頻試驗。

4.5 負荷工況選擇：一次調頻試驗選擇的負荷工況點不應少于3個，宜在60%P0、75%P0、90%P0工況附近選擇。

4.6 擾動量選擇：每個試驗負荷工況點，應至少分別進行±4r/min及±6r/min轉差階躍擾動試驗，應至少選擇一個負荷工況點進行機組調頻上限試驗。

5、試驗的內容

5.1 通過模擬電網頻率擾動，檢驗機組一次調頻性能。

5.2 參數設定如下：轉速不等率為5%；死區設為±2r/min（±0.033Hz）；一次調頻負荷上限限幅為20MW，不設置一次調頻下限。

5.3 試驗分三種負荷（120MW、150MW、180MW）工況分別進行，具體負荷要求見表1。

表1 一次調頻試驗負荷工況時間表

5.4 120MW工況下的一次調頻試驗。

5.4.1 將DEH切換至閥控方式。

（1） 在DEH軟件中改變一次調頻的轉速信號，轉差為±4r/min，從而使一次調頻動作，實現負荷階躍變化；負荷穩定后，維持1分鐘，檢查系統無異常后，恢復轉差至零狀態，記錄試驗曲線。

（2） 在DEH軟件中改變一次調頻的轉速信號，轉差為±6r/min，從而使一次調頻動作，實現負荷階躍變化；負荷穩定后，維持1分鐘，檢查系統無異常后，恢復轉差至零狀態，記錄試驗曲線。

5.4.2 機組切換至功率控制方式。

（1） 在DEH軟件中改變一次調頻的轉速信號，轉差為±4r/min，從而使一次調頻動作，實現負荷階躍變化；負荷穩定后，維持1分鐘，檢查系統無異常后，恢復轉差至零狀態，記錄試驗曲線。

（2） 在DEH軟件中改變一次調頻的轉速信號，轉差為±6r/min，從而使一次調頻動作，實現負荷階躍變化；負荷穩定后，維持1分鐘，檢查系統無異常后，恢復轉差至零狀態，記錄試驗曲線。

5.4.3 機組切換至CCS控制方式。

（1） 在DEH軟件中改變一次調頻的轉速信號，轉差為±4r/min，從而使一次調頻動作，實現負荷階躍變化；負荷穩定后，維持1分鐘，檢查系統無異常后，恢復轉差至零狀態，記錄試驗曲線。

（2） 在DEH軟件中改變一次調頻的轉速信號，轉差為±6r/min，從而使一次調頻動作，實現負荷階躍變化；負荷穩定后，維持1分鐘，檢查系統無異常后，恢復轉差至零狀態，記錄試驗曲線。

5.5 150MW工況下的一次調頻試驗

調整機組負荷至180MW穩定運行，重復5.4.1至5.4.3步驟。

5.6 180MW工況下的一次調頻試驗

調整機組負荷至180MW穩定運行，重復5.4.1至5.4.3步驟。

6 結論

根據國網的要求對2號機組進行一次調頻測試試驗，通過吉林省電力科學研究院有限公司出具的2號機組一次調頻試驗報告，長春二熱2號機組，在所選的三個負荷工況及相應的運行參數下，進行±4r/min及±6r/min轉差擾動試驗時，一次調頻動態指標（均值）均能滿足《火力發電機組一次調頻試驗及性能驗收導則》（GB/T 30370-2013）的要求，一次調頻性能合格，可正常投入。■

參考文獻

[1]汽輪機數字式電液調節系統 [M] 肖曾弘，徐豐 中國電力出版社，2003.

[2]東北電網有限公司. 東北區域發電廠并網運行管理實施細則（試行）.

[3]東北北電網有限公司. 東北區域并網發電廠輔助服務管理辦法實施細則）.