火電機組一次調頻分析及性能優化相關探討

錢谷峰

摘要：在火電機組并網運行的過程中，一次調頻功能是其基本特性之一，具有抑制電網頻率出現異常變化的作用，能夠充分提高火電機組抵御功率缺額擾動能力。本文主要結合江蘇國信靖江發電有限公司火電機組一次調頻試驗，闡述火電機組一次調頻的重要性、并分析其一次調頻功能，提出性能優化的措施，探究影響一次調頻性能的因素和改善對策，旨在進一步提高火電機組的一次調頻性能，保障電網頻率的穩定性。

關鍵詞：火電機組;一次調頻;性能優

前言

江蘇國信靖江發電有限公司一期工程2×660MW超超臨界機組已經投產進入商業運營，為改善機組調頻性能，開展一次調頻試驗。由于在火力發電機組單機容量不斷增大的趨勢下，并網機組的跳閘故障對電網頻率會產生比較大的影響。因此對并網機組一次調頻進行性能優化是十分必要的，能夠最大限度的滿足不斷變化的用電需求。

1 火電機組一次調頻的重要性

根據該廠已投入運行的2×660MW超超臨界機組，其設計有一次調頻功能，通過一次調頻則可以充分獲得機組參與電網一次調頻控制的負荷響應特性，為機組發電控制提供一定的技術支持。火電機組一次調頻功能需要在滿足電網穩定控制的基礎上進行，才能夠有效的保障一次調頻試驗合格，保障電網控制的執行力度和電網頻率的穩定。因此對火電機組進行一次調頻性能進行優化，則有利于提高該廠的電能質量指標，促進機組的長期平穩運行，提升電能生產率。

2 火電機組一次調頻分析

該廠對火電機組一次調頻分析主要是基于分散控制系統DCS、機組協調控制系統CCS、電液控制系統DEH和AGC控制功能，通過在DCS中輸入頻率校正回路，當火電機組處于運行狀態下，并切換至協調控制方式、AGC投入時，可以由DEH和DCS來完成機組的一次調頻功能。這一過程中可以提高一次調頻的響應速度，同時也保證火電機組頻率調節具有一定的持續性。不過在火電機組進行一次調頻過程中，必須嚴格按照電網管理規定和電力系統技術標準進行，并且通過現場調試對機組進行邏輯組態，以便于更準確的掌握火電機組一次調頻的特性。還要依據電網要求對一次調頻的性能進行整定和優化，確保其能夠滿足火電機組和電網運行穩定的實際需求[1]。

3 火電機組一次調頻性能優化

根據該廠火電機組的運行情況，實施一次調頻功能則要通過DEH（電液調節系統）側回路以及CCS（協調控制系統）側回路兩部分實現。因此在對機組一次調頻性能優化時，則要從這兩方面入手。

3.1 DEH側一次調頻回路

針對DEH側一次調頻回路，先要將機組汽輪機實際轉速與額定轉速進行對比計算，得到二者之間存在的轉速偏差。然后再利用函數轉換的方式，將其轉化為閥位修正量數值，并疊加在機組汽機的閥位指令回路中。則可以實現直接控制汽機的調門開度進行輸出。當函數設置為2r/min的調頻死區時，汽機轉速則不大于2998r/min，此時閥位修正量的數值為正，閥位指令增大、機組汽機的進汽量也逐漸增大，導致負荷增加;而一旦當機組汽機的轉速超過了3002r/min，則閥位修正量數值為負，火電機組的閥位指令會呈減小趨勢，因此汽機的進汽量有所減少，負荷降低。同時DEH側一次調頻回路的控制方式為開環，則一次調頻動作時，則能夠比較快速地更改高壓調門的開度大小，促使火電機組的功率隨高壓調門的開度而發生變化。并且通過全量程調試DCS、DEH等之間的AGC質量與機組實際負荷測量信號傳輸通道，實現指令發送端與接收端之間誤差不大于0.5MW，機組實際負荷測量信號發送端與接收端誤差不大于0.2MW。，從而可以提高一次調頻的響應速度[2]。

3.2 CCS側一次調頻回路

對于CCS側一次調頻回路來說，其控制方式主要為閉環，因此機組的轉速差信號一般要轉換為負荷修正量，并輸送到鍋爐主控回路和汽機主控調節回路中。此時負荷修正量等同于鍋爐主控系統的前饋信號。基于此可以更加快速、有效地調節和控制入爐的煤量，能夠改善傳統鍋爐調節模式所具有的滯后性。另外一方面負荷修正量也等同于機組汽機主控系統中的前饋量，即是將其疊加在負荷設定值的回路系統中，則可以進入到汽機主控的PID調節回路中。所以在火電機組一次調頻發生動作時，CCS側一次調頻回路會積極協調子系統動作，并以協調其它各部分參數為基礎，實現高效調節火電機組的頻率以及負荷擾動等情況，實現對一次調頻性能的優化。

4 影響一次調頻性能的因素及改善措施

4.1 AGC質量與一次調頻動作相反

當火電機組處于AGC工況之下，經常會出現AGC質量與一次調頻動作目的和效果出現相反的狀況，對一次調頻效果產生的影響相對較大。針對這一問題進行分析，則可以充分考慮利用CCS邏輯控制對其進行改善和優化，即在一次調頻動作時，為避免AGC受到嚴重的干擾，則要充分結合一次調頻考核的時間，并將閉鎖設定在一次調頻動作持續時間不超過60s，確保閉鎖時間能夠與一次調頻的響應時間形成同步;如果一次調頻動作的持續時間超過了60s，則可以將閉鎖時間設置為60s，可以相對有效的確保火電機組一次調頻性能得到優化[3]。比如在本次試驗中，技術人員在DCS協調控制邏輯中，將一次調頻指令優先級設置高于AGC指令，經改善后，機組變負荷過程中出現反方向一次調頻需求時，當轉速偏差大于3rpm，機組暫不響應AGC指令變化，有效避免反調。

4.2 機組轉速測量

在機組一次調頻動作時，其主要的目標則是能夠在電網頻率出現頻差時，可以在機組的快速響應下將電網頻率穩定在50Hz左右。這一過程中一般是將機組側相應的頻差作為控制對象，并將其作為火電機組的轉速調節依據。一旦實際轉速與額定轉速出現較大的偏離時，則要通過一次調頻來實現調節功能。所以機組轉速測量的精準性對性能優化效果具有較大的影響。如果在實際的機組測量中出現轉速與電網頻率存在偏差較大，則會導致一次調頻功能不能正常的投入到使用中。

4.3 設置調頻死區和不等率

火電機組的一次調頻回路對調頻死區的設置也會影響電網頻差，其能夠決定機組參與一次調頻動作的時間。所以對一次調頻性能進行優化時，則要充分考慮調頻死區和調頻不等率的設置，保障調頻動作的調節電量和效果達到預期。在此基礎上，根據火電機組一次調頻功能的基本技術要求，則要將調頻死區控制在±2r/min左右，對調頻轉速不等率則要設置在5%，將負荷限幅設置在額定有功出力的±6%，可以保障火電機組的調頻死區和不等率參數設定具有科學性和合理性。

結束語

綜上所述，電網頻率是火電機組系統中最為重要的電能質量指標，其是確保電網基礎穩定的關鍵條件，通過機組一次調頻性能優化則可以實現電網頻率的穩定、安全運行。所以在開展一次調頻試驗研究時，則必須要嚴格按照相關規章制度，明確一次調頻的重要性，掌握一次調頻動作的過程，并通過對DEH側一次調頻回路和CCS側一次調頻回路進行優化，保障機組一次調頻功能的正常投入使用。同時對其影響因素進行分析和改善，保障電能質量得到有效提高。

參考文獻

[1]王月明，陳程程，陳新.670MW火力發電機組一次調頻性能分析[J].東北電力技術，2019，40（10）：43-44+47.

[2]吳坡，張江南，賀勇，段松濤，任鵬凌.發電機組一次調頻性能優化及應用[J].浙江電力，2019，38（06）：64-71.

[3]莊義飛.火電機組一次調頻分析及性能優化[J].黑龍江電力，2019，41（02）：151-157+162.