发电机组一次调频动作不理想的原因分析与改进

毛 丹 诸粤珊

深圳市广前电力有限公司 广东 深圳 518054

1 一次调频动作分析

2009年某±500 KV直流输电线路单极跳闸，甩负荷接近1400 MW，电网频率在8.5秒内从50.019 Hz降至49.842 Hz，其后出现2个峰值分别为49.948 Hz和49.924 Hz的衰减振荡，最后电网频率稳定于49.919 Hz。本次电网频率波动情况及各时间点的一次调频调节量理论值见表1。以火电机组一次调频按5%的转速不等率设定，转速死区为±2 r/min时，其一次调频调节量理论值分别为4.99%MCR （机组额定有功出力）、0.75%MCR、1.71%MCR，最后稳定于1.91%MCR。事件发生时，电网直调机组一次调频虽有动作，但机组一次调频量明显不足。

2 机组一次调频动作不理想的原因分析

由表1可见，本次电网频率波动要求对应的机组一次调频调节量的最大值应为4.99%MCR，但从本次电网内各机组的一次调频动作来看，与这个频率最低点对应的机组一次调频峰值远未达到该理论值，达到理论值40%的机组也仅有少数，引起机组一次调频调节量不足的主要原因有：

表1 某±500 KV直流输电线路单极跳闸后电网频差及一次调频调节量理论值对照表

1）机组侧检测到的实际电网频率变化值与调度侧检测到的电网频率变化值不同；

2）机组负荷已达上限，机组向上无一次调频调节裕量；

3）机组采用纯滑压方式运行，汽机调门已全开，机组向上无一次调频调节裕量；

4）机组正在进行减负荷操作，机组一次调频作用被抵消；

5）机组出现负荷增闭锁或相关闭锁条件，机组无法加负荷；

6）机组仅CCS或DEH单侧投入一次调频，一次调频动作幅度和动作速度没有达到要求；

7）机组一次调频动作死区设置大于2 r/min；一次调频调节量目标值本身不足；

8）机组一次调频补偿调节量函数输出值比相关标准要求小；

9）机组一次调频动作下限设置过高，机组一次调频功能未能正常起作用；

10）机组一次调频设定值受速率限制，短时间内一次调频调节量无法达到一次调频调节量目标值；

11）机组采用汽机跟随方式运行，机组一次调频作用被调节作用抵消；

12）机组调节参数整定不合适，系统本身出现振荡，造成一次调频校正不稳；

13）部分机组仅传送了一个一次调频投入信号到调度中心，而实际并未投入一次调频功能。

3 机组一次调频技术规范及改进

3.1 一次调频技术性能规范要求

机组在整改调试中的主要技术标准按照 《广东电力系统一次调频运行管理规定》进行相关调试：

1）机组一次调频动作死区和调频调节参数按照如下设置：火电机组转速不等率不高于5%，一次调频死区不大于±2 r/min（±0.033 Hz），单机容量为500 MW及以上的火电机组，负荷变化限制幅度不小于±6%MCR，单机容量为200 MW～500 MW的火电机组，负荷变化限制幅度不小于±8%MCR，单机容量为200 MW及以下的火电机组，负荷变化限制幅度不小于±10%MCR。火电机组一次调频调节量设置要求如表2所示。

2）机组负荷在60%MCR及以上时，一次调频目标值按本节1）所计算出的目标值进行100%校正；机组负荷低于60%MCR时，其一次调频目标值按本节1）所计算出的目标值乘以校正系数K进行一次调频校正，其校正系数K：

其中，Pt—机前压力；P0—机前压力额定值；

表2 火电机组转速差（频差）与负荷调节量关系

3）当电网频率变化达到一次调频动作值到机组负荷开始变化所需的时间，为一次调频的响应滞后时间，应≤3秒；机组参与一次调频过程中，在电网频率稳定后，机组负荷达到稳定所需的时间，为一次调频稳定时间，应＜60秒。

4）在电网频率变化超过机组一次调频死区时开始的60秒内，机组实际出力与响应目标偏差的平均值应在理论计算的调整幅度的±8%内。

5）在电网频率变化超过机组一次调频死区时，开始时的15秒内机组出力实际调节量应达到△P（△f，t）理论最大值的 60%以上，其中：

式中，△r：电网频率变化超过一次调频死区，扣除死区的一次调频转速差；

MCR：机组额定有功出力；

Ne：机组额定转速；

Kc：机组速度不等率；

│△P│≤规定的机组参与一次调频负荷最大调整幅度设定值。

3.2 机组一次调频性能的改进要求

1）采用数字电液调节（DEH）的机组，一次调频功能应由DEH实现，要求采取将频差信号叠加在汽轮机调速汽门指令处的设计方法。采用分散控制系统（DCS），具有机组协调控制（CCS）和自动发电控制（AGC）功能的机组，应在CCS中投入频率校正回路，即当机组工作在CCS或AGC方式时，由DEH、DCS共同完成一次调频功能,一次调频功能应随协调控制同时投入。

2）对于投入AGC功能的机组，在电网频率超出50±0.05 Hz时，应能暂时闭锁不利于频率恢复的AGC指令，直到机组一次调频作用结束或暂停时间超过45秒。

3）机组一次调频动作的有效范围为机组并网后至机组额定负荷。机组并网后，DEH侧一次调频回路能自动投入；CCS投入自动后，CCS侧一次调频回路能自动投入。因机组工况异常或特殊需要，需要退出一次调频功能时，需要及时向调度提出申请或向调度报告，并得到调度的许可。

4）各机组增加保证一次调频作用效果的控制回路：

（1）机组AGC或机组就地改变机组负荷目标值进行加减负荷操作时，机组一次调频动作方向与机组加减负荷方向相反时，暂停机组作反方向的负荷变化，直到机组一次调频作用结束；

（2）机组应避免汽轮机调门全开的纯滑压运行方式；机组投入滑压方式运行时，滑压曲线的设置应保证机组有足够的一次调频裕量；

（3）纠正机组以汽机跟随方式运行的协调控制模式；对于长期以锅炉跟随方式运行的机组，要求增加保证一次调频动作速度和动作幅度的控制回路；

5）一次调频的负荷校正作用原则上不进行速率限制，如有必要可进行延时处理，从一次调频的负荷调节目标函数至汽轮机调门动作的一次调频动作速率不低于50%MCR/min。

6）新机组投产前和现役机组完成大、小修后，必须进行机组一次调频功能维护调整，并进行强制性的一次调频性能测试工作。

4 结束语

电网频率波动事件再次表明，发电机组是电力系统的重要组成部分，电网的安全稳定与机组的自动控制系统密切相关。如果这次事件甩负荷再大一些，机组的一次调频都没有动作，频率下降幅度会更大，若频率超过了机组的低频切机定值，机组与系统自动解列，系统频率则进一步下降，引起更多机组切机，将引起系统的瓦解和崩溃。发电机组一次调频的正确投入，需要加强对机组调速系统的管理，形成有效的管理机制，确保机组一次调频功能满足系统要求。

［1］陈亮，陈慧坤.广东电网发电机组一次调频性能分析［J］.广东电力，2008，（08）：8-12.

[2］黄甦，郑航林.一次调频控制策略的优化［J］.热力发电，2008，（09）：71-74.