2×300 MW机组一次调频的研究与应用

孙建明，张长茂，周怀斌，丁玉璋，刘静波，郑文国

（宏晟电热有限公司，甘肃嘉峪关735100）

2×300 MW机组一次调频的研究与应用

孙建明，张长茂，周怀斌，丁玉璋，刘静波，郑文国

（宏晟电热有限公司，甘肃嘉峪关735100）

通过对嘉峪关宏晟电热公司2×300 MW机组一次调频功能试验及运行情况分析，确定一次调频的最佳运行方式DEH功率控制，从而使宏晟电热公司不断增强单元机组的稳定性和电网事故的协助处理能力，提高整个电力系统的安全性和经济性，为随后新建2×350 MW机组提供参考依据。

一次调频；控制策略；功率控制

1 前言

嘉峪关宏晟电热公司2×300 MW机组（以下简称宏晟机组），锅炉为哈尔滨锅炉厂生产的HG-1025/17.5-YM24，汽轮机为哈尔滨汽轮机厂生产的N300-16.7/538/538型，DCS、DEH系统均采用美国爱默生Ovation1.8系统。自2005年投产以来，负荷的增加或减少都是由甘肃省调通过电话下达，这使得宏晟机组的安全性和经济性[1]受到了极大的威胁，为了能够提高宏晟机组的安全性能和经济性能，通过优化机炉协调功能，使得宏晟机组能够实现一次调频功能有了理论前提[2-4]。根据《发电机组一次调频试验导则》（Q/GDW669-2011）和《甘肃电网发电机组一次调频运行管理办法》要求，于2013年11月份引入一次调频功能。

2 一次调频技术标准

宏晟机组引入一次调频功能执行的一次调频的技术标准如下[5]：

（1）一次调频死区为±0.033 Hz（±2 r/min）；（2）转速不等率为4%～5%；（3）迟缓率小于0.06%；（4）一次调频负荷响应滞后时间小于3 s；（5）2.5额定负荷大于250 MW、小于350 MW的火电机组，一次调频限制幅度≥8%ECR，本机组最小调频幅度为±24 MW；（6）机组参与一次调频的稳定时间应小于60 s；（7）当电网频率变化超过机组一次调频死区时，机组应在15 s内对目标出力完全响应。燃煤机组达到75%目标负荷的时间应不大于15 s，达到90%目标负荷的时间应不大于30 s。

3 控制策略

3.1 一次调频控制策略

宏晟机组正常运行时投入DEH功率控制模式。功控模式下，机组的一次调频功能通过DEH实现。

在机组运行过程中，运行人员手动投入/切除一次调频功能。当转速与设定值（3000 r/min）偏差超过死区±2 r/min时，触发机组一次调频动作。在机组一次调频动作时，DEH阀控方式下一次调频量直接通过调频快速回路直接叠加到调门总指令并分配到各高调门；DEH功控方式下一次调频量叠加至功率调节器设定值端，并不受变负荷速率限制，调节器输出与调频前馈量叠加后作为调门总指令分配到各高调门。

3.2 压力、负荷段对调频前馈量的修正

为消除机组正常运行过程中压力对调频性能的削弱作用和不同负荷段由于调门特性差异导致调频性能不满足相关技术指标要求的情况，宏晟机组对一次调频前馈回路进行了压力校正、负荷段校正，一定程度上解决了不同负荷段、不同运行压力情况下机组的一次调频性能能够满足指标要求。

4 试验方案

4.1 试验条件

机组运行稳定，各参数保持正常，机组在DEH功率控制方式下运行。

汽轮机调速系统正常，调速汽门可正常调节。数据采集、显示、记录正常，打印机设备工作正常。

4.2 机组运行方式

本次试验分别在以下方式下进行:DEH阀控、DEH功控。试验过程中，机组顺序阀方式运行。

4.3 一次调频参数设置

本次试验转速不等率按照4.5%设置，其调频函数如表1所示。

4.4 一次调频死区试验

一次调频死区试验结果见表2。

5 试验过程及数据分析

5.1 215MW负荷下一次调频试验

表1 一次调频函数设置

表2 一次调频死区试验参数

5.1.1 215 MW负荷下一次调频试验记录

在215 MW负荷点进行一次调频试验，分别强制机组转速偏差为±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，DEH功控方式方式下机组一次调频响应时间、调频幅度如表3所示。

表3 215 MW一次调频数据分析

5.1.2 试验数据分析

根据机组在215 MW负荷点进行的一次调频动作数据分析，当转速偏差为±7 r/min、±12.8 r/min时，其死区、滞后时间、响应时间及调频幅度等均能满足相关技术指标要求；通过试验数据计算，DEH功控方式下机组实际转速不等率为4.54%（Δr=7 r/min）、4.31%（Δr=-7 r/min）、4.07%（Δr=12.8 r/min）和4.17%（Δr=-12.8 r/min）；平均转速不等率为4.27%，满足技术指标要求。

5.2 240MW负荷下一次调频试验

5.2.1 240 MW负荷下一次调频试验记录

在240 MW负荷点进行一次调频试验，分别强制机组转速偏差为±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，机组一次调频响应时间、调频幅度如表4所示。

表4 240 MW机组一次调频数据分析

5.2.2 试验数据分析

根据机组在240 MW负荷点进行的一次调频动作数据分析，当转速偏差为±7 r/min、±12.8 r/min时，其死区、滞后时间、响应时间及调频幅度等均能满足相关技术指标要求。通过试验数据计算，DEH功控方式下机组实际转速不等率为3.86%（Δr=7 r/min）、4.25%（Δr=-7 r/min）、4.20%（Δr=12.8 r/min）和4.44%（Δr=-12.8 r/min），平均转速不等率为4.19%，满足技术指标要求。

5.3 280 MW负荷下一次调频试验记录

5.3.1 280 MW负荷下一次调频试验记录

在280 MW负荷点进行一次调频试验，分别强制机组转速偏差为±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，机组一次调频响应时间、调频幅度如表5所示。

表5 280 MW机组一次调频数据分析

5.3.2试验数据分析

根据机组在280 MW负荷点进行的一次调频动作数据分析，其死区、滞后时间、响应时间及稳定时间等均能满足相关技术指标要求；通过试验数据计算，DEH功控方式下机组实际转速不等率为3.67%（Δr=12.8 r/min）、3.65%（Δr=-12.8 r/min）、4.23%（Δr=12.8 r/min）和4.29%（Δr=-12.8 r/min），平均转速不等率为3.96%，略小于技术指标要求。

6 试验数据对机组运行调整影响

试验记录表明，在小频率（转速）扰动时，总阀位指令发生阶跃变化，机组负荷变化相对缓慢，这将导致在网频变化持续时间较短时机组调频性能相对较差，将对一次调频积分电量考核造成影响。

根据汽轮机厂家核定的滑压曲线及机组运行情况，试验确定的机组负荷及运行压力关系如表6。

表6 机组负荷及运行压力关系

由于宏晟机组在正常运行过程中，机组负荷/压力曲线与该曲线有一定偏差，为保证机组一次调频效果，建议在正常运行时将压力控制在试验确定的负荷/压力曲线附近。

依据《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》（DL/T 657-2006）中的规定，300 MW等级及以下机组在稳态运行期间，要求主汽压力变化小于0.2 MPa，动态变负荷过程中主汽压力变化小于0.5 MPa。本次试验期间设置转速为阶跃变化。在一次调频动作引起相应负荷变化时，在网频波动较小（±7 r/min）时，机前压力波动幅度在0.2～0.3 MPa之间，对机组的扰动相对较小；但在网频变化较大（±12.8 r/min）的极端情况下，机前压力波动幅度在0.4～0.6 MPa之间，对机组运行的扰动明显。建议在网频变化较大时加强对机组的监视，以保证机组安全运行。

由于本机组目前主要运行方式为DEH功率控制，机组协调控制模式不能正常投入，因此机组在协调方式下的一次调频性能有待进一步验证。

7 结论

通过对宏晟机组试验研究，可得出以下几点结论：

（1）宏晟机组主要运行方式为DEH功率控制，该方式下，机组的一次调频功能主要通过DEH实现。

（2）宏晟机组完成了一次调频试验，试验结果表明，一次调频死区为±2 r/min。

（3）根据试验结果计算，宏晟机组一次调频转速不等率实际值最大为4.79%，最小为3.41%，平均为4.139%，满足技术指标要求。

（4）宏晟机组一次调频负荷响应滞后时间均小于3 s。

（5）宏晟机组一次调频动作后调频幅度达到75%、90%的负荷响应时间以及负荷稳定时间满足相关技术指标要求。

（6）宏晟机组一次调频回路通过压力校正、负荷段校正等控制策略的实施，一定程度上削弱了压力、阀门特性差异对调频功能的影响。通过在不同压力下、不同负荷段的一次调频试验结果表明，其能够在一定程度上弥补压力偏差、负荷段对一次调频性能动作性能的影响。

[1]张强.在300 MW机组DCS改造中实现机组一次调频功能[J].山东电力，1997（6）：14-21.

[2]张秋生.大型火电机组一次调频参数的设置及其对协调控制系统稳定性的影响[J].河北电力技术，2008（7）：1-5.

[3]于达仁.汽轮发电机组的一次调频动态特性[J].中国电机工程，2004（7）：24-28.

[4]孙文捷.协调控制实际应用中稳定性及负荷响应的研究[J].华北电力，1995（1）：24-28.

[5]Q/GDW669-2011.火力发电机组一次调频试验导则[S].

Research and App lication of Primary Frequency Regulation for 2×300MW Unit

SUN Jianmin，ZHANG Changmao，ZHOU Huaibin，DING Yuzhang，LIU Jingbo，ZHENG Wenguo
(HongshengElectrothermalCo.,Ltd.,Jiayuguan,Gansu735100,China)

Through analyzing the function test and operation performance of primary frequency control of the 2×300 MW unit in Jiayuguan Hongsheng Electrothermal,the best operation mode of DEH power control was determined,which enhanced the operative stability of the unit and the treatment ability for power grid accidents of the company,improved the safety and economy of the whole power system and provided some references for subsequent construction of the 2×350 MW unit as well.

primary frequency regulation;control strategy;power control

TM761.2

B

1006-6764(2014)12-0011-04

2014－08－29

孙建明（1976－），男，2000年毕业于鞍山钢铁学院（现辽宁科技大学）工业自动化专业，本科学历，工程师现从事电厂的专业技术管理工作。