提高火电机组一次调频性能的措施

张恂，肖明伟

（华电淄博热电有限公司，山东淄博255054）

提高火电机组一次调频性能的措施

张恂，肖明伟

（华电淄博热电有限公司，山东淄博255054）

以2×330 MW机组为例，分析研究火电机组一次调频存在的主要问题，探索如何结合电网考核标准提高机组一次调频性能，采取信号的同源改造及优化控制等措施，有效提升机组的调频性能，在满足机组安全稳定运行的同时维持电网频率的稳定。

一次调频；信号同源改造；考核标准；逻辑优化

0 引言

“十三五”期间，山东电网进入以“特高压”为特征的快速发展期。根据国网公司统一规划，“东纵”（锡盟—济南）、“北横”（榆横—潍坊）特高压交流工程将分别于2016年、2017年年中投产，到2020年，山东省接受省外来电将达到3 750万kW，是2015年的5倍，约占全网用电的二分之一。

随着山东电网外受电力的大幅提高，同时网内风电、光伏新能源及核电在电源结构中占比持续攀升，系统转动惯量以及频率、电压调节能力总体呈下降趋势，安全基础不断削弱。作为电网调频调峰的主力，火电机组的性能得到日益重视，山东电网已经对小扰动进行考核，山东电网从2014年依据国网下发的《火力发电机组一次调频试验导则》以及《华北区域发电厂并网运行管理实施细则》、《华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》，对一次调频进行相关试验和指标考核。

1 一次调频存在的主要问题

山东省一次调频的日常小扰动测试已经进行了2年，省内绝大多数机组基本都能满足调度的考核标准要求。以2016年2月份为例，全省共计85台火电机组纳入一次调频考核，剔除暂时不计入考核的AGC-R模式（AGC PROPR模式的简称，即机组基本功率按相同可调容量比例分配且无条件承担调节量［1］）后，62台机组的一次调频动作合格率大于80%，占比72.9%；23台机组的一次调频动作合格率小于80%，占比37.1%。从数据看，经过两年来的分析改进，省内机组的一次调频合格率得到普遍提升。但在实际运行中，仍存在诸多问题。

1.1 测量信号问题

信号源不统一。对照山东省调度中心下发一次调频考核数据，在DCS历史曲线中观察负荷变化情况，发现部分工况下，电厂侧一次调频动作而电网侧无一次调频动作，并且动作次数很多，误动作极高。因此，一次调频问题的根源在于信号源的不统一，电网考核所用信号为PMU根据周波计算得出，而机组CCS和DEH控制所用为转速，两者之间不同源。同时，部分电厂一次调频控制逻辑中，在CCS侧采用频率信号进行频差计算，而在DEH侧采用汽轮机转速信号进行频差计算，也会造成信号不统一。

信号测量精度。机组一次调频控制采用的汽轮机转速信号一般通过磁阻发信器来测量［2］，其测量精度基本为0.5，测量误差较大。调度考核所用的PMU精度能达到0.001，因此，转速信号的测量精度不能满足一次调频考核的要求。

1.2 汽机调速阀门控制问题

火电机组投产后连续运行周期较长，大修周期一般为4年，主机调速阀门的线性和灵敏度等在机组运行时间较长后均可能发生改变。DEH系统设置的流量特性曲线与调节阀实际流量特性不符合，汽机调速阀门的灵敏度及流量特性等随工况的变动而变化，使得阀门输出指令与实际负荷变化不对应，机组在不同工况下调速阀门响应不同，从而造成一次调频动作效果的差异。同时，汽机调速阀门本身反应所存在的迟延对一次调频控制也产生负面影响。

1.3 阀门运行方式影响

为了减少节流提高机组效率，火电机组在正常运行时都采用顺序阀控制方式运行，只有极少数工况下采用单阀控制方式运行。顺序阀运行方式下，当调速阀门位置处于重叠区时，汽轮机调速阀门之间若存在死行程，则在这个区域里阀门的开度与汽轮机进汽量不对应，一次调频响应不灵敏，影响一次调频效果。

1.4 压力控制方式影响

对于采用滑压方式运行的机组，汽机调速阀门的节流始终很小，滑压和变负荷对汽机调速阀门的动作要求是相反的，滑压运行会抑制汽机调速阀门快速调节负荷的能力，不利于一次调频的控制。如果改为定压方式运行或提高节流，可以改善一次调频控制效果，但增加节流会使机组的效率降低，对经济运行不利。目前绝大多数机组实际运行压力低于额定压力，如果压力修正不合适，会造成负荷变化量达不到要求，此情况在高负荷段尤为明显。

1.5 AGC-R模式对一次调频的影响

火力发电机组在投入AGC-R模式时，经常发生AGC指令与一次调频指令作用在机组变负荷的方向上相反。由于反向会造成两者的部分指令彼此抵消，造成一次调频动作幅值达不到考核标准的要求，如图1所示。

图1 AGC与一次调频反向调节

从图1可以明确看出，当机组运行在AGC-R模式时，AGC指令以3 MW的阶跃值进行增减，局部存在AGC与一次调频反向的问题，此时就会造成一次调频动作合格率的降低，同时对AGC-R模式下的调节精度指标也会造成影响。如表1所示，将R模式剔除后相较于未剔除时会对机组一次调频合格率造成10%左右的影响。

表1 6号机组一次调频2015年6月动作情况统计

1.6 机组供热对一次调频的影响

供热机组在供热季节多采用“以热定电”方式运行，优先保证供热热源的稳定，其发电负荷调整范围和调节速率则受到很大限制［3］。供热机组进入冬季供暖季后工业抽汽及采暖抽汽量如果过大，电负荷受调度调节增长超过机组范围，即其负荷调节能力近饱和状态下，机组负荷剩余调节量较少，对机组一次调频能力会造成很大的影响，如图2所示。为减少节流损失，汽轮机通常采用顺序阀模式进汽。冬季供暖期供热机组的负荷过高，当第4个高压调速阀门GV4开度也达到100%上限时，机组已无调整余量，此时即使一次调频信号频繁动作，但因高压调速阀门已无法继续开大，导致机组的调频能力因此而大大降低。

图2 供热量大导致负荷无法调整

图3 DEH一次调频优化后控制逻辑

2 一次调频优化措施

华电淄博热电有限公司三期工程两台330 MW亚临界双排汽双抽凝汽式汽轮发电机组（5号、6号机组）分别于2012年12月和2013年11月先后投运。主机DCS及DEH控制系统均采用GE上海新华控制工程有限公司XDPS 400e系统。一次调频采用通用的CCS+DEH的模式。

2.1 调频信号的同源改造及逻辑优化

为彻底解决调度考核所用信号与DCS一次调频控制的信号不是同一信号源的根本问题，6号机组在2015年10月实施的第一次大修中进行了信号的同源改造，在6号机组锅炉电子间内增加一次调频智能控制装置，切除原一次调频相关控制逻辑，一次调频的调频量由一次调频智能控制装置分别输出至DEH系统和CCS系统，用一次调频智能控制装置实现对电网频率信号的高速率、高精度采集；同时采用基于电网功率变化动态调整的控制策略，直接输出控制指令至DEH基本控制站（21号DPU33页“频差计算及初负荷”）和协调控制站（18号DPU100页“机组指令”）。

如图3所示，将调频装置采集来的调频量进行取大处理，然后再进行主蒸汽压力修正，目的是避免压力过低时阀门动作开度不足导致实际做功量达不到电网一次调频标准所规定的量值。

2.2 阀门流量特性曲线的调整优化

6号机组连续运行长达672天，机组大修时，汽轮机油动机均返厂进行检修，复装后发现在运行中阀门流量特性曲线不合适，对机组带负荷能力及AGC和一次调频影响很大，因此进行试验了6号机组阀门流量特性及重叠度进行试验。试验后阀门流量曲线数据与试验前数据相比，具有较大差异，其中单阀模式下的阀门流量特性曲线如表2所示，可以看出4个调速阀门的开度并不是完全一致的，这试验前原有单阀曲线4个调速阀门的开度完全一致，两者差异较大。

表2 6号汽轮机单阀配汽曲线%

3 改造后实际效果

经一次调频优化改造后6号机组一次调频动作次数大幅下降，且由于信号准确，一次调频超调量得到降低，降低了对调速阀门等设备的冲击，如图4所示。可以很明显地看出，机组的改造后的动作次数和动作幅值明显降低。

通过一次调频的同源治理改造，不仅仅是有效提高了一次调频的动作品质，同时由于误动作次数和动作幅度得到有效控制，AGC控制性能也得到有效保证。经过一类列的措施和改造后，6号机组一次调频能力有了很大的提高。2016年3月，在仍有供热的工况下，6号机组剔除R模式后的一次调频合格率高达95.63%，AGC模式下的Kp值为2.304，属优秀行列。

图4 信号同源改造前后动作次数对比

4 结语

对于火电机组而言，调频调峰性能的保证基础就是控制信号的准确。通过阀门流量特性曲线以及控制逻辑的优化，方能有效提升机组调频调峰性能达到电网的考核标准。同时，由于一次调频和AGC是对机组整体性能的考核，对电厂而言，涉及热工、电气、汽机等专业，因此，应统筹安排，方能实现源网的共赢，确保电网安全稳定运行。

［1］毕贞福.火力发电厂热工自动控制实用技术［M］.北京：中国电力出版社，2008.

［2］李军，李慧聪，朱礼祝.D5000系统下火电机组AGC源网优化控制应用研究［C］.中国电机工程学会年会论文集，2014.

［3］LI Jun，ZHANG Hui，WANG Meng.Influence Research of Thermal Power Unit’s Extraction Steam for Power Grid Frequency Modulation［J］.Advances in Engineering Research，2015，vol. 45：228-231.

Measures to Improve the Performance of Primary Frequency Regulation of Thermal Power Units

ZHANG Xun，XIAO Mingwei
（Hudian Zibo Thermal Power Co.，Ltd.，Zibo 255054，China）

Take a 2×330 MW unit as an example，main problems of primary frequency regulation of thermal power units are analyzed.Discussion on how to improve the primary frequency regulation performance of units combined with the evaluation criteria of power grid is conducted.The primary frequency regulation performance of units is effectively improved by homologous transform and optimize control of signals，which can meet the safe and stable operation of the unit and keep the stability of grid frequency.

primary frequency regulation；homologous signal reconstruction；assess criteria；logic optimization

TM734；TM621.6

B

1007－9904（2016）12－0056－04

2016-08-28

张恂（1982），女，工程师，从事电厂热控专业技术与管理工作。