华中地区并网火电机组一次调频合格率影响因素分析

李海峰，汪 蓓

（国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，湖北 武汉430077）

0 引言

在特高压电网和大区电网互联的新形势下，发电机组一次调频动态特性显著影响系统的安全稳定水平。特别是近些年来，风电、光伏等新能源机组并网不断扩大，随机性较强的可再生能源发电机组对频率波动影响极大，且目前新能源机组基本不参与一次调频，给电网安全稳定运行带来极大威胁。2020 年华中电力监管部门根据本区域电网、电厂发展实际，对《华中区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》和《华中区域发电厂并网运行管理实施细则》（以下简称“两个细则”）进行了相应修编，进一步明确了对并网机组一次调频考核工作的具体要求，掌握机组一次调频性能较弱问题关键、提升机组一次调频合格率成为电网和发电企业面临的急需解决的问题。

本文结合2020版华中地区“两个细则”规定要求，梳理新版“两个细则”对并网机组一次调频考核办法的变化，对当前华中区域并网机组一次调频存在的各种问题进行了总结，并给出相应处理建议，以针对性的处理问题，有效地提升机组一次调频性能及合格率。

1 一次调频原理及考核办法

1.1 一次调频原理

电网的频率是由发电功率与用电负荷大小决定的，在稳定的电力系统中，电网频率稳定于额定频率。当系统的用电负荷增加时，系统就出现了功率缺额，电网频率降低；反之，电网频率升高。一次调频是指电网的频率一旦偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减；限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程。当电网频率降低时，一次调频功能要求机组利用其蓄热快速增负荷；反之，机组快速减负荷。

1.2 一次调频考核办法修订内容

2020 年9 月，国家能源局华中监管局发布了最新华中区域“两个细则”，该细则结合华中区域根据电力系统运行特性，详细修订了一次调频考核办法，修订的主要内容有以下几点。

1.2.1 增加针对“大扰动”和“模拟扰动”的补偿［1］

1）大扰动补偿：电网事故发生时，满足大扰动性能指标要求的并网发电机组给予补偿，补偿标准如下：

1.2.2 功能投入情况考核变化

200 MW 及以上的火电机组出力达额定容量46%及以上应保证CCS 侧和DEH 侧同时投入一次调频功能，允许CCS侧一次调频月累计退出时间≯35 h。一次调频功能未投运，则结合未投运小时数及并网额定容量（MW）予以考核［1］。

1.2.3 性能考核变化

1）明确对40 MW 及以上并网水电机组、80 MW及以上的其它并网常规发电机组实施一次调频性能考核，新能源场站一次调频性能考核暂不实施。

2）明确大扰动及小扰动大频差范围，其中电网最大频率偏差＜0.08 Hz 为小扰动（川渝藏＜0.1 Hz），电网最大频率偏差≥0.08 Hz 为大扰动（川渝藏≥0.1 Hz），频率模拟扰动范围0.08 Hz～0.183 Hz，且大扰动、小扰动及模拟扰动采取不同的考核办法。

3）小扰动考核增加了合格率系数、死区系数及机组容量对考核量的修正：

式（3）中，PN为机组额定容量（MW）；A为0.046 h；N1为小扰动下的不合格次数。

4）大扰动考核增加了死区系数及机组容量的修正，且增大了死区≥0.04 Hz的机组的修正系数。式（4）中，PN为机组额定容量（MW）；B为0.3 h；N2为大扰动下的不合格次数。

5）模拟扰动考核办法

电力调度机构定期通过一次调频主动在线测试系统对并网机组进行模拟扰动测试，验证机组的大频差调频性能是否满足电网安全稳定运行要求。测试不合格机组参照大扰动考核办法进行考核。测试应采取随机方式对电力系统所在控制区机组进行抽查，测试周期内机组选取应不重复。模拟扰动测试前须检查各项安全允许条件，测试过程中应保障被测机组安全稳定运行，测试期间所造成机组的AGC 相关考核应考。

1.2.4 增加了新能源机组调频动作正确性考核、传送虚假信号等内容

并网发电机组（新能源场站）传送虚假一次调频投运或调频动作信号的，一经发现，每次考核电量：

式中，PN为并网发电机组或新能源场站的额定容量（MW），T考核为1小时。

1.2.5 明确了各类机组免考核情况

机组实际出力较低时（火电P＜0.46 MCR、水电P＜0.20 MCR、新能源P＜0.20 MCR、燃机P＜0.55 MCR），性能免考核。

2 华中区域并网机组一次调频合格率影响因素分析

2.1 部分机组转速测量装置精度不够

火电一次调频控制回路中，一般采用DEH系统采集的汽轮机转速信号代为网频信号参与一次调频。汽轮机转速信号一般通过磁阻发信器来测量，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。根据华中区域电网统计数据，电网波动大部分处于小频差波动范围内，测频精度较差直接导致网频波动时机组负荷应调节电量计算不准确，导致实际贡献电量不满足要求，机组一次调频动作不合格［2-4］。

2.2 部分机组PMU数据传输稳定性差、功率信号异常

根据电力调控中心数据，部分电厂虽然完成了PMU信号接入调控中心，但由于日常维护不到位等原因，造成机组PMU通讯异常频发。特别是功率曲线存在断点等问题，反映不出机组一次调频过程中实时功率信息，WAMS 系统测算机组贡献电量为0，导致机组一次调频动作不合格［4-5］。

图1 机组PMU通讯异常曲线图Fig.1 PMU communication abnormal curve

2.3 部分机组阀门流量线性度较差

汽轮机阀门流量特性曲线，理论上是其流量特性的数值表征，当DEH设定的阀门流量特性曲线与实际流量特性相一致时，汽轮机会表现出良好的控制性能。由于设备改造或运行老化等原因，DEH设定的阀门流量特性曲线常会偏离其实际流量特性，实际与理想的综合阀位指令－阀门流量曲线存在一定差别，机组在部分阀门区段阀门动作后，蒸汽流量变化难以满足符合增/减需求，一次调频响应时机组出力不能很好跟踪系统频率变化。通过对部分机组阀门动作曲线观察中发现，当机组负荷处于顺序阀交替过程中时，汽轮机高调阀出现大幅度的摆动，有时甚至即使阀门快速增减而机组负荷并未发生明显的变化。即使在逻辑中增加了一次调频前馈补偿逻辑，也要求汽轮机高调阀在顺序阀工作状态时具有较好的线性度［6-10］。

图2 某机组一次调频性能受阀门流量特性影响动作图Fig.2 The primary frequency modulation performance of the unit is affected by the valve flow characteristics.action diagram

2.4 部分火电机组协调控制品质不理想

考虑机组运行的经济性，目前大部分机组采用滑参数运行，保持汽轮机调门相对较大的开度，减小调门的节流，提高机组运行经济性。机组调门开度超过一定值，其流量特性越来越差，一次调频动作时，增加机组增负荷指令，即使给了开调门指令，调门按指令动作，由于流量特性限制，机组负荷补偿也有限，进而影响机组一次调频能力［10-13］。

机组在汽机跟随方式下运行时，汽机控制对象为机前压力，一次调频动作时，机组负荷根据电网频率波动做相应补偿调整，机前压力也会随之发生变化，CCS中压力控制回路对压力偏差进行快速调节，输出的综合阀位指令与一次调频动作指令相反，导致一次调频调节缓慢［14-15］。

部分机组一次调频参数设置偏小，导致一次调频动作虽然正确，但是调频阀位及负荷设定值增量较小，实际调频负荷量不足。

2.5 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。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。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 开度也达到开度上限时，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［15-17］。

图3 协调控制品质差机组一次调频动作曲线图Fig.3 Coordinated control of poor quality unit primary frequency modulation action curve

2.6 火电机组一次调频与AGC协调关系不明确

当前，并网机组负荷调节多由电网调度侧采用AGC方式调节，如若在AGC过程期间发生一次调频动作事件，且二者负荷动作方向相反，由于大多数火电机组无一次调频与AGC协调关系逻辑，导致一次调频性能受到显著影响［15］。

2.7 燃气机组一次调频受温控模式影响

燃机机组受环境温度等因素影响明显，在夏季运行过程中负荷无法达到额定负荷运行，且燃机进入温控方式（基本负荷模式）后，机组不具备一次调频功能［18］。

3 提高并网机组一次调频合格率方法分析

针对上述影响机组一次调频合格率的因素，可以采取以下方法进行相应整改。

3.1 提升测频精度，加强pmu装置维护

通过更换高精度测频装置，或适当修正测频/测速装置量程等方式提升测频/测速精度；在电厂日常管理中，做好PMU装置维护工作，确保PMU装置正常运行，发现问题及时处理。图4为华中某电厂更换高精度测频装置后，测频装置所侧频率信号与汽轮机转速信息对比曲线，由图可以看出二者之间差异明显，高精度测频装置所测频率与电网实际频率更为接近，机组一次调频动作响应时间、负荷响应调节电量准确性都有效提高［3-4］。

图4 高精度频率信号与转速信号对比图Fig.4 Comparison of high-precision frequency signal and speed signal

3.2 优化机组阀门流量线性

汽轮机阀门线性度直接决定了机组一次调频的控制效果，因此在机组一次调频优化过程中在实施优化控制方案前需对机组进行汽轮机阀门流量特性试验，重新确定各个阀门的死区、饱和区以及阀门间的重叠带，只有从根本上解决问题，才能使得优化控制策略效果显著。在汽轮机阀门流量特性试验中，选取某一稳定工况点作为基准工况，依次对顺序阀进行单阀流量特性试验，并根据试验结果重新绘制阀门流量特性曲线，修订DEH 阀门折线函数。在阀门流量特性试验过程中，各个高调阀的流量特性基本一致［19-20］。

将阀门流量特性试验作为机组大修后的常规试验，若发现阀门流量特性差，及时对阀门流量特性进行优化。

3.3 优化机组协调控制品质及一次调频参数

确保机组协调控制品质良好，优化机组滑压运行曲线，保持一定的节流量，在一次调频性能与机组运行经济型中找到平衡点［20-21］。

在机组一次调频逻辑中增加一次调频前馈补偿环节，根据机组运行过程中的阀门、压力等特性，将频率偏差信号、压力偏差等一次调频关键影响因子折算成机组负荷增量后，进一步将其换算成汽轮机阀位增量指令，从而有效提高一次调频动作负荷调节能力。同时也应注意，前馈补偿应适量，前馈补偿参数的设置应经试验严格验证，以避免前馈补偿过强，造成负荷严重过调，阀门频繁大幅度调节等不利于机组安全运行的情况发生。

3.4 增加一次调频与AGC协调逻辑

2020 版华中区域“两个细则”中明确了一次调频与AGC的协联关系：当电网频率低于调频人工死区门槛低值时，机组一次调频动作调增有功功率期间，应闭锁AGC、监控系统减负荷指令；当电网频率高于调频人工死区门槛高值时，机组一次调频动作调减有功功率期间，应闭锁AGC、监控系统增负荷指令［15］。

因此机组应增加一次调频与AGC协调逻辑，确保机组一次调频与AGC有功功率指令相反情况下，适时闭锁AGC增/减负荷指令。

4 结语

本文根据华中地区并网机组一次调频实际性能和反映出的问题，分析了并网机组一次调频合格率低的主要原因，并针对性的给出整改建议，可以给予急需提升机组一次调频性能的电厂启发和帮助。

［参考文献］（References）

［1］ 国家能源局华中监管局.华中区域并网发电厂辅助服务管理及发电厂并网运行管理实施细则［Z］.国家能源局华中监管局，2020.

［2］ 王刚，郝涛，张江南，等.火电机组一次调频合格率的影响因素分析［J］.中国电力，2014，47（02）：23-26.WANG Gang，HAO Tao，ZHANG Jiangnan，et al.Analysis on influencing factors of passing rate of primary frequency regulation of thermal power units［J］.Electric Power，2014，47（02）：23-26.

［3］ 李华，陈志刚，柴琦，等.基于频率信号的火电机组一次调频改造及优化［J］.电气技术，2019，20（02）：101-104.LI Hua，CHEN Zhigang，CHAI Qi，et al.Primary frequency modulation transform and optimize of thermal power units based on frequency signals［J］.Electrical Engineering，2019，20（02）：101-104.

［4］ 郑涛，高伏英.基于PMU的机组一次调频特性参数在线监测［J］.电力系统自动化，2009，33（11）：57-71.ZHENG Tao，GAO Fuying.On-line monitoring and computing of unit PFR characteristic parameter based on PMU［J］.Automation of Electric Power Systems，2009，33（11）：57-71.

［5］ 陈节涛，曾海波，张林，等.超超临界1000 MW机组一次调频控制策略研究与优化［J］.湖北电力，2020，44（01）：96-102.CHEN Jietao，ZENG Haibo，ZHANG Lin，et al.Research and optimization of primary frequency adjustment control strategy for ultra-supercritical 1000 MW Unit［J］. Hubei Electric Power，2020，44（01）：96-102.

［6］ 盛锴，刘复平，刘武林，等.汽轮机阀门流量特性对电力系统的影响及其控制策略［J］.电力系统自动化，2012，36（07）：104-109.SHENG Kai，LIU Fuping，LIU Wulin，et al.Influence of steam turbine valve discharge characteristics on power systems and its control strategy［J］. Automation of Electric Power Systems，，2012，36（07）：104-109.

［7］ 吴鹏，柏毅辉，张锐锋，等.汽轮机阀门流量特性试验及管理曲线优化［J］.电站系统工程，2017，33（02）：49-55.WU Peng，BO Yihui，ZHANG Ruifeng，et al.Test for flow characteristics and optimization for management curves of turbine valves［J］.Power System Engineering，2017，33（02）：49-55.

［8］ 于海存，殷建华，党少佳，等.汽轮机组调节阀重叠度区一次调频功能优化［J］.内蒙古电力技术，2018，36（04）：57-62.YU Haicun，YIN Jianhua，DANG Shaojia，et al.Optimization for primary frequency compensation in overlap regionof turbine generation unit［J］.Inner Mongolia Electric Power，2018，36（04）：57-62.

［9］ 杨振勇，李卫华，骆意.火力发电机组一次调频问题研究［J］.华北电力技术，2008，（01）：16-20.YANG Zhenyong，LI Weihua，Luo Yi. Research on primaryfrequency for thermal power generating units［J］.North China Electric Power，2008，（01）：16-20.

［10］ 陈小强，项谨，魏路平，等.1 000 MW 机组一次调频性能优化［J］.中国电力，2010，43（04）：63-66.CHEN Xiaoqiang，XIANG Jin，WEI Luping，et al.Performance optimization study on primary frequency regulation of 1 000 MW units［J］.Electric Power，2010，43（04）：63-66.

［11］ 黄卫剑，张曦，陈世和，等.提高火电机组一次调频响应速度［J］.中国电力，2011，44（01）：73-77.HUANG Weijian，ZHANG Xi，CHEN Shihe，et al.Enhancing response speed of primary frequency regulation in thermalpower unit［J］.Electric Power，2011，44（01）：73-77.

［12］ 傅望安，沈冲.基于纯滑压运行方式的一次调频性能优化在1000 MW 超超临界机组中的应用［J］.电力建设，2010，31（11）：76-79.FU Wangan，SHEN Chong. Application of optimized primaryfrequency modulation based on sliding pressure operation in 1000 MW ultra-supercritical unit［J］. Electric PowerConstruction，2010，31（11）：76-79.

［13］ 王玉辉.汽轮机高压调门流量特性测试分析［J］.广西电力，2012，35（04）：73-76.WANG Yuhui. Test and analysis of flow characteristic of turbine high pressure regulating valve［J］.Guangxi Electric Power，2012，35（04）：73-76.

［14］ 韩英昆，牟琳，韩德顺.机网协调模式下一次调频逻辑优化设计［J］.山东电力技术，2013，（04）：64-67.HAN Yingkun，LinMOU，HAN Shunde.Optimization design of primary frequency compensation in the coordination of generator and grid mode［J］. Shandong Electric Power，2013，（04）：64-67.

［15］ 褚云龙，程松，李云，等.火电机组一次调频及AGC 全网试验分析［J］.电网与清洁能源，2013，29（09）：32-44.CHU Yunlong，CHENG Song，LI Yun，et al. Analysis of thermal power unit primary frequency regulation and the AGC whole network test ［J］. Power System and Clean Energy，2013，29（09）：32-44.

［16］ 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，2004，23（05）：9-11.ZHANG Qiusheng. Setting of primary frequency control parameters for large fossil power plants and its effect on stability of coordinating control system［J］. Hebei Electric Power，2004，23（05）：9-11.

［17］ 季俊伟.大容量火电机组一次调频功能试验研究［J］.东北电力技术，2015，36（02）：1-5.JI Junwei.Test research for primary frequency regulation function of large capacity thermal power units［J］.Northeast Electric Power Technology，2015，36（2）：1-5.

［18］ 黄雪成，李玉杰.9E级燃气-蒸汽联合循环机组一次调频改造［J］.发电设备，2015，29（06）：416-418.HUANG Xuecheng，LI Yujie.Primary frequency modulation retrofit of a 9E gas-steam combined cycle unit［J］.Power Equipment，2015，29（06）：416-418.

［19］ 张恂，肖明伟.提高火电机组一次调频性能的措施［J］.山东电力技术，2016，43（12）：56-59.ZHANG Xun，XIAO Mingwei. Measures to improve the performance of primary frequency regulation of thermal power units［J］.Shandong Electric Power，2016，43（12）：56-59.

［20］ 赵秀峰.为满足两个细则考核下阀门曲线优化［J］.华北电力技术，2012，（05）：29-32.ZHAO Xiufeng.Valve curve optimization to meet two rules examination［J］.North China Electric Power，2012，（05）：29-32.

［21］ 刘晓强，王西田.考虑主蒸汽压力变化的机组一次调频动态特性［J］.热能动力工程，2008，23（02）：140-143.LIU Xiaoqiang，WANG Xitian.Dynamic characteristics ofthe primary frequency modulation of a urbo-generatorunder a due consideration of main steam pressure variation［J］.Journal of Engineeringfor Thermal Energy and Power，2008，23（02）：140-143.