1 000 MW超超临界火电机组一次调频控制与应用

2022-09-30钱海川齐雪涛

上海节能 2022年9期

0 引言

随着中国碳达峰、碳中和目标的提出，新能源发电机组的占比在逐步增加，新能源对电网的稳定运行也带来了一定的影响，迫使火电机组面临更加严格的调峰调频和节能减排要求。一次调频对保证电网安全稳定运行、提高电能质量、迅速消除由于电网负荷变化或故障引起的频率波动非常重要，因此，火电机组都在进一步提高一次调频能力，通过合理的控制策略及参数设置，确保火电机组既能满足电网频率的快速响应，又能满足机组的安全稳定运行。

1 火电厂一次调频基本原理和重要参数

火电机组正常运行时电网频率稳定在50 Hz，机组转速3 000 rpm，此时机组总功率正好等于用户的总耗电量。当用户负荷变化或电网故障引起频率变化时，机组调速系统快速动作，改变负荷以减小电网频率变化，这一过程称为一次调频。

衡量一次调频的参数有

：

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1.1 机组转速不等率

机组转速不等率是指机组在控制系统给定值不变的情况下，机组功率从满负荷至空负荷对应的转速变化量与额定转速的比值，通常以百分数表示，见式（1）。

控制了技术转移与扩散对产业升级的效果后，两组技术进步与金融结构的交叉系数方向一致，其中一组结果在5%置信程度上显著为正，表明适宜的金融结构(特别是金融市场的占比)总是能通过技术创新对产业结构升级产生正向的促进作用。这种促进一方面通过缓解企业的融资约束，促进实体企业的技术创新活动和研发投入，提高技术创新的产出；另一方面则通过有效的金融资源配置，激励“企业家精神”创建更高效率的新兴企业，从而促进技术创新加快进入生产应用，推动产业结构的高度化。

式中，

：机组转速不等率；n

：汽轮机空负荷时的转速；n

：汽轮机满负荷时的转速；n

：汽轮机额定转速。

如图1所示，一次调频动作前前20 s机组实际负荷平均值为798 MW，一次调频触发后，频率降至49.9 Hz（此时对应转速偏差为6 rpm），1号机组一次调频及其他设备响应如下：

1.2 功率补偿量

机组一次调频的理论功率补偿量（ΔP）是由机组转速不等率δ和电网频率偏差（可转换为转速偏差Δn）计算出来的，见式（2）。

式中，

：汽轮机额定转速；

：机组额定功率；Δn：转速偏差（转速偏差Δn计算时应减去2转的死区）。

由式（2）可知，对承担基本负荷功能的机组（如核电等），转速不等率

应大一些，以当电网频率变化时对其功率的影响较小，保证机组在经济工况下稳定运行；而对承担调峰调频的机组(如火电机组等)，转速不等率应小一些，功率补偿量尽量大一些，以便电网频率变化时能及时响应，维护电网的稳定运行。

1.3 迟缓率

机组的迟缓率是指由于调速器、传动放大机构和配汽机构部件间的摩擦、间隙等原因使输入信号与输出信号之间存在迟缓现象，这种现象作用于控制系统使其在一定转速变化范围内机组功率不变。迟缓率ε用公式（3）计算。

式中，

：汽轮机额定转速。

欧洲标准化组织地理信息技术委员会（CEN/TC 287）负责欧洲范围内的数字地理信息标准化工作，研制结构化的标准与指南框架，规定地理数据与服务的定义、描述和转换方法。

1.4 一次调频死区

一次调频性能指标是以每月机组一次调频效果的算术平均值作为机组一次调频性能指标的，每月考核电量为两种情况考核电量之和。

所以，我们的生活应该有一个使命和目的，那就是要追求成为一个优秀的人，而优秀的人就是人的本性得到完善的人。而完善的人，就是心灵品质得到良好塑造并能够发挥其功能的人，也即获得了各种美德的人，而幸福“在于合德性的实现活动”[1](P305)，所以培养了完整美德的人将能过上优美而高尚的生活。而我们研究政治学，就是为了给人们如何获得好生活提供指导，于是，“希望自己有能力学习高尚[高贵]公正即学习政治学的人，必须有一个良好的道德品性。”[1](P10)

1.5 响应滞后时间

电网频率变化达到一次调频动作值直至机组负荷开始变化所需的时间称为一次调频负荷响应滞后时间，一般小于3 s。

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1.6 稳定时间

一次调频过程中电网频率稳定后，机组负荷达到稳定所需时间为一次调频稳定时间，应小于60 s，机组协调系统（CCS）或自动发电（AGC）运行时，应剔除负荷指令变化因素。

2 电网一次调频考核要求

2.1 两个细则对火电机组一次调频考核分析

根据华东电网两个细则的要求，火电机组（包括燃机）一次调频限幅应不小于6%的额定容量。一次调频考核触发条件为：电网频率偏差超过0.033 Hz（即转速偏差2 rpm）持续时间超过20 s；电网频率偏差超过0.05 Hz（转速偏差3 rpm）持续时间超过5 s。

考核细则如下

：

1）机组不具备一次调频功能时，考核费用按照公式（4）计算

即月度考核电量为该机组当月发电量的0.1%。

2）机组具备一次调频功能但未投运时，考核费用按照公式（5）计算

3）机组投运一次调频但一次调频性能指标月均值小于60%时，考核为：

当∣60%*理论电量∣-∣实际电量∣＞0时，按公式（6）计算

当性能指标∣60%*理论电量∣-∣实际电量∣=0时，按公式（7）计算

针对电网出现大频差（转速偏差6 rpm以上）波动，上述两项策略提供的负荷增量已无法很好地满足最新细则要求时，可考虑切除5、6号低加，如仍无法满足要求，可考虑切除高加，但会牺牲机组的经济性并带来一定的扰动。

一次调频死区是指系统在额定转速附近时对转速的不灵敏区。为了在电网频率变化较小时提高机组稳定性，一般在电调系统设置±2 rpm的频率死区。

综上所述，一套较为全面的一次调频控制方案基本能覆盖电网一次调频需求。

2.2 火电机组一次调频考核分析

由考核细则中计算公式可知，机组在电网频率超出50±Δf

(机组频率控制死区)20 s至60 s区间内响应一次调频的实际积分电量要达到理论电量的60%以上。目前大多数机组都具备了一次调频功能，且能正常投运，但响应不及时或在规定时间内未达到相应电量而被考核的情况却时常发生。

多数情况下是电网触发低频，一次调频要求机组增加负荷，少数情况下电网频率偏高，发电机组需降负荷，此时短时间内关小汽轮机调门是最有效的手段，此策略需分析调门流量特性，适当降低调门阀限。

3 火电机组一次调频优化策略

基于一次调频动作原理和考核细则可看到一次调频的重要和改进方向，并以此为出发点，优化一次调频控制策略，并定期试验。超超临界火电机组一次调频的优化可从以下几方面入手：

3.1 凝结水调频优化

为减少汽轮机调门处的节流损失，很多1 000 MW火电机组采用了CTF调门全开方式运行，但由于直流锅炉蓄热能力较汽包炉差，响应速度无法满足一次调频需求。通过及时调节凝结水流量，可以一定程度地影响5、6号低压加热器的抽汽量，进而实现汽轮机功率的快速提高，参考值为5～8 MW。

此优化对凝水调门要求较高，要求凝水调门的调节开度和动作时长控制在合理范围内，避免凝汽器水位或除氧器水位超限、凝结水压力过低等不良影响。

3.2 补汽阀调频优化

目前上海汽轮机厂生产的超超临界机组采用了补汽阀。据调查，补汽阀开度大于20%时可能会造成高压缸前后轴承振动增大，说明该技术还存在一定的缺陷，但开度小于20%时仍能正常使用。厂家资料显示，补汽阀全开可在短时间内增加5%～10%的蒸汽，增加机组出力3%～5%。

3.3 高、低加切除调频优化

(4)目前，电渗析法除盐设备需要有专人操作，在自动化方面还有待进一步改进和完善，以适应装置连续运行的需要。

中国-东盟“海上联演-2018”的参演兵力，包括8艘舰船、3架直升机和约1200名官兵。其中，中国南部战区海军派出导弹驱逐舰广州舰、导弹护卫舰黄山舰、综合补给舰军山湖舰参演，东盟各国参演兵力有新加坡海军“忠诚号”护卫舰、文莱皇家海军“达鲁塔克瓦号”巡逻舰、泰国皇家海军“达信号”护卫舰、越南海军“陈兴道号”护卫舰和菲律宾海军“达古潘市号”后勤支援舰。柬埔寨、印度尼西亚、马来西亚、缅甸等国家派出观察员参演。东盟各国还派出观摩团，视察演习岸基联合指挥部、听取演习情况汇报、参观中国舰艇。

3.4 汽轮机调门动作

由于各种原因，电网在每天的实际运行过程中小频差动作时有发生，机组一方面要响应AGC负荷指令，另一方面又要确保一次调频正常投入。有机组在两者同时动作时没有在控制回路中设置反向闭锁而被考核，通常一次调频的优先级要高于AGC。

上述公式中，F：考核费用，W：发电量，K：考核系数0.001（火电机组），

一次调频考核系数1.5，

：机组上网电价，P

：额定功率，t：未投运小时数（不包含调度发令退出时间），

：对应转速偏差2 rpm时为1、3 rpm为15、4 rpm为30。

4 火电机组一次调频实际动作情况

以下为某电厂1 000 MW火电机组在控制策略优化后对电网大频差情况的实际响应。

当电网发生故障或发电机出口开关跳闸使负荷甩到零时，汽轮机转速先飞升再下降，然后逐步稳定，该现象称为“动态飞升”。转速不等率越大，汽轮机超速的危险性也越大。

例如，为使学生正确理解电场线、场强、电势差之间的关系，教师在短视频中要求学生牢记以下内容：(1)电场线从正电荷或无穷远处发出，到负电荷或无穷远处结束.(2)电场线越密，场强越大，粒子受到的电场力越大；(3)非匀强电场中场强越大，电势差越大.在视频结尾，教师给出以下题目，要求学生思考解答：

1）电网频率下降超过2 rpm时，凝结水节流参与一次调频，凝水主调阀快速关小；

认识到教学内容的价值，就要将这些有思维价值的内容在教学中发挥作用，让其落实在课堂中，体现出生命力，那就必须理解教学．只有理解了教学，才能设计出好的数学活动，通过这些活动，数学内部的育人价值得以生存，并能放大，数学的活动才真正的有意义，才能使学生真正感受到数学的力量，也只有通过这些活动，数学才不会是纸上谈兵，借题发挥的空洞学科．

2）电网频率下降超过4 rpm时，补汽阀辅助一次调频动作，补气阀开至上限20%；

吉尔金娜是学艺术的，浑身上下都散发着浓浓的艺术细胞，比如说走路的姿式，一扭一扭的，标准的模特步，就连烧饭也是用艺术的肢体语言，那手臂伸得很长，划出一道道美丽的弧线，江大亮看了就觉得好有意思，聚精会神，时不时的望着吉尔金娜扭来晃去呆呆的发愣，也许是天下的女人都愿意让男人欣赏的吧，当江大亮夸奖吉尔金娜姿态优美的时候，吉尔金娜就露出孩子般的笑容，就奋不顾身地扑到江大亮的怀里拥抱着，亲吻着，弄得江大亮一点思想准备也没有。

3）电网频率下降超过5 rpm时，低加参与一次调频，5、6号低加汽源快速切除，即5、6号低加切除。

同时，锅炉主控、给水流量同步增加，实际负荷增加。

机组一次调频参数配置见表1。

本次动作60 s，实际出力31.95 MW，幅度达理论值的95%，响应及时有效。

沙沟内地形陡峻，分布中志留系统韩家店组页岩，岩性软弱、风化强烈，为区域易滑地层，沟内滑坡、崩塌、坍塌等不良地质现象十分发育(图2)，为泥石流的形成提供了丰富的松散固体物质来源。经野外勘查，沟内共有滑坡2个，崩滑体10个，崩滑堆积物源总量8.31×104 m3；沟内还堆积了丰富的沟道冲洪积体，体积2×104 m3，坡面强风化页岩体积11×104m3。物源总量为21.31×104 m3，其中可参与泥石流活动的动储量为10.2×104 m3(表2)。

因此，人的德性均可用“气”来加以说明，如刘宗周说：“意者，心之中气；志者，心之根气。”[1](8册，P940)延续刘宗周之说，黄宗羲提出了良知即平旦之气的观点：

上述案例证明，高负荷工况下采用凝水、补汽阀和低加等组合策略分段响应一次调频能使超超临界火电机组较好地满足最新考核。值得注意的是，在低负荷工况下，由于5、6号低压加热器抽汽量减少，凝水调频效果会有所降低，小频差动作时依然有被考核的风险。