火电机组一次调频动作特性对网频稳定的影响.pdf

第3 3卷第 3期 湖南电力 H U N A N E L E C T R I C P 0 WE R 2 0 1 3年 6月 d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 1 9 8 ． 2 0 1 3 ． 0 3 ． 0 0 8 火 电机组一次调频动作特性对网频稳定的影响 宋海华。刘武林。刘复平 湖南省电力公 司科学研究院，湖 南 长沙市 4 1 0 0 0 7 摘要 本文全面分析 电网频 率波动 时湖南省 火电机组一次调频动作的情况，对影响一 次调频的因素进行 了系统的总结分析 ，为进一步提升全 网火电机组一次调频贡献率提 出 整改建议与措施。 关键词 一次调频；动作特性 ；电网频 率；火电机组；网频稳定 中图分类号 T K 3 2 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 ． 0 1 9 8 2 0 1 3 0 3 0 0 2 9 ． 0 3 I nflue nc e o f o pe r a t i ng c h a r a c t e r i s t i c s o f pr i m a r y f r e q u e nc y r e g ul a t i o n t o f r e q ue n c y s t a b i l i t y o f p o we r g r i d f o r t he r ma l po we r un i t s S O NG Ha i h u a ，L I U W u l i n ， L I U F u p i n g H u n a n E l e c t r i c P o w e r C o r p o r a t i o n R e s e a r c h I n s t i t u t e ， C h a n g s h a 4 1 0 0 0 7 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e s i t u a t i o n o f p r i ma r y f r e q u e n c y r e g u l a t i o n a c t i o n o f t h e r ma l p o we r u n i t i s a n a l y s e d c o mp r e h e n s i v e l y d u rin g g ri d f r e q u e n c y fl u c t u a t i o n ． T h e i n flu e n c i n g f a c t o r s o f p rima r y f r e q u e n c y r e gu l a t io n a r e s u mma r i z e d s y s t e ma t i c a l l y a n d s u g g e s t i o n s a n d me a s u r e s o f e n h a n c i n g p r i ma r y f r e q u e n c y fol t h e r ma l p o we r un i t s a r e p u t f o r wa r d ． Ke y wo r d sp rima r y f r e q u e n c y r e gu l a t i o n；o p e r a t i n g c h a r a c t e ri s t i c s ； d f r e qu e n c y；t h e r ma l p o we r u n i t ；f r e qu e n c y s t a b i l i t y o f p o we r g r i d 机组一次调频功能的作用是当电网频率超出额 定频率 5 0 H z 一定范围时，机组根据频率偏差 的大小 ．产生一个与频率偏差成比例且有上限限制 的频差功率 。叠加到机组的 目标负荷指令上 ，用 以 改变机组负荷 ，达到稳定电网频率的 目的。一次调 频有动作快 、反应及时、并能 自动恢复的特点 ，有 利于快速 减小 电网频率 的波动 ．提 高 电网的稳定 性。特别是火 电机组调速系统时间常数小 ，响应速 度较快 ，一般小于 2 S ，即具有正确 响应 ，精度较 高 ．没有水电机组 的 “ 反调效应 ”危 害 电网整体 频率响应 的特点。在电网事故初期防止频率崩溃具 有相当重要的作用 。 1 电网故障时火电机组一次调频动作 特性 分析 2 0 1 2年 3月 2 2日0时 2 5分 4 0秒 ，华 中电网 由于线路跳闸，产生了一次较大范围的电网频率波 收稿 13期 2 0 1 2 ． 1 1 1 2 动 电网频率最低值达到了 4 9 ． 8 2 H z ，整个电网 低频持续时间约5 m i n 。在电网发生故障的初始瞬 间，湖南省火电机组的一次调频功能迅速动作，总调 频功率在网频达到最低点 的时刻 故障发生后 6 S 达到 1 1 7 ． 1 M W 约 占启 动时有功的 1 ． 7 6 ％ ，为 电网频率的初期稳定并有效防止电网事故扩大提供 了强有力的支持。 1 ． 1 典型电网故障时的频率变化 曲线分析 通过调查各机组转速的变化趋势 ．大多数机组 在故障发生后 6 S 时达到最低转速 2 9 8 9 r ／ m i n 。相 当电网频率 4 9 ． 8 2 H z ，由于各机组 的 D C S时 间不 同，分析 中对其时间进行了统一 使用长沙电厂 1 机组 的时标 。如图 1 所示 ，在 电网频率波动发生 后 。由于各机组一次调频快速动作 ，网频很快恢复 到 4 9 ． 9 2 H z 故 障发生后 1 2 S ，大约 5 m i n后 电 网频率恢复到 4 9 ． 9 7 H z 。 2 9 第 3 3卷第 3期 湖南电力 2 0 1 3年 6月 3 0 20 3 0 0 0 ． 0 2 9 9 8 0 2 9 9 6 ． 0 g 2 9 9 4 ． 0 2 9 9 2 ． 0 面2 9 9 0 ．0 擗 9 8 8 ． ． 2 9 8 40 2 9 8 20 啪 图 1 故障后 3 0 S内部分机组转速／频率 变化 曲线 取 平均 1 ． 2 故障发生后 6 0 S 机组贡献的总调频功率分析 电网频率越限后需要火电机组一次调频的快速 响应，主要作用体现在故障后的最初 1 0 S ，因此故 障初期调频功率是衡量机组一次调频效果的主要指 标。故障发生后 6 0 S内火 电机组的总调频功率 占 启动时有功的百分 比曲线 ，如图 2所示。 0 ∞一寸卜0 n ∞ 甘t - ． 寸 寸 寸 0 0 0 一一一 n n n 、 。 、。 、 。、 。 、 。 N N 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 时 刻 图 2 故障发生后 6 0 S内总调频功率占启动时 有功的百分比曲线 从图 1 ，2可 以看 出，电网频率波动、快速下 降到最低点 4 9 ． 8 2 H z 故障发生后 6 S 时，火 电 机组的调频功率也快速上升 ，总调频功率在 网频达 到最低点的同时 故障发生后 6 s 达到 1 1 7 ． 1 MW 约占启动时有功 的 1 ． 7 6 ％ 。在电网频率波动发 生后 ，由于各机组一次调频快速动作 。网频很快恢 复到 4 9 ． 9 2 H z 故障发生后 1 2 s ，此时总调频功 率为 8 5 ． 4 M W 约 占启动时有功的 1 ． 2 8 ％ 。由于 调频功率滞后电网频率的变化 ，实际调频功率与电 网调频需求有一定的差距。调频功率在 0时 2 6分 2 3秒 故障发生后 4 4 s 达到 1 2 2 ． 0 MW 的最大值 约占启动时有功的 1 ． 8 4 ％ 。 1 ． 3 故障发生后 6 0 1 2 0 S机组贡献的调频功率 和调频 电量分析 故障发生后 6 0 S内全 省火 电机组功率和调频 功率数据见表 1 。电网频率波动后 1 5 S 和 6 0 S 所有 火电机组的实际调频贡献电量和理论调频贡献电量 统计见表 2 ，其中．理论调频贡献电量统一按照不 等率 5 ％来计算。 表 1 湖南省火电机组功率和调频功率动作情况简表 电厂名称 机组躺 启 出最大 Mw 力／ M W 调 频 功 率 ／ MW 最大调频功率 出现时 Jl ／ 1 2 0 s内贡献 电量／ k wh 长沙 长沙 株洲 湘潭 湘潭 金竹 山 金竹 山 益 阳 益 阳 涟源 涟源 末 阳 耒 阳 石 门 石 门 石 门 岳 阳 岳 阳 黔 东 宝庆 3 O ～ 卯 ～ ～ 一 ～ ∞ ～ 一 一 一 ～ 6 3 7 6 博3 7“7 9 3 3 8 6 O l 8 0 3 1 O 4 7 4 4 1 5 7 4 O O O 0 7 n L I n 3 1 4 O 3 5 2 1 3 5 3 3 2 7 6 7 O 0 O 3 8 5 7 3 5 O 9 3 5 8 4 8 1 9 1 3 2 2 0 2 如 如 3 O 6 O O 4 2 7 6 8 3 7 O 2 6 O 0 O 9 5 7 O 7 O 8 2 O O O 8 7 3 8 7 8 9 9 2 狮 勰 ∞ 第 3 3卷第 3期 宋海华等 火电机组一次调频动作特性对网频稳定的影响 2 0 1 3年 6月 从表 1中调频 贡献 电量数据 数据 由调度提 供 来看 ，有 l 5台机组 占统计机组的 7 5 ％ 在 故障发生后 的最初 1 2 0 s为系统作出有效贡献 电 量为正 。其余 5台机组 占统计机组的2 5 ％虽 在电网频率波动的 0～6 S内产生 了最大调频功率 ． 但随后调频功率持续下降。以致贡献电量为负。这 充分说明了全网火电机组在电网频率波动最初 1 2 0 S 所体现出的一次调频持续响应能力仍有待提高。 2 一次调频存在的问题及建议 2 ． 1 应及时完成一次调频定期试验 根据 国家 电网公 司十八项 电 网重大 反事故 措施 和 火力发 电机组一 次调频试验导则 的 要求 ， “ 新投产机组 和在役机组大修 、通 流改造 、 D E H或 D C S控制系统改造及运行方式改 变后 ．发 电厂应向相应调度部 门交付由技术监督部门或有资 质的试验单位完成 的一次调频性能试验报告 ，以确 保机组一次调频功能长期安全 、稳定运行” 。 建议各火电厂根据 自身机组 的实际情况 ，及时 完成一次调频定期试验。确保机组的一次调频性能 满足电网实际要求 。 2 ． 2 提高一次调频的响应速度 从表 1 ，2的最 大调频功率和贡献 电量数据来 看 ，机组一次调频在电网故障后 6 0～1 2 0 S内的响 应速度与电网需求相比仍然差距明显 ，一次调频的 响应速度亟待提高。 建议电厂严格按照电网一次调频管理要求．取 消逻辑 中对调频指令 的限速设置 ．以保证一次调频 响应速度满足电网要求。 2 ． 3 重视 A GC指令对调频指令的反向抑制作用 火 电机组在 网频 波动时．正在执行 的 A G C指 令方向与调频指令的动作方 向相反 ．由于 A G C指 令对调频指令有反向抑制作用 。机组 的一次调频作 用得不到正常发挥。 建议各火电厂在逻辑巾设置 当网频大幅波动 时 通常转速 波动 超过 2 9 9 53 0 0 5 r ／ mi n的范 围 ，对与调频指令反向的 A G C指令 闭锁保持 。 2 ． 4 一次调频增方向应保留足够的调节裕量 火电机组在网频波动时．汽轮机调门总指令为 1 0 0 ％，导致机组实际没有增方 向的调频裕 量 ．这 不 满 足“电网对3 0 0～6 0 0 Mw非 满发火 电机组 在 下转第 3 4页 31 第 3 3卷第 3期 湖南电力 2 0 1 3年 6月 2 ． 4调试 运行 结果 启动脚本程序后 。程序将 自动复制 E x c e l 表格 中的操作项 目，并模拟鼠标 、键盘的动作将操作项 目录入 P MS 。经多次运行与调试 ，该脚本程序能 正确可靠地完成 P M S典型操作票的录入，且速度 很快。 本文以 1 份含 1 2 0个操作项 目的倒闸操作票为 例，对该操作票分别执行手工录入和按键精灵 自动 录人 ，经过测试 和对 比．人 工录入用 时需 5 0 3 S ， 而采用该方案仅用时 1 9 S ，且正确率为 1 0 0 ％。 3 结论 通过编制脚本程序 ，使用模拟 鼠标键盘动作的 软件 自动完成典 型操作票录入 P MS的方法 ，避免 上接第 3 1页 网频波动时 ，应具有最大 幅度为 6 ％ 6 0 0 MW 机 组 到 8 ％ 3 0 0 M W 机组 的调频 幅度” 的要 求 。 建议各火电厂运行人员在机组运行时维持合适 的主汽压力 ，避免当网频波动时 ，汽轮机调 门总指 令为 1 0 0 ％ ，导致机组实际没有增方 向调频裕量的 情况时有发生。 2 ． 5 确保在额定负荷下调频满足要求 火电机组在一次调频逻辑巾设置 了机组在额定 负荷运行时 。一次调频增方向调频指令 自动切为 0 的逻辑，额定负荷运行的机组在一次调频增方向不 具备调频能力 ，则不满足 火力发电机组一次调 频试验导则 国家电网公司，Q ／ G D W6 6 9 2 0 1 1 5 ． 4 ． 3条 “ 额定 负荷运行 的机 组 。应参 与一 次调 频 ，增负荷方 向最大调频负荷增量幅度不小于 5 ％ P 0 ” 的要求。 建议调整参数 ，确保机组在额定负荷下的调频 能力满足电网要求 。 2 ． 6 重视入炉煤质的改善 火电机组 由于煤质差．协调投运的效果很不理 想 ，严重影响了一次调频对网频偏差的持续响应能 力。 火电机组在 网频 波动时 ，锅炉侧 由于煤质 较 3 4 了大量的人工重复劳动 ，节省 了时间 ，从而显著地 提高了工作效率 ，经过测试运行证明该方法简单而 有效。 该方法 目前 已在多个变电站运行班组进行了推 广。 参考文献 1 ]河南省电力公司新 乡供 电公司．变 电站倒 闸操 作票编 制及其 解析 [ M] ．北京 中国电力 出版社 ，2 0 1 0 ． [ 2 ]福 建 创 意 嘉 和 软件 有 限公 司．按 键 精 灵 V 9 ． 5 [ C P ／ D K] ． [ 2 0 1 2 - 1 2 1 9 ] ．h t t p／ ／ w w w ．a n j i a n ．c o r n ／ ． 作者简介 王启盛 1 9 8 7 一 ，湖南 娄底 人 ，硕 士 ，助 理工 程 师，从 事 5 0 0 k v变 电站运行维护工作。 差，实际投入 C C S的执行机构数量很 不理想 ，表 现为主汽压力偏差大 ，经常闭锁锅炉主控和汽机主 控的正常调节 ，这严重影响了一次调频对网频偏差 的持续响应能力 。 建议各火电厂重视入炉煤质 的改善，采取措施 积极提高协调投运的效果 ，努力提升一次调频对网 频偏差的持续响应能力。 2 ． 7 增设 “ 一次调频大频差动作” 报警功能 当发生 较大 网频 波动 时 转速 越过 2 9 9 5～ 3 0 0 5 r ／ m i n区间波动 ，逻辑 巾应优先执行一次调 频指令 ．同时设置 “ 一次调频大频差 动作” 报警 ， 将 “ 一次调频大频差动作”信号和 大频差 动作 时 的理论调频电量及时告之运行人员，以利于电网持 续低频或高频导致一次调频持续动作时．运行人员 能够及时关注调频动作情况 ，并在设备或燃料故障 时及时采取手动干预措施 。以保证调频电量始终能 够满足电网要求。 参考文献 [ 1 ]华 中电 监局．华 中区域 发电厂并 网运 行管理 实施 细则 [ S ] ． 2 Ol 1 ． 8 ． [ 2 ] 国家电网公 司．国家 电网十八项 电 网重大反事 故措施 [ s ] ． 修 订版 ．2 0 1 2 ． [ 3 ] 国家电网公司．Q ／ G D W6 6 9 --l l火力发 电机组 一次 调频 试 验导则 [ s ] ．北京 中国电力出版社 ，2 0 1 1 ．