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第 3 0卷第 5期 2 O O 7年 l O月 四 川 I电 力 技 术 S i c h u a n El e c t r i c P o w e r“r e c h o l o g y Vo 1 . 3 0。 No. 5 Oc t . 。 2 0 0 7 火 电机组 的一次调频方式 牛光利 四川电力试验研究院 ,四川 成都6 1 0 0 7 2 摘要 阐述 了 D E H一次调频的基本原理和一次调频试验 的具体 实施 , 强调 了一 次调 频的投入对 系统安全稳 定的重 要性, 提 出了 如何合理的设置参数, 克服电网由于机组或其他原因造成电网频率超限, 调节汽轮机调门的开度快速增 减 负荷 , 满足电网频率快速响应的需求 , 以弥补 电网负荷缺 17, 保证 电网安全稳定。 关键词 火电机组; 一次调频; 系统频率偏差 ; 快速调整负荷 Ab s t r a c t T h e b a s i c p ri n c i p l e o f p ri ma r y f r e q u e n c y r e g u l a t io n o f DE H i s d e s c ri b e d a s w e ll a s t h e i mp l e me n t a ti o n o f p r ima r y f r e q u e n c y r e g u l a ti o n t e s t .Th e i mp o r ta n c e o f p u t ti n g 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 i n t o s e r v i ce i s e mp h asi z e d f o r the s a f e t y a n d s t a b il i ty o f t h e s y s t e m .Ho w t o s e t t h e r e a s o n a b l e p a r a me t e r i s p r e sen t e dt o o v e r c o met h e df r e q u e n c y e x c e e d i ng t h eli mi t s d u et ot h e u n i ts o r o the r a t1 .S , t o i n c r e a s e and d e c r e a s e t h e l o a d q u i c k l y b y a d j u s t i n g the o p e n i ng o f r e g u l a ti ng v a l v e o f s t e a m t u r b i n e and t o m e e t th e I e q u i r e me n t o f f a s t r e s pon s e o f g ri d f r e q u e n c y 。w h i c h C an c o mp e n s a t e t h e l o a d s h o r t a g e 0 f pow e r g ri d and g u a r a n t e e i ts s a f e ty and s t a b il i t r . Ke y wo r dsf o s s i lfi r e d po w e r u n i t ;p rima r y f r e qu e n c y r e g ul a ti o n;s y s t e m f r e q u e n c y d e a fi o n;f a s t l oad c o n t r o l 中图分类号 T K 3 2 3 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 3 6 9 5 4 { 2 0 0 7 0 5 0 0 3 6 0 4 为进一步提高机组 的可控性和控制精度, 现在的 机组普遍采用 电调 系统 , 控制精度 明显提高, 一般 大 容量机组的协调控制也具备了条件 , 其 中一次调频作 为 D E H系统软件部分 的一个功能之一 , 在过去一段 时间由于重视不够一直未投入 , 造成电网频率频繁超 限。为保障电网及并网发电机组的安全运行 , 提高电 能质量 , 规范辅助服务管理 , 还专门出台了“ 华中电网 发电机组一次调频运行考核管理办法” 。但火电机组 投入机炉协调方式运行后 , 数字电液控制系统 D E H 内部实现 的一 次调 频功 能被机组 的协 调控制 系统 c c s 作为系统 内扰很快克服 , 在电网发生事故 , 系 统频率持续偏离时 , 无法达到电力系统一次调频的目 的, 提出利用 C C S与 D E H侧一次调频 回路在调节特 性与作用时序上 的互补性 , 实现快速持久 的一次 调 频。一次调频的作用是在电网由于机组或其他原 因 造成电网频率超限的情况下 , 特别是系统内机组跳 闸 或大用户发生跳闸时 , 电网频率发生瞬间变化 , 要求 网上机组的负荷能够在允许 的范围内快速地调整 , 单 元机组利用锅炉蓄能快速增减负荷 , 以弥补 电网负荷 缺 口, 保证 电网安全稳定 。 随着国民经济的持续发展, 中国城乡居民及工业 用电也呈逐年上升的趋势 , 但鉴于电力商品不可大量 - 3 6 储存的特殊性 , 而电力需求峰谷差又相当大的实际情 况 , 于是对电力生产调度提 出了更高 的要求 , 电网机 组的一次调频功能的优劣直接影响到供电的质量 , 因 此 , 完善机组的调频性能、 提高响应速度是一项很重 要的任务 。 由于 D E H的生产厂家不 同, 参数的设置方法也 有差异。如果一次调频参数设置不合理 , 会对机组的 安全性与稳定性带来一定 的影响。可以通过对 大型 火电机组中一次调频参数的设置及其对协调控制系 统稳定性的影响进行分析, 并探讨如何合理设置 D E H和 D C S 一次调频的参数 , 使其既能满足 电网频 率快速响应 的需要 , 又能满足机组 安全 稳定 性的要 求。 一 次调频是通过调节汽轮机调门的开度 , 利用机 组的蓄热来快速响应电网频率的变化。目前大机组 普遍应用 D E H来进行汽轮机转速和有功功率的控 制。D E H中一次调频功能是将 汽轮机转速与额定转 速的差值直接换算成有功功率指令。 1 一次调频的基本概念 一 次调频工作在各 电网公司已经全面开展 , 但不 维普资讯 第 3 o卷第 5期 2 O O 7年 1 O月 四 』 f I 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c P o we rT e c h n o l o g y v0 I . 3 0. No . 5 O c t . 。 2 O O 7 少人对一次调频 的基本概念和重要性还认识不足 , 下 面有必要介绍有关一次调频的一些基本概念。 1 。 1 转速不等率 电网中参加一次调频的机组越多, 电网的自平衡 能力越强 , 系统维持 5 0 H z 越稳定 , 当电网中的所有 机组都参与一次调频 , 电网将负荷扰动按各机组 的不 等率 分配到各机组上 , 不等率 小 的机组将承担较 多的负荷 分配 。一般各个机 组的不等率都相 等, 在 4 % 5 %范围, 因此 , 电网 中各机组通 常按容量相对 值来承担一次调频量△P , 。 转速不等率是指汽机空负荷时对应 的最大转速 n 一和额定负荷时对应 的最小转速 n m i n 之差 , 与汽机 额定转速 n 。 之 比, 用 表示。 例如 空负荷时转速由 3 0 0 0 r / ra i n升到 3 1 5 0 r / m i n , 额定转速为 3 0 0 0 r / mi n , 那么 , 8为 5 %。转速不 等率即为速度变动率 , 它是转速与负荷静态控制特性 曲线 的斜率 , 速度变动率越小 , 机组参与 电网一次调 频时所承担 的负荷变 动量就越 大 , 在 电网频率波动 时 , 该机组将出现动态不稳定 , 因此, 8 不 能小于 3 %。 若 8 大也不行, 根据实际经验, 机组在突然甩 负荷时 , 转速升高将是正常情况下 的 1 . 5倍 , 若 8 为 6 %, 机组 突然甩负荷时变为 9 %, 此 时, 机组 的最大转速 为 3 2 7 0 r / mi n , 已接近超速保护 的跳机值 3 3 0 0 r / mi n , 因 此 , 一般 选 4 % 一5 %。 I . 2 一次调频量 转速不等率直接影响机组的一次调频量, 如果用 △P , 来表示 ,△P , KAf , Af为频差信号 , 为 调频 系 数。 K 1 0 0 / n 0 , 额 定 转 速 n 0 3 0 0 0 r / m i n , K 1 / 3 0 8。当 8 5 %, K I / 3 00 . 0 5 0 . 6 6 7 。 可见 , 8 越小一 次调频 量越大 , 机组承担 的调节 负荷分配得越大 , 反之 , 8 越大一次调频量越小 , 机组 承担的调节负荷分配 得越小。对 承担基本负荷的机 组 , 一般取其不等率大一些 , 以希望 电网周 波的变化 对其功率的影响要小 , 保证机组在经济工况下长期运 行; 对承担尖峰负荷的机组, 则不等率要小一些, 在电 网周波变化后希望多分担一点变动负荷。一 次调频 最大负荷变化幅度为机组额定负荷的 1 0 %。 1 。 3 转速死区 为了在电网频率 变化较小的情况下提高机组 的 运行稳定性 , 设置 电调系统~次调频死区 , 是指 系统 在额定转速附近对转速的不灵敏区 , 消除转速不稳定 引起机组负荷波动 以及调节系统晃动 , 转速在死区范 围内一次调频不起 作用。一般转速死 区设 为 2 r / r a i no 1 。 4 一次调频参数的设置 表 1 D E H一次调频基本参数设置要求 序号D E H一次调频参数 要 求 值 如果一次调频参数设置不合理 , 会对机组的安全 性与稳定性带来一定 的影响。 1 。 5 C C S系统的一次调频校正 根据一次调频 的原理 ,△P , K Af, 只要 Af不为零 , 一 次调频回路将始终影响负荷控制回路 的输 出作用在 D E H中, 但在 C C S协调控制中机组功 率的给定值并没有变化 , 最终使机组的实发功率与负 荷指令不相等 , 由于协 调系统都有功率闭 环校 正回 路 , 如不进行一次调频作用对 C C S进行补偿, C C S的 功率闭环校正 回路将这一过程视为内扰 , 由于积分的 调节作 用 , 又会 将 负荷 控 制 回路 的输 出拉 回。若 D E H一次调频的作用要开大调 门, C C S协调控制的作 用却要关小 调门, 这将成 为矛盾 , 所 以, D E H一次调 频要在 C C S的功率控制 回路 中加 以补偿校正 , 正确 发挥一次调频作用 的同时减少对协调控制系统稳定 性的影响。 另外一种方法是进行调频限制 在液压调节系统 对机组功率只能进行开环控制 , H S 2 0 0 0 / D E H M的功 率控制回路对机组功率可进行闭环控制 , 可以克服汽 压波动的内扰 , 将机组功率准确地控制在功率给定值 上 , 以满足机组协调控制的要求。从另一角度说 , 为 使电厂运行稳定 , 又要求在~定 的频率偏差范围内不 参加~次调频 , S MA R T P R O / D E H M有~ 次调频特性 的限制功能, 按下“ 调频限制” 按钮后 , 电网的频率在 一 定范围内变化时 , 机组功率不会发生变化。 3 7 维普资讯 第 3 o卷第 5 期 2 O O 7年 1 0月 四 川 电 力 技 术 S ic h u a n E l e c t r i c P o w e r F e c h n o l o g y Vo 1 . 3 0, No. 5 Oc t . , 2 O O 7 2 一次调频的原理和组态的实现 Af0 , 说 明网上用户 电量小使系统频率偏高, 一次调频的作用 应当关小调门减少负荷 , 用负荷增加或减少 调节门 开大或关小 来调节频率, 使转速维持在 2 9 9 8 ~3 o 0 2 r / m i n 范围内, 当转速 n3 0 0 2 r / m i n , 进行一次调频。转速在 2 9 9 8~3 0 0 2 r / m i n范围 内一次调频不起作用。 以 D E H H S 2 0 0 0的 S M A R T P R O / D E H M 型的组态 逻辑为例对一次调频进行分析。 一 次调频逻辑分析 当 G T 1 , 说明系统转速小 于 2 9 9 8 r / m i n ,一次调频参与调节 , A MF R Q S P D输 出 由 S F r 2选 择 A MF R Q S P D 2 2 9 9 8 r / m i n , 即 A M。 F R Q S P D 2 9 9 8 , 经一次 调频值生 成逻 辑 的 S U B, S U B 0 , Af0 ,调频量 KA厂 0 , 一次调频 的作用 是开大调门。当 G T0 , 说明系统转速等于 2 9 9 8 r / m i n , S F r 2输出选择 S F T 1 的输出, 因为 L T 0 , S F T 1 的输 出为 A M F R Q S P D, 所 以 S F r 2 A M F R Q S P D, A M。 F R Q S P DA MF R Q S P D, 即 A MF R Q S P D输 出保持 , 一次 调频不起作用。 当 L T 1 , 说明系统转速大于 3 0 0 2 r / ra i n , 一次 调频参与调节 , A MF R Q S P D输 出 S F F 1 输 出选择 A M。 F R Q S P D1 3 0 0 2 r / m i n , 即 A MF R Q S P D 3 0 0 2 , 经一 次调频值生成逻辑 的 S U B , S U B0 , △厂 0 ,调频 量 KAf0 , 一次调频的作用是关小调门。当 L T 0 , 说明 系统 转 速 等 于 3 0 0 2 r / m i n ,S F T 1选 择 A M。 F R Q S P D, 因为 G T 0 , S F r 2选 择 S F T 1输 出, 所 以 A MF R Q S P DA MF R Q S P D, 即 A MF R Q S P D输出保持, 一 次调频不起作用。 以上逻辑实现了, 转速在 2 9 9 8 ~ 3 0 0 2 r / m i n 系 统调频不起作用 不参与一次调频 , 转速小于2 9 9 8 r / m i n或转速大于 3 0 0 2 r / m i n系统参与一次调频。 一 次调频值生成逻辑分析如下 一 次调频值的生成逻辑就是通过组态实现一次 调频量公式 △P r K△厂 c Af为频差信号, K为调频系数 ; 定义 K 1 0 0 / n 0 , 额定转速 n 0 3 0 0 0 r / m i n 。 3 8 当转速不等率 65 %, 那么计算 出 K 1 / 1 . 5 0. 0 6 7。 从计算 中可 以知道 K 常数 , 一次调频量 Ap f 决定于频差△f o 3 一次调频试验 S . 1 一次调频量参数的设置 以内蒙某电厂 1 3 5 M W机组为例, 如果要求频差 死区为 2 r / m i n , 为 4 %, K 0 . 8 8 3 则函数发生器 的参数设置如表 1 所示 , 其函数关系如表 2所示。 表 2 一次调频参数的函数设置 3 . 2 静态试验 检查 D C S和 D E H软件修改已经完成, 静态试验 合格 , 机组各项功 能主要包括机炉协调控 制、 A G C 、 D E H功率控制等功能完好 , 各项保护投入运行。 在以下方式下进行实验 , D E H手动方式 、 D E H功 率回路投入、 D E H阀控回路投入 、 D C S在 A G C方式。 1 将机组额定负荷工况负荷上限 , 检查一 次调 频动作 。① 分别改变转速设定值 2 9 9 8 、 2 9 8 9 、 2 9 8 6 、 2 9 8 3 r / m i n , 检查一次调频应不动作 。因为机组 已处 于上限 , Af 0时不能减少负荷。 3 . 3 一次调频动态试验 以内蒙某电厂 1 3 5 MW机组调频试验 为例进 一 步阐述。该机组为低压纯电调 , 液压调节系统为低 压 透平油。采用 哈尔 滨汽轮机 控制公 司的控制系统。 该机组转速不等率 设置为 4 %, 计算出 K 1 / 3 0 8 1 / 1 . 2 0 . 8 3 3 , 扰动值af 8 r / m i n , 在组态中强制为手动给定转速 , 用阀控和功控两种 方 式进行试验。 1 一次调频量 △ p , K A厂0 . 8 3 3 Af △p , 0 . 8 3 3 8 6 . 6 6 4 MW , 根据实际测量 数据 △P , 在 5~8 MW 范围 内。△厂 上 升 , △ JP下 降, af下降, ap上升。 2 每次加 af进 行扰 动, 中调 门开 度 G V1 、 G V 2 不变化, 高调门开度△ 在 3 % ~ 4 %变化。 3 每次 J IJ af进行扰动 , 调节级压力 P 在 0 . 4~ 0 . 5 M P a 变化。 该机组采用典型机组进行对比试验的方法 , 实施 并完善了新 的一次调频方案 , 验证了该方案使一次调 频功能在保持快速性 的同时 , 能在电网频率偏离 的情 况下持续作用 , 并使一次调频的能力得到加强。通过 对典型机组现场试验的结果分析, 确认机组的调节品 质可满足系统运行 的安全性要求。只要能够根据机 组的实际情况正确合 理地设置一 次调频参 数, D E H 和协调控制系统就能够共同完成一次调频功能 , 而不 会对控制系统 的稳定性造成影响。试验工作结束后 选取出了调速系统最优 的负载 P I D控制参数。整体 试验表明一次调频的各项指标均达到了要求 , 为全面 铺开一次调频试验工作提供了借鉴, 为今后电网的频 率微量控制提供了最直接的技术保障。 收稿日期 2 0 0 7 0 71 0 维普资讯
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