并网发电机组一次调频技术

1、并网发电机组一次调频技术作者： 1.前言一次调频是指对电网中由于负荷变动所引起的周波变化，汽轮机调节系统、机组协调控制系统握据电网频率的变化情况利用锅炉的蓄能，自动.1.前言一次调频是指对电网中由于负荷变动所引起的周波变化，汽轮机调节系统、机组协调控制系统握据电网频率的变化情况利用锅炉的蓄能，自动改变调门的开度，即改交发电机的功率，使之适应电网负荷的随机变动，来满足电网负荷变化的过程。随着大容量高参数发电机组及输电技术的迅速发展，以及风电大规模介入电网，用电峰谷差的增大，电网承受大的瞬态负荷冲击概率逐渐增多，电能质量及电网的稳定性变得越来越突出，电网调频调峰的压力不

2、断增大。为了保证电网的安全经济运行，提高电能质t和电网安全运行水平，迅速消除由于电网负荷变化而引起的频率波动，并网发电机组有必要投入一次调频功能。作为机网协调一项重要内容，一次调频已经得到政府电力监管部门和电网企业的高度重视。根据国家电力监管委员会发布的发电厂井网运行管理规定（电监市场2006142号）和并网发电厂辅助服务管理暂行办法（电监市场【200643号】），东北电监局分别编写井发布了两个文件：东北区域发电厂井网运行管理实施细则和东北区域并网发电厂辅助服务管理实施细no（东电监市场(2008167号），简称“两个细则，对一次调频和人义的投切、性能指标和考核标准进行了严格的规定。东北电网公

3、司发布了东北电网发电机组一次调频调度管理暂行规定，辽宁省电力公司发布了辽宁电网发电机组一次调频管理规定，对东北电网和辽宁电网并网发电机组一次调频的指标要求和考核管理办法做出具体规定，文件还要求机组a级检修或有关机组一次调频设施检修后，必须通过一次调频测试验收，满足规定的有关技术要求，否则不能并网运行。2010年5月10日，国家电网公司发布了国家电网公司十八项电网重大反事故措施，将一次调频的运行管理作为防止机网协调事故的重要措施，要求并网发电机组的一次调频功能参数应按照电网运行的要求进行整定，一次调倾功能应按照电网有关规定投入运行。2.一次调频参教设置和主要技术指标2.1调频死区 机组一次调频频

4、率死区是指系统在额定转速附近对转速的不灵敏区，为了在电网频率变化较小的情况下提高机组稳定性，一般在电调系统设置有频率死区。 一次调频的人工死区规定为：士0. 033hz（土2r/min)2.2速度变动率 速度变动率（s）是指机组调节系统在额定工况下，调速系统给定值不变，汽轮机由空负荷到满负荷的转速变化量与额定转速之比，通常以百分数形式表示，其计算 公式为： 式中：； n1汽轮机空负荷时的转速； n2汽轮机满负荷时的转速： ne汽轮机倾定转速。 速度变动率的含义：汽轮机在正常运行时，当电网发生故仲或汽轮发电机出口开关跳闸使汽轮机负荷甩到零，这时汽轮机的转速先升到补个连禽值热后下降到一个稚定值，这

5、种现象称为“动态飞升，。转邃上升的最舀位由遨度变动率决定，一般应为4-5。若汽轮机的额定转速为3000r/min、则动态飞升在120r/min-150r/min之间。速度变动率越大，转速上升越高，危险也越大。 速度变动率：4-5 % 2.3功率补偿量 功率补偿量（p)是由机组速度变动率和转速偏差。：等箱夹参数计算出来的，公式如下： 式中：pe为机组额定功率 ne为机组倾定转速n-一为转速偏差（包含死区的机组转速与3000转之差），即： n=n-3000： 一为转差死区； (n- )一为扣除死区后能够贡献电量的实际转速偏差。2.4火电机组参与一次调频的负荷变化幅度限制： 对于火电机组一次调频响应

6、的负荷范围，应为机组正常运行的负荷范围，最低不低于不投油助徽的最低负荷，最高为机组满负荷。当机组负荷高于最高负荷时，可以不参与向上出力调节；机组负荷低于最低负荷时可以不参与向下的出力调节，除此两种情况之外，必须参与出力调节。 对各种容量机组一次调频的负荷变化幅度限制如下表所示：2.5一次调频的响应特性 机组一次调频的响应特性主要包括一次调频的负荷响应滞后时间、一次调频的最大负荷调整幅度。 一次调频的负荷响应滞后时间指运行机组从电网频率越过该机组一次调频的死区开始，到该机组的负荷开始变化所需的时间 火电机组：应小于3s; 一次调频的最大负荷调整幅度指运行机组从电网预率越过该机组一次调频的死区开始

7、计时的60s以内或者到电网频率恢复到该机组的一次调频的死区范圈以内为止，且频差达到或超过机组最大值时，该机组的有功功率相应进行调整（预率越上限时减少有功、预率越下限时增加有功）的幅度。 所有机组应在15s内达到一次调级的最大负荷润整福度的90%。2.6调整幅度的偏差 在电网频率变化超过机组一次调频死区时开始的45s内，机组实际出力与响应目标偏差的平均值应在调整幅度的士5%内。2.7特殊调节特性锅炉的火电机组 对配备循环流化床锅炉、直流锅炉等具有特殊调节特性锅炉的发电机组，其一次调频的响应特性指标通过试验确定。3.一次调频试验 一次调频试验用于验证机组的一次调频控制指标是否满足电网要求，是否具备

8、投入条件。 按照国家电网公司“一次调频试验导则，要求，新建机组必须进行一次调频试验，并且必须合格。合格后上报相关试验报告及有关材料，并且可随时投入一次调频功能。机组大修或机组控制系统发生重大改变（重大改变包括：dcs改造、deh改造、控制方案或参数改变等）后，应重新进行一次调频试验，以保证一次调频性能和机组安全，并且实验必须合格。一次调频试验遵循以下原则： 运行工况的选择：一次调频试验应包括单阀方式下的一次调频试验和顺序阀方式下的一次调频试验。无单、顺序阀运行工况的机组进行的一次调频试验应能表征该机组运行工况下的实际性能。 负荷工况的选择：一次调频试验应选择的负荷工况点不应少于4个，一般推荐6

9、0%pn、75%pn、90%pn、100%pn。 扰动量的选择：每个试验负荷工况点，应至少分别进行士0. 067hz（lr/min)及士0. 1hz (6r/min)频差阶跃扰动试验：应至少选择一个负荷工况点进行机组最大双向调频负荷试验，检验机组的安全性能。 对于数字电液型调速系统的火电机组，系统频率有效扰动指系统频率超过50士0. 033hz，并且持续时间超过20秒。 一次调频试验依据一次调频响应滞后时间、负荷调整幅度及调整幅度偏差指标判定一次调频实验结果是否合格，结论应包括各种试脸工况下，各个扰动试验的动态转速不等率、各级率等性能指标分析，在不同工况下随频率变化的机组实际出力曲线（采样时间

10、不大于1s).经电力调度机构批准后，该机组方可正式投入一次调频功能，并附完整的调试试验报告。一次调频试验一般由发电企业所在区域内技术监督机构完成。2007-2010年，东北电科院首次对东北电网公司直调机组和辽宁省电力公司调度所直调机组进行了一次调频试验，参与试验机组的分布情况如下： 辽宁省电力公司直调机组：22个电厂，57台机组，总装机容量17270mw.其中： 600mw机组9台，占15.8%： 300-350mw机组24台，占42.1%; 200mw机组14台，占24.6%; 100-150mw机组10台，占17.5%. 东北电网公直调机组：10个电厂，31台机组，总装机容量12480mw

11、.其中：500-l000mw机组砂台，占48. 3%; 300mw机组1台，占3.5%. 200mw机组6台，占13. 7%; 100-135m份机组10台，占34.5%. 本轮试验，对并网机组投入一次调频起到了很大的推动作用，试验前部分机组dcs未设计一次调频控制逻辑，大部分机组虽然设计了控制逻辑，但未进行参数设置或设计不合理，在试验前都得到了完善，使得机组在软硬件基础条件上具备了投入一次调频的条件。 2009年11月03日在东北电网公司网调的统一指挥协调下，进行了东北全网（辽、吉、黑、蒙东）上网火电机组一次调频及电网频率动态特性试验。试验在白山发电厂分两次进行，第一次解列1台300mw机组

12、，第二次解列2台300mw机组。这次试验是对一次调频投入情况的一个检验。辽宁省电力公司直调火电机组中有17个电厂40台机组参与了一次调频试验，东北网公司直调7个电厂18台机组参与了试验。试验取得了预期的效果，大部分机组一次调频功能发挥作用，对于电网频率的回升产生了作用。但是，根据对各机组一次调频动作后数据的分析，很多机组一次调频的指标距电网公司的要求还有较大差距，部分机组一次调频甚至没有动作。4一次调预存在的闷越分析4. 1存在的主要问题网频过死区后一次调频不动作负荷响应超过3s一次调频反向调节负荷增量不足负荷持续时间短4. 1一次调频不动作或滞后时间长的问题 1)汽机调门问题。从调通中心pm

13、u实际负荷曲线看出，有的机组调门本身在网频正常时就处于抖动状态，造成负荷振荡，有的机组达到额定负荷的1%,当电网频差超过设定死区时，一次调频小频差变动时时根本反映不出负荷变化。 2)测量信号的问题。部分电厂一次调频控制所采用的频率变送器，其输出为4-20ma电流信号，量程过大，有一定的测量误差，稳定性也较差：个别电厂一次调频控制采用的汽轮机转速信号有扰动，不能满足一次调频的要求。 一些电厂的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，信号不统一。 3)运行方式的影响。为了减少节流提高机组效率，大部分机组在正常运行时都采用顺序阀控制方式运行

14、，这种运行方式下的机组，当汽门位置处于重区时，汽轮机调门之间有死行程，在这个区域里阀门的开度与汽轮机进汽量不对应，其对一次调频的响应不灵敏，严重影响一次调频效果。 对于采用滑压方式运行的机组，汽机调门的节流始终很小，滑压和变负荷对汽机调门的动作要求是相反的，滑压运行会抑制汽机调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，这是一对矛盾。4. 2一次调频反调问题 由于一些机组deh控制逻辑中带有压力控制回路，有的机组是采用保压方式运行，当机组一次调频动作时，由于汽机调门开度变化，导致压力发生变化

15、，使得压力控制回路动作（保压回路动作），造成压力控制的调门动作与一次调频控制的调门动作方向相反，其结果就是当一次调频动作时，响应不灵敏和反调现象。 对采用能量平衡控制策略的协调控制系统，其一级压力控制内回路对一次调频调节具有严重的反调作用，当机组一次调频动作时，一级压力变化方向与一次调频动作需求方向相反，产生明显的反调作用。在agc方式下，当机组一次调频动作与a优动作发生冲突时，如果变负荷方向相反，则造成负荷反调。4. 3一次调频负有增量不足的问题影响这一问题的因素很多，主要有以下几点：1)、机组蓄能不足。一次调频动作后，主要靠汽机调门的瞬间动作释放能量以及锅炉的，能补充能量达到一次调频负荷增

16、需求，循环硫化床机组和直流炉机组一次调频动作时最大功率幅值难于达到要求，原因是由于循环流化床机组滞后大，机组储能有限，而燃料的变化所产生的热量变化时间又很长，对于快速大幅波动时，很难达到指标要求。直流机组储能更小，只能靠损失压力和温度指标来尽量满足快速大幅值波动，后续能量的提供就只能等待燃料产生热量后提供。 2)运行方式的影响，如顺序阀方式和滑压运行方式下，压力控制对一次调频的动作产生抑制作用。 3) 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，使得阀门输出指令与实际负荷变化不对应。 4)部分电厂为保证锅炉参数稳定，机炉协调控制方式采用机跟炉为基础的协调方式，导致一次调频控制效果差

17、。 5)机炉协调控制失调或调节差。在锅炉方面，大部分电厂都在掺烧揭煤，对于原设计烧烟煤的锅炉改为参烧褐煤，势必造成制粉系统出力和一次风系统出力不够，严重影响锅炉燃烧稳定，增加了锅炉蒸汽压力控制的难度，一些机组在制粉系统出力达到最大时，负荷也只能带到70-80%左右，有的机组更低，在这种情况下，制粉系统和风系统没有调节余地，反映出来的问题就是主蒸汽压力控制不稳，主蒸汽温度波动大，锅炉响应时间更长，燃烧也不稳，锅炉温度场也偏离原来调整好的位置等等，严重影响一次调频的投入。 此外，一次调频的频繁动作造成锅炉给水、主汽温度、主汽压力频繁波动，使得机组主要参数不稳定；同时由于燃料的频繁加减，使得锅炉的蒸

18、汽压力来回摆动，由于锅炉的滞后特性，几分钟后汽压才发生变化，如果此时汽压高（或低），而一次调频要求减负荷（或加负荷），则形晌一次调频控制效果。一次调频控制效果好的电厂，它的主蒸汽压力控制一定是较稳定的，这才能保证大多数工况下的一次调频控制能够满足或基本满足指标要求。4. 4一次调颇动作后频差与负荷增量不对应的问题 出现这一现象的主要原因是deh对一次调频的影响。由于一次调频控制设计为直接益加在综合阀位出口处，然后按照各个调节阀门的特性曲线去控制各个调节阀门的阀位开度，如果调频指令与真实的调节阅门的流f特性曲线不对应，在阔门流且特性曲线斜率较大和较小的负荷点，局部不等率偏差较大，将导致阀门的大开

19、和大关，不利于机组的安全运行。所以阀门特性曲线对一次调频的影响是最直接和最根本的因素之一。5.一次调频控制优化建议5. 1在deh侧和ccs侧同时考虑一次调频控制 机组一次调频控制方式必须采用ccs+deh方式。由频差信号换算成的“一次调频因子”应该从deh计算出来后送至dcs,通过这种手段能避免协调控制系统对deh一次调频的反调作用，以保证一次调频控制的速度和精度。这是一次调频控制最基本的策略。此种方式必须投入协调控制方式。机组ccs控制系统的主要功能是在调节机组负荷的同时，维持机炉能量平衡。在有负荷变动的情况下，系统不仅要满足负荷需求，同时还要维持机前压力，协调系统可以牺牲机前压力来满足负

20、荷，也可以减缓负荷调节的速率来维持机前压力。为了满足一次调频的需要，协调控制系统必须以负荷调节为优先，必须采用炉跟机为基础的协调控制方式，加强对负荷的调节作用。 5. 2确保一次训频的频率信号准确、可靠，统一信号测量 对于在ccs协调侧和在deh侧的一次调频控制逻辑中采用不同的信号进行频差计算的，建议采用同一个信号进行频差计算，实现一次调频动作时间和测量精度的统一，最好采用网频信号进行频差计算，频率变送器应该稳定、可靠，测量误差0. 2%，量程范围为士0. 3hz%。 5. 3 dcs控制系统gps时标应与phu保持一致 5. 4提高一次调频响应速度和负荷增量不足的建议 1)设置过死区负荷阶跃

21、函数 deh侧是一次调频动作的执行环节，因此deh侧的优化是一次调频优化的基础。对于对小频差时一次调频效果不明显或不动作的机组，为了能够快速响应一次调频变化，并同时克服自身波动的影响，可将频差函数在起始阶段的斜率设置得陡一些，例如可以在士0. 1hz（1 6r/min)处增加一个拐点改善频率偏差的响应速度。或者设置成起始值阶跃方式，这样能够快速响应一次调频变化，以600mw机组为例，曲线的设计如表一所示。 表一：600mw机组一次调频增量函数表 注：x为转速差（r/min)，y为负荷增量（mw)。上述方法可适用于小频差时一次调频不动作或动作迟延大的情况。 2)修正阀门特性曲线 对于顺序阀运行方

22、式下，阀门特性曲线不准确以及阀门之间重叠度的问题，可以通过重新整定阀门特性曲线或完善阀门部分折线函数来解决。但阀门实际特性曲线的整定需要通过现场试验确定，要考虑的因素较多，是一个比较复杂且较难权衡的工作。为尽可能小的减少对阀门特性曲线的修改，可以用负荷进行修正，即在不同的负荷下，对于不同的频差所对应的不同阀位增量，乘以当时负荷下的修正函数。这样可以有效的提高速度不等率的线性化，提高不同负荷工况下阀位增量对应的调频负荷的控制精度。deh侧应根据设计的一次调频速度变动率进行阀位增量函数的整定，使不同频差对应的阀位增量函数与设计的一次调频负荷增量相匹配。 另外，当机组运行在阀门之间的切换点时，还可以

23、采用降压运行方式来避开切换点，减少阀门重叠度，提高一次调频响应的灵敏度。 3)增加主汽压力修正逻辑 对于滑压运行机组，其一次调频响应较慢，特别是当机组调门开度大于某一值时，机组节流作用己不明显，这时如果加负荷，可能效果不明显，尤其是机组滑压运行或主汽压低于额定参数时，将使机组的调频速度变动率发生变化，必定降低一次调频能力。因为电调系统的频差函数指令是按综合阀位叠加在汽机调速汽门上，而调速汽门是按额定压力线性整定的，滑压方式下阀门开度大、压力低动作负荷不足。因此，对于机组在滑压区内运行，可以采用额定压力除以机前压力得到的系数对一次调频作用进行补偿修正，修正后的一次调频指令叠加到汽机阀位指令中以保

24、证机组在不同负荷和不同压力下时一次调频的动作效果。 4)改变一次风压力设定值 由于直吹式制粉系统的滞后性从给煤机提高转速、增加燃料量，到磨煤机磨成粉后吹入炉膛引起主汽压力变化，至少需要2.5-3. omin时间而一次调频动作的时间一般为10-60s，为了在很短的时间内迅速提高锅炉的燃烧出力，将一次风压力设定值在电网一次调频动作时提高，可在瞬间提高一次风压力，将磨煤机中的剩粉吹入炉膛，加快锅炉的燃烧，迅速提高锅炉燕汽压力。 从快速高效响应一次调频的角度考虑，机组在定压方式下运行，并且汽轮机控制采用单阀方式，对一次调频控制最有利，这种运行方式影响机组效率，影响机组经济指标，两方面需要平衡。5. 4

25、防止一次调频反调的建议 1)对于带有机前压力控制回路参与调节的deh系统，当一次调频发生时，可以采取在一定压力范围内跟踪实际压力的调节方式，当压力超出设定值一定范围后再对压力进行调节。这样相当于在一次调频发生时，在一定压力范围内退出压力自动控制，而在一次调频结束或压力偏差超出设定的范围时，自动投入压力控制，给一次调频足够的发挥空间。当实际压力小于压力设定值下限时，压力定值保持下限值：当实际压力高于压力定值上限时，压力定值保持上限值，当一次调频结束时，压力设定值既可以切到当前值，又可以按一定速率滑到设定值，这需要依据本厂机组实际情况定。 对于协调控制回路中设计有压力校正回路的，可以根据频差信号按

26、一定比例修正压力定值，减少压力校正回路的反调现象。2)当压力偏离额定值时，也会影响一次调频效果。在低负荷时，由于压力较低，同样的调频阀位指令往往不能转换为相应的负荷，使调频幅度低于同一频差的高负荷调频幅度和设计调频幅度，而在接近额定负荷时，压力较高，调频幅度也会高于设计调频幅度。为此可以考虑引入压力补偿，使一次调频的综合阀位阶跃增量既同设计的速度变动率以及频差相关，也能同机前压力相关。转差信号经调频阀位函数转换后得到当前调频需要的综合阀位开度增量，机前压力通过压力补偿函数产生压力补偿系数，两者相乘得到补偿后的综合阀位开度增量。通过压力补偿，消弱主汽压力对一次调频的影响。3)采用能量平衡策略的协

27、调控制系统，其调节级压力控制的内回路对一次调频的具有明显的反调作用，因此有必要对此进行优化处理，消除反调现象。在协调控制系统中，通常将频差功率补偿作为前馈信号引入协调的功率控制器。因此功率控制器输出的调节级压力定值经带频差修正的负荷指令通过功率控制器运算得到。此时的调节级压力定值的动作方向与deh前馈所产生的一级压力的实际方向相反，出现了一次调频动作反调现象。为克服此现象，在调解级压力定值回路增加因网频变化所引起的功率变化幅值经过能量平衡原理转换得到的调节级压力定值修正。通过对压力定值的前馈修正，使得在调频作用时，调节级压力定值能随网频变化相适应。克服因调节级压力随网频变化，而调节级压力定值不

28、变，进一步产生调节偏差并将调节级压力快速调回的反调现象。4)通过抑制agc的调节来保证一次调频的正确动作方向在机组投入一次调频和agc功能时，经常会出现agc的负荷指令变化方向和一次调频要求的负荷指令变化方向不一致的情况，如果一次调频受agc的影响使其调节效果达不到两个细则所要求的“机组的一次调频功能贡献量为正”的结果，就会被电网统计为“该机组一次调频不正确动作1次”。由于对一次调频不正确动作的考核严于对agc调节精度与速度的考核，所以在agc的负荷指令变化方向和一次调频要求的负荷指令变化方向不一致时，应闭锁agc指令的调节，优先满足一次调频的控制需要。为避免agc指令方向与一次调频动作方向相反的现象，需要增加闭锁agc,一次调频优先的控制逻辑：即在agc方式下，发电机组应优先执行一次调频的变负荷任务，当电网频率低于额定频率0.05 hz时应闭锁agc减负荷的指令；当电网频率高于额定频率0. 05 hz时应闭锁a