机组一次调频功能的与实现

机组一次调频功能的研究与实现随着机组容量的的不断增加和和市场经济的的进一步深入入，电网的供供电质量要求求也越来越高高，要求电网网频率非常稳稳定，满足各各用户的要求求。随着计算算机技术的应应用，机组DEH由原来的液液调方式改为为电调方式，一一次调频功能能也由电调实实现，虽然机机组协调、AGC等功能投入入运行，但由由于一次调频频功能一般为为运行人员控控制它的投切切，致使大部部分机组未投投入，造成电电网频率频繁繁超限。2002年4月月29日青岛会议议后，我省开开始一次调频频功能的恢复复工作，6月3日青岛电厂厂＃2机组率先进进行了一次调调频试验，到到现在为止，大大部分电厂已已经投入了一一次调频功能能，但也有部部分电厂还没没有完成该功功能的恢复工工作。基本思想一次调频功能是是在电网由于于机组或其他他原因造成电电网频率超限限的情况下，单单元机组利用用锅炉蓄能，快快速增减负荷荷，以弥补电电网负荷缺口口，保证电网网安全、稳定定。名词解释电网频率特性电网频率是一个个频繁变化的的参数，也是是电网运行的的重要监视参参数。主要包包括三部分：：低频区为每每天根据用户户的生活习惯惯和作息时间间而变化的部部分，由计划划运行的机组组根据电网预预测分配负荷荷，使系统负负荷在发电机机组之间实现现经济分配；；高频区是由由于用电负荷荷较小随机变变化而造成的的，由AGC功能随时完完成调整；另另外是由于系系统内机组跳跳闸或大用户户发生跳闸时时，电网频率率发生瞬间变变化，一般变变化幅度较大大，变化周期期在10秒到2～3分钟之间，要要求网上机组组的负荷能够够在允许的范范围内快速地地调整，以弥弥补网上的负负荷缺口，保保证电网频率率的稳定，这这就是一次调调频功能要完完成的任务。在液调机组中由由液压系统的的同步器根据据机组的转速速直接反应，为为进一步提高高机组的可控控性和控制精精度，现在的的机组普遍采采用电调系统统，控制精度度明显提高，机机组的协调控控制也具备了了条件，其中中一次调频作作为DEH系统软件部部分的一个功功能之一，在在前一段时间间内被大家忽忽略一直未投投入运行，造造成电网频率率频繁超限。转速不等率机组转速不等率率(δ)：是指机组组调节系统给给定值不变的的情况下，机机组功率由0至额定值对对应的转速变变化量（Δn）与额定转速速（n0）的比值值，通常以百百分数形式表表示。（对承担基本负负荷的机组,一般取其不不等率大一些些,以希望电网网周波的变化化对其功率的影响要要小,保证机组在在经济工况下下长期运行;对承担尖峰负荷的机组,则不等率要要小一些,在电网周波波变化后希望望多分担一点变动动负荷）功率补偿量机组一次调频的的功率补偿量量(ΔP):是由机组转速速不等率δ和电网频率率偏差（可转转换为转速偏偏差Δn）计算出来的的，公式如下下：其中：为额额定转速。为机组的额定功功率。例如：额定容容量为=3000MW的发电机，当当转速偏差为为Δn=-6转（电网频频率偏差为ΔΔf=-0.10HZ）时，该机组组一次调频的的功率补偿量量ΔP：迟缓率机组的迟缓率：：是指由于调调速器、传动动放大机构和和配汽机构部部件有磨擦、间间隙等原因使使输入信息与与输出信息之之间存在的迟迟缓现象，这这种迟缓现象象作用于调节节系统使在一一定的转速变变化范围Δn，机组功率率不变。迟缓缓率ε的计算公式式如下：ε=(Δn/)*1000%其中为额定转转速。调频死区机组一次调频频频率死区，是是指系统在额额定转速附近近对转速的不不灵敏区。为为了在电网频频率变化较小小的情况下提提高机组稳定定性，一般在在电调系统设设置有频率死死区。一次调频动态特特性一次调频特性是是汽轮发电机机组并网运行行的基本特性性之一,它是指电网网负荷变化引引起电网的频频率发生变化化后,机组在调节系统的的作用下自动动地增加〈电电网频率下降降时〉或减小小(电网频率升高高时〉自身的的功率,从而限制电电网频率变化化的特性。典型调节系统的的一次调频动动态特性纯转速调节系统统：在电网周周波降低要求求机组负荷立立即增加时，使使高调门动态态过开到一个个较大的数值值，然后关小小到与要求功功率相适应的的稳态值.用高压缸多多进的蒸汽量量所发出的功率率来补偿中、低低压缸功率增增加的滞后,以使机组整整个功率的增加加接近于非再再热机组的特特性。功频系统：当电电网周波突然然降低，需要要增加机组功功率时，高压压调节阀在开开始阶段增加加的开度为正正常应增加开开度的两倍，其其后随着功率率的增加减小小到正常开度度，由此补偿偿中、低压缸缸的功率滞后后，提高再热热机组的一次次调频能力。准恒功率系统：：该系统适应应于带基本负负荷的机组，对对周期较长的的电网周波变变化，机组的的功率几乎保保持不变，在在高频段，一一次调频作用用取得主导地地位，表现为为纯转速系统统特性，这样样既可利用汽汽包锅炉的蓄蓄热参与短期期的一次调频频，又可避免免对锅炉产生生较大的扰动动，保证机组组在经济负荷荷下长期运行行。控制策略比较分分析在机组控制水平平达到一定的的自动化水平平后，整个机机组实现了协协调控制，机机组的负荷受受电网或运行行人员的控制制，一次调频频功能作为事事故处理手段段应该建立机机组协调控制制的基础之上上，同时为保保证机组一次次调频功能的的完整性，要要求在机组不不在协调控制制状态下，由由DEH完成一次调调频功能。DEH调频方案案方案A(见图11)一次调频作为功功率指令的校校正信号加入入到PID的设定值端,通过PID控制运行,相应地调节节汽轮机调门门保证机组实实际负荷等于于经校正后的的功率指令。优优点是频率偏偏差与机组负负荷变化成一一定关系,在机组运行行的任何工况况下,一定的频率率偏差理论上上产生同样幅幅度、速率的的负荷变化,有利于二次次调频功能的的运行。缺点点是:由于作为定定值校正信号号,使得此种方方式必须在系系统功率回路路投入的情况况下才能起作作用;当汽轮机调调门控制从DEH控制(LOCAAL方式)切换为CCS控制(REMOOTE方式)后,DEH侧功率回路路退出运行,也就是此种种方式的一次次调频功能被被禁止投运;由于经过调调节器,一次调频功功能的响应时时间受调节器器的参数控制制。方案B(见图22)一次调频作为功功率调节器输输出指令的校校正信号,经校正后的的指令直接输输出到阀门管管理程序,保证机组调调门开度指令令(指汽轮机的的流量指令)等于经一次次调频校正后后的指令输出出。优点:1与以往老式式的液调机组组比较,两者具有相相同的控制方方式。一次调调频功能可以以在功率回路路解除的情况况下正常投运运;并且当汽轮轮机调门控制制从DEH系统控制(LOCAAL方式)切换为CCS系统控制(REMOTTE方式)后,DEH侧的一次调调频功能仍可可以起作用。2由于不经过过调节器,一次调频功功能的响应速速度很快,基本上没有有任何延时。缺缺点:因为频率偏偏差与机组调调门流量指令令(线性化校正正的开度指令令)成一定关系,在机组运行行的任何情况况下,一定的频率率偏差产生同同样幅度、速速率的开度变变化。但是对对应于机组负负荷而言,在机组运行行的不同情况况下,一定的频率率偏差会产生生不同幅度、速速率的实际功功率变化,不利于二次次调频功能对对控制对象的的性能把握。方案C(见图33)结合A、B两种种方案的优点点,功率回路投投入时同方案案A,功率回路解解除时同方案案B,在任何运行行方式下均能能投运一次调调频功能。CCS系统的调调频方案方案A(见图44)频率校正信号加加在经速率限限制后的功率率指令上后作作为设定值输输入到PID调节器的SP端。优点:频率或转速速的偏差与机机组负荷变化化成一定关系系。在机组运运行的任何情情况下,一定的频率(或转速)偏差理论上上产生同样幅幅度、速率的的负荷变化。有有利于二次调调频功能的运运行。缺点:由于作为设设定值的校正正信号,使得一次调调频功能必须须在CCS系统的PID回路投入的的情况下才能能起作用。1当CCS控制系统由由于某种本身身原因没投功功率回路时,一次调频功功能不能投运运。2由于经过调调节器,一次调频功功能的响应时时间受调节器器的参数控制制。(2)方案B((见图4)频率校正信号直直接加在功率率指令上后再再经速率限制制作为设定值值输入到PID调节器的SP端。这种方方式一般来说说没有可取之之处。速率限限制在校正运运算的后面,也就是说,当机组稳定定运行,AGC或CCS指令没有变变化时,在速率限制制的范围内一一次调频功能能可以起作用用。但是,当机组正处处于变负荷阶阶段(机组投运AGC后经常会出出现),同方向(加负荷过程程中频率偏低低或者减负荷荷过程中频率率高)的一次调频频功能就被禁禁止了。通过对DEH、CCS各种一次调调频的分析,合理的一次次调频方法应应由CCS系统的频率率校正(调频)功能及DEH系统的调频频功能两部分分一起作用来来完成。系统统因此衍生出出几种调频方方式:1)DEH系统统手动或阀位位控制方式时时的DEH一次调频功功能,相当于以前前同步器液调调机组的一次次调频功能,优点是负荷荷响应速度很很快,但由于非线线性的阀门流流量特性及不不同参数运行行的工况,静态上不能能准确地达到到参数指标的的幅度要求;2)DEH系统统功率回路自自动方式时的的DEH频率校正(调频)功能,优点是负荷荷响应速度快快,静态上也可可以达到参数数指标的幅度度要求,但是该状态态不能参加机机组的CCS及AGC调节;3)DEH系统统在遥控方式式,汽机主控在在手动方式时时的DEH一次调频功功能,此时相当于于方式1);4)DEH系统统在遥控方式式,汽机主控在在调功方式时时的CCS频率校正(调频)功能,优点是可以以达到参数指指标的幅度要要求,但负荷响应应速度慢;5)AGC方式式时CCS频率校正(调频)功能,此时相当于于方式4)。由于CCS频率校正(调频)功能要通过PID实现,如果机组调调频速度不能能满足要求,则在方式4)和方式5)时要结合方方式1)的DEH一次调频功功能,以提高调频频的响应速度度,同时又保证证参数指标的的幅度要求。机组在AGC或或CCS工况时,为了快速响响应调度负荷荷,基本不使用用汽机主控调调压方式,故该方式下下一次调频功功能暂不要求求。从大量试验来看看：(1)大部分参加加试验的机组组能在试验开开始后10～20s内负荷有明明显的变化;(2)由于中储式式机组的变负负荷速率比较较高,故一次调频频能力普遍优优于直吹式机机组;(3)机组容量越越小,汽包容积越越大,机组蓄热量量所占比例越越大,一次调频能能力越好。参数设置(与华华北电网比较较)不等率转速不等率是机机组一次调频频的主要指标标之一，机组组转速不等率率为5％。火电机组速度不不等率一般为为4％～5％。迟缓率具有DEH的机机组迟缓率应应小于0.06％，其它机机组应小于0.1％机组容量<1000MW,迟缓率要求求小于0.4％；机组容容量100MW～200MW，迟缓率要要求小于0.2％；机组容容量>200MMW，迟缓率要要求小于0.1％。功率补偿量负荷限制最大为为机组额定容容量的±5％额定负荷2000MW及以下的火火电机组，限限制幅度不小小于机组额定定负荷的±10％；额定负负荷220～350MW的火电机组组，限制幅度度不小于机组组额定负荷的的±8％；额定负负荷500MW及以上的火火电机组，限限制幅度不小小于机组额定定负荷的±6％锅炉的响应能力力是制约机组组一次调频幅幅度的主要因因素，具有不不同的结构形形式与调节系系统的锅炉，对对不同变化速速度的汽轮机机蒸汽流量扰扰动的响应有有所不同。如如直流锅炉与与汽包锅炉比比较，其蓄热热能力小的多多，阀门开度度扰动对主汽汽压的影响快快，而且幅度度更大；另外外，采用机炉炉协调控制系系统与否，对对相同的蒸汽汽流量扰动造造成的主汽压压变化是不一一样的，有研研究表明两者者相差达两倍倍以上。因此此要设计某机机组的一次调调频动态性或或确定其一次次调频幅度，首首先应获取锅锅炉在主汽压压不超界的情情况下，能承承受的最大蒸蒸汽流量扰动动，记做Dmax((S),它是频率的的函数，因为为不同的变化化速度的蒸汽汽流量扰动，引引起主汽压变变化的大小是是不同的。死区机组一次调频的的动作转速死死区为：3000±±6转/分钟火电机组一次调调频死区不大大于±r/miin变负荷率机组增减负荷速速度不低于额额定容量的3％/分钟（AGC功能投入时时，可采用AGC增减负荷速速度＋一次调调频增减负荷荷速度）无响应滞后时间机组一次调频功功能进入动作作区到机组实实发功率发生生相应变化的的时间小于15秒。当电网频率变化化达到一次调调频动作值到到机组负荷开开始变化所需需的时间为一一次调频负荷荷响应滞后时时间，应小于于3秒稳定时间无机组参与一次调调频过程中，在在电网频率稳稳定后，机组组负荷达到稳稳定所需时间间为一次调频频稳定时间，应应小于1min，机组协调调控制系统获获自动发电控控制（AGC）运行时，应应剔除负荷指指令变化的因因素。几点说明如果机组DEHH的一次调频频正常，而DCS处于协调方方式且一次调调频处于切除除状态，机组组将不能正常常发挥一次调调频作用。几种频率死区设设置函数比较较图（a）为无死死区的线性函函数，在日本本的机组上较较多；图（b）为国内大大多数系统采采用的方法；；图（c）为目前我我省正在使用用的方法。比比较而言图（b）所示可能能更好一些，主主要有一下几几方面原因：：(1)电网频频率偏移50±±0.0334Hz开始调整,距地区电网网要求的50±±0.lHHz还有较大裕裕量;控制精度更更高。(2)火电机机组负荷调整整精度低,小范围调整整负荷准确性性差,允许有一定定的