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1、300MW 火电机组一次调频功能试验作者：孙曙阳一次调频就是并网运行的机组由调速系统随电网周波变化自动控制机组负荷的增减，当周波大于 50 Hz 达到一定程度后，机组自动降低负荷；而当周波小于 50 Hz 达到一定程度后，机组自动增加负荷。随着电网对电能品质的要求越来越高，以及发电机组参与竞价上网的形势，发电机组必将最终投入一次调频功能运行。另外，对于纯液调系统，一次调频功能是其固有的特性，而对采用数字电液调节系统(DEH)后，汽轮机参与一次调频的能力目前尚需进一步深入了解。为此，谏壁电厂有步骤地对 3 台 300MW 机组的一次调频功能进行了 3 次试验。1 试验对象与要求(1)汽轮发电机组
2、及 DEH、CCS 控制系统；(2)在电网频率正常波动时，通过汽轮机高压调门来控制汽轮机进汽量，使机组功率满足电网负荷要求。2 试验准备谏壁电厂 300MW 机组计算机集散控制系统和汽轮机电液调节系统均由Foxboro 的公司的 I/A S DCS 软件硬件组成，这种构成方式为 2 种控制系统间数据共享和信号传递提供了很大的方便。机组主控方式分 2 种：(1)协调控制方式(CCS)，此时机炉都接受主控的输出指令；(2)机炉手动方式，此时机炉的操作员分别给定机组负荷和主汽压力定值。DEH 主要有 3 种运行方式：(1)遥控方式，DEH 只接受 CCS 负荷指令，通过流量曲线换算成阀位指令；(2)
3、操作员自动方式(又称 OA 方式)，此时通过操作员输入负荷指令，该方式一般在无法投入协调控制时使用；(3)手动方式，通过手动控制面板，直接改变调门开度。原 DEH 设计中具有的一次调频功能，由于设定的转速死区为10rmin，已没有实际意义，因此根据试验要求，按照一次调频负荷变化曲线进行了修改。同时，考虑在机组甩负荷时的安全运行，保留了该段曲线的保护功能。曲线修改情况见图 1。图 1 一次调频负荷变化曲线修改3 试验方案总体分析基于一次调频在机组不同的运行方式下都可以投入的原则，设计了 4 种试验方案。不同投入方式可以通过 CRT 上的按钮进行切换。另外，一般情况下在DEH 投入一次调频后，CC
4、S 不再投入一次调频，以避免功能上的重复导致负荷过调情况的发生。但是，如果 CCS 侧不投入则存在明显的不足，即当 DEH 在一次调频作用下突然开大调门后，锅炉侧进行的是被动的扰动调整过程，虽然可以利用汽包炉的蓄热达到增减负荷的目的，但是负荷调整速度受到一定影响。如果一次调频发生作用时，在 CCS 侧投入一次调频相当于为锅炉侧增加了一个主动调整信号，必然能提高机组的反应能力。为此，设计了对 CCS 一次调频指令输出的速率，按 F2(X)进行限制，总体方案如图 2 所示。4 种主要投入方式如下：(1)当 CCS 解列时，机组所有子控制系统处于自动，锅炉主控处于自动方式，DEH 控制处于 OA 方
5、式，DEH 侧一次调频回路投入，功率回路不投入；(2)当 CCS 解列时，DEH 控制处于 OA 方式，DEH 侧一次调频回路投入，功率回路也投入；(3)当 CCS 投入时，机组所有子控制系统处于自动，DEH 控制处于遥控方式，DEH 侧一次调频回路解除，功率回路解除；(4)当 CCS 投入时，DEH 控制处于遥控方式，DEH 侧一次调频回路投入，功率回路解除。在第 4 种方式中，DEH 侧不能投入功率回路，否则会引起机组负荷的重复调节，从而产生波动。机组正常投入 CCS 时，AGC 功能与一次调频叠加的负荷方向应该一致，故无须对其进行试验。在实际投入一次调频功能过程中，观察到 AGC 与一次
6、调频同时起作用时，未发生调节方向不一致的情况，这与理论分析相同。对一次调频功能试验的参数进行了以下设定：(1)控制死区取3 r/min，转速变化范围(310)r/min，转速不等率3。最大负荷限制 3。该套参数在 2001 年 6 月 20 日的试验中采用。(2)控制死区取2 r/min，转速变化范围(39)r/min，转速不等率4。最大负荷限制 3。该套参数在同年 8 月 13 日的试验中采用。(3)控制死区取2 r/min，转速变化范围(265)r/min，转速不等率 5。最大负荷限制 3。该套参数在同年 9 月 1、2 日的试验中采用。为了保证机组安全，控制系统对一次调频负荷最大变化范围
7、限制在10MW，即在转速偏差大于允许变化范围，一次调频引起的负荷变化达到10 MW 后，不再继续增加。4 试验过程与结果分析试验时，选取负荷在 300 MW(8 号机组为 280MW)附近。试验先按模拟仿真方式进行。因一次调频是根据机组的实际转速与给定转速的偏差进行调节，因此在试验过程中可通过改变给定转速来改变频差信号，采用这种方式取得的频差信号会在一次调频试验过程中由于机组实际转速的变化而变化。也可以将参与一次调频的实际转速信号接至模拟实际转速信号，通过改变该转速模拟信号达到改变机组频差信号的目的。通过这种方式取得的频差信号可以在一次调频试验过程中保持不变。对这 2 种模拟信号方式进行了试验
8、，效果都不错。待模拟试验结束后，再将模拟转速接至实际电网频率，将机组一次调频功能投入，观察机组实际调频功能。试验分别按 4 种运行方式，采用上述 3 套参数进行。(1)第 1 种方式下(即 CCS 解列，DEH 仅投一次调频)的试验结果曲线见图 3从试验曲线可以看出，频率变化时，频差校正信号直接作用于阀门管理，汽机高调门阶跃式变化，机组负荷迅速变化。由于阀门流量与负荷无法绝对准确计算，一次调频引起的负荷变化无法控制在要求的范围内，最大负荷变化可能达到 15 MW。同时由于阀门开关过程存在回程偏差，如果频率变化过于频繁，则机组负荷控制会产生大幅度的振荡。(2)第 2 种方式下(即 CCS 解列，
9、DEH 投一次调频和功率回路)的试验结果曲线见图 4。从试验曲线可以看出，频率变化时，频差校正信号直接作用于功率回路，汽机高调门迅速变化，机组负荷同时迅速变化。虽然调门开度有过调现象，但是在功率回路的作用下，调门跟随变化，负荷变化可以迅速控制在允许范围以内。其中，在升负荷过程中，可以在 10s 以内完成调节作用，降负荷过程持续时间较长，但也不大于 20s。从试验结果看，此方式可以在机组无法投入协调控制，单独由 DEH 实现一次调频功能时投用。(3)采用第 3 种方式，即 CCS 投人一次调频功能，DEH 一次调频和功率回路都不投。频率变化时，机组负荷控制系统在原有的负荷指令基础上叠加一次调频引
10、起的负荷信号，然后作用于机炉主控系统和 DEH 阀门管理系统。这种调节方式可以保证锅炉系统迅速增加出力，保持主汽压稳定。负荷变化持续时间(2030)s，调门基本没有过调情况。由于这种方式要兼顾锅炉主控系统的指令变化不大于机组所能承受的最大变负荷速率，因此机组负荷变化速度较前一种方式慢，第 3 种投入方式下的试验曲线在降负荷过程中，需要较长的调整时间。试验结果曲线见图 5。 (4)采用第 4 种方式，即 CCS 投入一次调频功能，DEH 一次调频回路投入，但 DEH 功率回路不投。频率变化时，汽机调门迅速变化，调门虽然有过调情况，但在 CCS 发出的指令作用下，能迅速回调，保证了负荷变化迅速而不
11、过调，充分利用了汽包锅炉的蓄能作用，负荷升降过程响应时间均不大于 10 s。在调试过程中发现，虽然 CCS 指令可以将调门过调造成的影响减小，还是要对 CCS 中叠加的一次调频产生的负荷指令进行变负荷速率限制。当然，速率可以明显地大于机组变负荷速率，否则由于 CCS 与 DEH 频差校正功能的重复，会引起较大的负荷超调情况。实际试验结果也证实了这一点。模拟试验结束后，分别按 2、3、4 方式将机组一次调频功能投入。实际运行时，虽然电网频率变化不明显，但在频率变化时，一次调频功能还是发挥了作用，负荷可以按频率变化方向，正确增减负荷。试验各方均对试验结果表示满意。5 试验总结(1)试验说明采用计算机电液调节 DEH 系统的 300MW 燃煤机组完全具备了一次调频投入功能，且机组一次调频功能可以适应不同的参数，在不同频率死区和转速不等率情况下，调频效果良好。(2)试验结果表明，一次调频功能效果与投入方式有很大关系，按负荷调整时间与动态偏差排序依次为：第 4 种方式最好，第 2 种方式较好，第 3 种方式次之，第 1 种方式最差。同时，验证了最初的设计思想，即只要对 CCS 侧一次调频输出指令进行速率限制，完全可以在 CCS 与 DEH 侧同时投入一次调频功能。(3)试验过程中发现，实际投入一次调频功能后，机组负荷变动非常频繁，因此机组一次调频功能的投入仍然需要各方面条件的配合。
