2×300 MW機組一次調頻的研究與應用

孫建明，張長茂，周懷斌，丁玉璋，劉靜波，鄭文國

（宏晟電熱有限公司，甘肅嘉峪關735100）

2×300 MW機組一次調頻的研究與應用

孫建明，張長茂，周懷斌，丁玉璋，劉靜波，鄭文國

（宏晟電熱有限公司，甘肅嘉峪關735100）

通過對嘉峪關宏晟電熱公司2×300 MW機組一次調頻功能試驗及運行情況分析，確定一次調頻的最佳運行方式DEH功率控制，從而使宏晟電熱公司不斷增強單元機組的穩定性和電網事故的協助處理能力，提高整個電力系統的安全性和經濟性，為隨后新建2×350 MW機組提供參考依據。

一次調頻；控制策略；功率控制

1 前言

嘉峪關宏晟電熱公司2×300 MW機組（以下簡稱宏晟機組），鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產的HG-1025/17.5-YM24，汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的N300-16.7/538/538型，DCS、DEH系統均采用美國愛默生Ovation1.8系統。自2005年投產以來，負荷的增加或減少都是由甘肅省調通過電話下達，這使得宏晟機組的安全性和經濟性[1]受到了極大的威脅，為了能夠提高宏晟機組的安全性能和經濟性能，通過優化機爐協調功能，使得宏晟機組能夠實現一次調頻功能有了理論前提[2-4]。根據《發電機組一次調頻試驗導則》（Q/GDW669-2011）和《甘肅電網發電機組一次調頻運行管理辦法》要求，于2013年11月份引入一次調頻功能。

2 一次調頻技術標準

宏晟機組引入一次調頻功能執行的一次調頻的技術標準如下[5]：

（1）一次調頻死區為±0.033 Hz（±2 r/min）；（2）轉速不等率為4%～5%；（3）遲緩率小于0.06%；（4）一次調頻負荷響應滯后時間小于3 s；（5）2.5額定負荷大于250 MW、小于350 MW的火電機組，一次調頻限制幅度≥8%ECR，本機組最小調頻幅度為±24 MW；（6）機組參與一次調頻的穩定時間應小于60 s；（7）當電網頻率變化超過機組一次調頻死區時，機組應在15 s內對目標出力完全響應。燃煤機組達到75%目標負荷的時間應不大于15 s，達到90%目標負荷的時間應不大于30 s。

3 控制策略

3.1 一次調頻控制策略

宏晟機組正常運行時投入DEH功率控制模式。功控模式下，機組的一次調頻功能通過DEH實現。

在機組運行過程中，運行人員手動投入/切除一次調頻功能。當轉速與設定值（3000 r/min）偏差超過死區±2 r/min時，觸發機組一次調頻動作。在機組一次調頻動作時，DEH閥控方式下一次調頻量直接通過調頻快速回路直接疊加到調門總指令并分配到各高調門；DEH功控方式下一次調頻量疊加至功率調節器設定值端，并不受變負荷速率限制，調節器輸出與調頻前饋量疊加后作為調門總指令分配到各高調門。

3.2 壓力、負荷段對調頻前饋量的修正

為消除機組正常運行過程中壓力對調頻性能的削弱作用和不同負荷段由于調門特性差異導致調頻性能不滿足相關技術指標要求的情況，宏晟機組對一次調頻前饋回路進行了壓力校正、負荷段校正，一定程度上解決了不同負荷段、不同運行壓力情況下機組的一次調頻性能能夠滿足指標要求。

4 試驗方案

4.1 試驗條件

機組運行穩定，各參數保持正常，機組在DEH功率控制方式下運行。

汽輪機調速系統正常，調速汽門可正常調節。數據采集、顯示、記錄正常，打印機設備工作正常。

4.2 機組運行方式

本次試驗分別在以下方式下進行:DEH閥控、DEH功控。試驗過程中，機組順序閥方式運行。

4.3 一次調頻參數設置

本次試驗轉速不等率按照4.5%設置，其調頻函數如表1所示。

4.4 一次調頻死區試驗

一次調頻死區試驗結果見表2。

5 試驗過程及數據分析

5.1 215MW負荷下一次調頻試驗

表1 一次調頻函數設置

表2 一次調頻死區試驗參數

5.1.1 215 MW負荷下一次調頻試驗記錄

在215 MW負荷點進行一次調頻試驗，分別強制機組轉速偏差為±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，DEH功控方式方式下機組一次調頻響應時間、調頻幅度如表3所示。

表3 215 MW一次調頻數據分析

5.1.2 試驗數據分析

根據機組在215 MW負荷點進行的一次調頻動作數據分析，當轉速偏差為±7 r/min、±12.8 r/min時，其死區、滯后時間、響應時間及調頻幅度等均能滿足相關技術指標要求；通過試驗數據計算，DEH功控方式下機組實際轉速不等率為4.54%（Δr=7 r/min）、4.31%（Δr=-7 r/min）、4.07%（Δr=12.8 r/min）和4.17%（Δr=-12.8 r/min）；平均轉速不等率為4.27%，滿足技術指標要求。

5.2 240MW負荷下一次調頻試驗

5.2.1 240 MW負荷下一次調頻試驗記錄

在240 MW負荷點進行一次調頻試驗，分別強制機組轉速偏差為±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，機組一次調頻響應時間、調頻幅度如表4所示。

表4 240 MW機組一次調頻數據分析

5.2.2 試驗數據分析

根據機組在240 MW負荷點進行的一次調頻動作數據分析，當轉速偏差為±7 r/min、±12.8 r/min時，其死區、滯后時間、響應時間及調頻幅度等均能滿足相關技術指標要求。通過試驗數據計算，DEH功控方式下機組實際轉速不等率為3.86%（Δr=7 r/min）、4.25%（Δr=-7 r/min）、4.20%（Δr=12.8 r/min）和4.44%（Δr=-12.8 r/min），平均轉速不等率為4.19%，滿足技術指標要求。

5.3 280 MW負荷下一次調頻試驗記錄

5.3.1 280 MW負荷下一次調頻試驗記錄

在280 MW負荷點進行一次調頻試驗，分別強制機組轉速偏差為±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，機組一次調頻響應時間、調頻幅度如表5所示。

表5 280 MW機組一次調頻數據分析

5.3.2試驗數據分析

根據機組在280 MW負荷點進行的一次調頻動作數據分析，其死區、滯后時間、響應時間及穩定時間等均能滿足相關技術指標要求；通過試驗數據計算，DEH功控方式下機組實際轉速不等率為3.67%（Δr=12.8 r/min）、3.65%（Δr=-12.8 r/min）、4.23%（Δr=12.8 r/min）和4.29%（Δr=-12.8 r/min），平均轉速不等率為3.96%，略小于技術指標要求。

6 試驗數據對機組運行調整影響

試驗記錄表明，在小頻率（轉速）擾動時，總閥位指令發生階躍變化，機組負荷變化相對緩慢，這將導致在網頻變化持續時間較短時機組調頻性能相對較差，將對一次調頻積分電量考核造成影響。

根據汽輪機廠家核定的滑壓曲線及機組運行情況，試驗確定的機組負荷及運行壓力關系如表6。

表6 機組負荷及運行壓力關系

由于宏晟機組在正常運行過程中，機組負荷/壓力曲線與該曲線有一定偏差，為保證機組一次調頻效果，建議在正常運行時將壓力控制在試驗確定的負荷/壓力曲線附近。

依據《火力發電廠模擬量控制系統驗收測試規程》（DL/T 657-2006）中的規定，300 MW等級及以下機組在穩態運行期間，要求主汽壓力變化小于0.2 MPa，動態變負荷過程中主汽壓力變化小于0.5 MPa。本次試驗期間設置轉速為階躍變化。在一次調頻動作引起相應負荷變化時，在網頻波動較小（±7 r/min）時，機前壓力波動幅度在0.2～0.3 MPa之間，對機組的擾動相對較小；但在網頻變化較大（±12.8 r/min）的極端情況下，機前壓力波動幅度在0.4～0.6 MPa之間，對機組運行的擾動明顯。建議在網頻變化較大時加強對機組的監視，以保證機組安全運行。

由于本機組目前主要運行方式為DEH功率控制，機組協調控制模式不能正常投入，因此機組在協調方式下的一次調頻性能有待進一步驗證。

7 結論

通過對宏晟機組試驗研究，可得出以下幾點結論：

（1）宏晟機組主要運行方式為DEH功率控制，該方式下，機組的一次調頻功能主要通過DEH實現。

（2）宏晟機組完成了一次調頻試驗，試驗結果表明，一次調頻死區為±2 r/min。

（3）根據試驗結果計算，宏晟機組一次調頻轉速不等率實際值最大為4.79%，最小為3.41%，平均為4.139%，滿足技術指標要求。

（4）宏晟機組一次調頻負荷響應滯后時間均小于3 s。

（5）宏晟機組一次調頻動作后調頻幅度達到75%、90%的負荷響應時間以及負荷穩定時間滿足相關技術指標要求。

（6）宏晟機組一次調頻回路通過壓力校正、負荷段校正等控制策略的實施，一定程度上削弱了壓力、閥門特性差異對調頻功能的影響。通過在不同壓力下、不同負荷段的一次調頻試驗結果表明，其能夠在一定程度上彌補壓力偏差、負荷段對一次調頻性能動作性能的影響。

[1]張強.在300 MW機組DCS改造中實現機組一次調頻功能[J].山東電力，1997（6）：14-21.

[2]張秋生.大型火電機組一次調頻參數的設置及其對協調控制系統穩定性的影響[J].河北電力技術，2008（7）：1-5.

[3]于達仁.汽輪發電機組的一次調頻動態特性[J].中國電機工程，2004（7）：24-28.

[4]孫文捷.協調控制實際應用中穩定性及負荷響應的研究[J].華北電力，1995（1）：24-28.

[5]Q/GDW669-2011.火力發電機組一次調頻試驗導則[S].

Research and App lication of Primary Frequency Regulation for 2×300MW Unit

SUN Jianmin，ZHANG Changmao，ZHOU Huaibin，DING Yuzhang，LIU Jingbo，ZHENG Wenguo
(HongshengElectrothermalCo.,Ltd.,Jiayuguan,Gansu735100,China)

Through analyzing the function test and operation performance of primary frequency control of the 2×300 MW unit in Jiayuguan Hongsheng Electrothermal,the best operation mode of DEH power control was determined,which enhanced the operative stability of the unit and the treatment ability for power grid accidents of the company,improved the safety and economy of the whole power system and provided some references for subsequent construction of the 2×350 MW unit as well.

primary frequency regulation;control strategy;power control

TM761.2

B

1006-6764(2014)12-0011-04

2014－08－29

孫建明（1976－），男，2000年畢業于鞍山鋼鐵學院（現遼寧科技大學）工業自動化專業，本科學歷，工程師現從事電廠的專業技術管理工作。