一次調頻性能分析和評價

李曉軍

(大唐渭河熱電廠,陜西咸陽 712085)

一次調頻性能分析和評價

李曉軍

(大唐渭河熱電廠,陜西咸陽 712085)

本文介紹了大唐渭河熱電廠1號汽輪機組的一次調頻及其調節系統的數學模型,以及調節系統參數靜態測試和動態測試的條件、測試過程,以及測試結果,并對測試結果及機組一次調頻的性能進行了分析和評價。

汽輪機 調節系統 一次調頻

1 概述

各發電廠投入一次調頻后可以提高電能質量及電網頻率的控制水平，可以達到迅速消除由于電網負荷變化引起的頻率波動。一次調頻的主要技術指標有轉速不等率、調頻死區、調頻負荷范圍。頻率是衡量電網供電質量的標準之一，并網機組參與電網一次調頻是保證電網供電頻率和電網安全穩定運行的重要手段。我廠1號汽輪機型號為C250/N300-16.7/537/537，是哈爾濱汽輪機廠有限責任公司生產的亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式汽輪機。本機共設有8級回熱抽汽，分別供3臺高加、1臺除氧器和4臺低加使用，除氧器采用滑壓運行，各級加熱器疏水采用逐級自流。機組高壓轉子有一個單列調節級和12個壓力級；中壓轉子有11個壓力級；低壓轉子有2×6個壓力級。1號汽輪機控制系統主要由DCS分散控制系統和DEH數字電液調節系統組成。DCS控制部分為北京和利時系統工程股份有限公司的Hollias—MACSV控制系統，汽輪機數字電液調節系統為西屋公司Ovation控制系統。該系統能獨立完成汽輪機的調節控制、壓力控制和安全保護，實現從盤車到并網的轉速控制、負荷控制，并能進行頻率調節和負荷限制。

2 測試項目及其方法

2.1 測試項目

汽輪機及其控制系統參數測試項目一般包括控制系統靜態測試、機組帶負荷試驗、汽輪機甩負荷試驗、汽輪機動態擾動試驗等四大類。

信號采集器為香港嘉兆科技有限公司西安分公司采用美國IOTECH采集板生產的24通道DAQLAB2005型便攜式記錄儀，信號源采用浙江勁儀儀表廠生產的JY822過程校驗儀。

2.2 帶負荷試驗

機組帶負荷試驗于2009年5月18日15時12分開始，17時19分結束。機組正常帶負荷運行，通過改變機組的負荷指令，測量記錄機組負荷與閥門開度之間的關系，測試條件及測試過程具體內容如下：(1)試驗時機組保持定壓運行，DEH負荷回路未投入，CCS系統投入自動；(2)切除一次調頻功能，保證機組負荷的變化完全由給定輸入值來確定；(3)試驗期間，回熱系統正常投入，機側主蒸汽壓力及溫度、再熱蒸汽壓力及溫度、凝汽器真空等參數基本在額定值；(4)機組負荷從220MW上升至300MW，再由300MW下降至267MW，之后升至284MW。數據采集器以1Hz的采樣頻率記錄機組負荷、高壓調節閥開度(油動機行程)等參數。

通過該項試驗，得到了機組負荷與調節閥開度之間的關系，結合靜態試驗時獲得的機組轉速上行和下行的測試曲線，可得到機組的速度不等率。

2.3 動態擾動試驗

2.3.1 測試條件

本試驗于2009年5月18日16時24分進行，其測試條件如下：(1)油系統、DEH系統工作正常，機組投入一次調頻，且各負荷區域運行穩定；(2)轉速死區為±2r/min；(3)試驗過程中機組的目標負荷保持不變；(4)為避免在試驗過程中其它環節對一次調頻功能的限制，切除AGC、壓力控制回路，并設置機側主汽壓力、調節級壓力等監視段參數。(5)試驗期間盡量維持主汽壓力穩定、再熱蒸汽溫度和凝汽器真空在額定值附近。

2.3.2 階躍響應特性試驗

(1)DEH投入功率控制及一次調頻功能，CCS撤除一次調頻功能；(2)由熱工人員從DEH工程師站將轉速給定分別強制為3007r/min和3013r/min，此時機組負荷快速增加，待機組負荷穩定后，熱工人員將轉速給定恢復為3000r/min；(3)CCS投入一次調頻功能，DEH撤除一次調頻功能；(4)由熱工人員從DCS工程師站將轉速給定強制為3015r/min，待機組負荷穩定后，熱工人員將轉速給定恢復為3000r/min。(5)數據采集器以1kHz的采樣頻率記錄試驗過程中機組負荷、轉速、頻差、總閥位指令、高壓調節閥開度位置反饋信號、機側主汽壓力、調節級壓力、高壓缸排汽壓力、再熱器熱段壓力和六段抽汽壓力等參數。

通過本試驗，獲得階躍擾動時機組各主要部分參數的變化規律，利用轉速降低過程的試驗數據，結合開發研制的參數辨識系統軟件，對高壓容積、再熱容積和聯通管容積時間常數進行辨識，獲得相關時間常數。

2.3.3 汽輪機斜坡響應特性試驗

(1)CCS系統投入，機組當前負荷200MW；(2)在DCS操作站，由運行人員將升負荷率設為9MW/min，目標設為250MW；(3)運行適當增加燃料，待主汽壓力有上升趨勢時，在DCS操作盤按“執行”鍵開始增加機組負荷，機組負荷由200MW增加至250MW；(4)機組約2～3分鐘穩定后，由運行人員再次將目標負荷設為300MW；(5)運行適當增加燃料，待主汽壓力有上升趨勢時，在DCS操作盤按“執行”鍵開始增加機組負荷，機組負荷由250MW增加至300MW；(6)數據采集器以1kHz的采樣頻率記錄以上整個過程機組負荷、總閥位指令、高壓調節閥開度(油動機行程)反饋、機側主汽壓力、速度級壓力、高壓缸排汽壓力、再熱器熱段壓力、六段抽汽壓力等參數變化數據。

3 試驗結果

機組DEH及CCS系統轉速死區設為±2r/min，不等率為5.5%，一次調頻負荷變化限幅為6%額定負荷。1號機組一次調頻性能分析如下：

(1)DEH系統功率控制方式。轉速給定值由3000r/min階躍至3013r/min時，總閥位指令在0.16s增至91.455%；CV1在0.496s開至29.189%；CV2在1.157s開至28.111%；CV3在0.661s開至28.908%；機組功率、主汽壓力、調節級壓力在1.57s開始響應轉速偏差變化；再熱器熱段壓力、六段抽汽壓力分別在2.727s和3.636s開始響應轉速偏差變化。功率在13.14s增加18.39MW，在33.305s開始穩定。

轉速給定值由3013r/min階躍至3000r/min時，總閥位指令在0.248s關至81.807%；CV1、CV2、CV3在0.413s分別關至22.164%、23.532%、22.634%；功率在1.48s開始響應轉速變化，在21.567s減少18.09MW。

(2)DCS系統在CCS控制方式。轉速給定值由3000r/min階躍至3013r/min時，在1.592s總閥位指令、CV1、CV2、CV3分別開至84.558%、25.438%、22.97%；23.381%；功率在2.316s開始響應轉速變化，在52.524s增加13.80MW。

轉速給定值由3013r/min階躍至3000r/min時，功率在2.59s開始響應轉速變化，在37.33s減少9.95MW。

《陜西電網發電機組調速系統參數測試及一次調頻工作管理規定》中第16條、第17條和第18條中規定：火電機組參與電網一次調頻的響應滯后時間、對目標出力完全響應時間及穩定時間分別為3s、15s、45s；第19條中規定：額定負荷300MW及以上的火電機組參與一次調頻的負荷變化限制幅度為機組額定負荷的±6%。

上述數據說明1號機組DEH控制系統在功率控制方式下參與一次調頻的響應滯后時間、對目標出力完全響應時間及穩定時間滿足《陜西電網發電機組調速系統參數測試及一次調頻工作管理規定》中第16條、第17條和第18條的規定。DCS控制系統在CCS方式下一次調頻的性能不甚理想。

4 結語

測試中由于DEH系統輸出通道有限，只接了CV1、CV2、CV3高調門位置反饋信號，無CV4高調門的動作情況，今后若再測試可接CV2、CV3、CV4高調門位置反饋信號。由于條件所限，分別在DEH系統功率控制方式及DCS系統CCS控制方式兩種做了機組一次調頻性能試驗，DEH系統閥位控制及CCS控制方式組合的一次調頻性能試驗未做，以后若在測試可做DEH系統閥位控制及CCS控制方式組合的一次調頻性能的試驗。

DEH系統和DCS系統的轉速輸入信號取自不同的測量系統，組態邏輯中轉速偏差計算方式不同。DEH系統轉速偏差為轉速給定值與轉速實測值之差，DCS系統轉速偏差為轉速實測值與轉速給定值之差。這樣就形成了兩種一次調頻頻差函數，DEH系統轉速偏差增大(減小)，要求增加(減小)負荷；DCS系統轉速偏差增大(減小)，要求減小(增加)負荷。

動態階躍響應特性試驗表明，機組在功率控制方式下參與電網一次調頻的響應時間和負荷調節能力較理想，在CCS控制方式下參與電網一次調頻的響應時間和負荷調節能力較差。由于CCS控制方式機組參與電網一次調頻的能力有限，建議機組一次調頻功能在DEH系統為閥控方式，DCS系統為機爐協調方式下投入。這樣既可保證機組一次調頻動作的快速性，又可保證一次調頻動作的持續性。

機組正常運行中應投入一次調頻功能，在DEH系統投入一次調頻功能時，為防止CCS系統反調，CCS系統亦必須投入一次調頻功能，使其真正起到頻差校正的作用。由于CCS系統的一次調頻功能在機組負荷100MW以上才能投入，因此，建議DEH系統一次調頻功能亦在機組負荷100MW以上時投入。

李曉軍,性別:男,出生年:1972.9,籍貫:陜西禮泉,學歷:本科,職稱:助理工程師,研究方向:火力發電自動化方向或火力發電協調控制方向。