60 MW熱電聯產機組一次調頻優化試驗與問題研究

王曉峰

（廣州發展電力科技有限公司，廣東 廣州 511340）

1 機組一次調頻技術指標要求

根據2010年2月份廣東省電力調度中心發布的《廣東電力系統一次調頻運行管理規定》的要求，對廣州發電廠#1機組一次調頻的調差率、調節幅度、響應速度以及機組的調速系統等進行定性或定量要求，具體指標如下[1]。

（1）調頻死區需具有DEH系統的火力發電機組，為±0.033 Hz（±2 r/min）。

（2）火力發電機組的轉速不等率為4%～5%。

（3）對于配置DEH系統且機組容量小于100 MW的發電機組，遲緩率應小于0.15%。

（4）配置DEH（電液調速）系統的機組響應時間應不大于3 s。當電網頻率變化超過機組一次調頻死區時，初始階段的15 s內，機組出力實際調節量應達到ΔP(Δf，t)理論最大值的60%以上；當電網頻率變化超過機組一次調頻死區時，初始階段的60 s內，機組實際出力與響應目標偏差的平均值應在理論調整幅度的±8%以內。

（5）對于機組額定負荷小于200 MW的火力發電機組，限幅不小于±10%Pn（Pn為額定負荷）。

（6）配置分散控制系統（DCS）和無機爐協調控制功能（CCS）的機組，由DEH系統完成一次調頻功能。

2 系統設計及性能優化

2.1 一次調頻控制方式

該機組采用DEH系統完成機組負荷和壓力的控制，并完成一次調頻功能。

2.2 頻差-負荷修正曲線

廣州發電廠#1機組容量為60 MW。根據機組額定負荷，該機組的調節系統轉速不等率為5%，一次調頻最大調頻負荷變化幅度為6 MW，一次調頻負荷下限是最低穩燃負荷，一次調頻死區轉速差為±2 r/min，一次調頻負荷上限為額定負荷，一次調頻頻率-負荷修正曲線如圖1所示。

圖1 機組一次調頻負荷與頻率曲線

2.3 一次調頻參數優化

進行一次調頻前，對機組DEH側邏輯中一次調頻的調頻負荷函數進行曲線參數優化。根據#1機組一次調頻頻率-負荷修正曲線，對DEH調頻負荷函數F（X）進行優化設計，優化后的調頻負荷函數參數如表1所示。

表1 調頻負荷函數F（X）

3 一次調頻試驗結果

按照預定一次調頻試驗方案進行DEH方式的一次調頻試驗。在DEH側強制汽輪機轉速信號為：3 000 r/min、2 997 r/min、3 000 r/min、3 003 r/min 、3 000 r/min、3 000 r/min、2 995 r/min、3 000 r/min、3 005 r/min、3 000 r/min、3 000 r/min、2 993 r/min、3 000 r/min、3 007 r/min及3 000 r/min，轉速差對應的一次調頻修正量分別為0 MW、-0.4 MW、0 MW、0.4 MW、0 MW、0 MW、-1.2 MW、0 MW、1.2 MW、0 MW、0 MW、-2 MW、0 MW、2 MW及0 MW。測定系統的一次調頻響應遲延，最大15 s內一次調頻量等，數據記錄如表2所示。

廣州發電廠#1機組一次調頻試驗結果為：一次調頻動作后，機組負荷響應遲延在5 s以內，調頻負荷在35 s內過渡到穩定值。根據試驗情況發現，一次調頻的響應特性基本能滿足電網一次調頻的要求，調頻負荷在17～35 s內過渡到給定值，一次調頻響應特性尚可，記錄曲線如圖2所示。

4 問 題

通過對廣電#1機組一次調頻試驗和對現場設備檢查發現，一次調頻質量尚可，但仍存在如下問題。

（1）大部分機組從投產至今已運行超過25年，設備較陳舊。四臺機組原為純機械液壓調節保安系統，2005年改造成電調系統，但由于機組EH油工作壓力屬低壓范疇（2 MPa），低壓電液轉換器也不如高壓伺服閥的精度高，所以調節過程相對緩慢。兩個高調門通過機械連接方式實現順序開啟，高調門的流量特性存在較大的非線性。電調系統測量精度和準確性較差。DCS控制系統為爐機單獨控制，無機爐協調控制系統。這些因素均限制了機組的一次調頻出力。

表2 DEH控制方式下一次調頻特性測試數據

圖2 DEH控制一次調頻試驗曲線（±3 r/min～±7 r/min）

（2）供熱機組抽汽量的變化影響一次調頻性能。為保證機組供電、供熱的品質，兩臺機組調節系統除調節機組電負荷外，還要跟蹤調節抽汽壓力（熱負荷）。當一次調頻動作時，改變電負荷的同時會改變熱負荷。當供熱熱負荷變化時，改變熱負荷的同時也會改變電負荷。因此，一次調頻動作或熱負荷波動時，電負荷與熱負荷的調節存在不可避免的相互耦合，一次調頻效果會被削減，甚至完全被淹沒。熱電聯產的特性直接影響一次調頻的調節品質。

（3）四臺機組屬于小容量機組，調頻出力相對較小，功率變送器的波動值（幅度±0.3 MW）影響到一次調頻貢獻量。當電網頻率在較小范圍波動時，即使閥門動作正確，也會被淹沒在功率信號測量誤差中。

（4）由于機組都是小機組，一次調頻量很小，很容易被負荷數據傳輸過程的波動掩蓋。

（5）對汽機的現場轉速測量精度差，且中調考核系統和DEH系統對轉速（周波）的計量存在一定差異。

5 結 論

本文介紹了廣州發電廠60 MW熱電聯產機組#1機組一次調頻的基本情況，研究了該機組一次調頻存在的問題，并提出了如下建議。

（1）設法改善機組轉速、功率的測量精度及功率的測量準確性，以減小測量誤差。

（2）設法穩定熱負荷的壓力值，以減小供熱量的瞬時變化對機組一次調頻品質的影響。