1 000 MW超超臨界火電機組一次調頻控制與應用

0 引言

隨著中國碳達峰、碳中和目標的提出，新能源發電機組的占比在逐步增加，新能源對電網的穩定運行也帶來了一定的影響，迫使火電機組面臨更加嚴格的調峰調頻和節能減排要求。一次調頻對保證電網安全穩定運行、提高電能質量、迅速消除由于電網負荷變化或故障引起的頻率波動非常重要，因此，火電機組都在進一步提高一次調頻能力，通過合理的控制策略及參數設置，確保火電機組既能滿足電網頻率的快速響應，又能滿足機組的安全穩定運行。

1 火電廠一次調頻基本原理和重要參數

火電機組正常運行時電網頻率穩定在50 Hz，機組轉速3 000 rpm，此時機組總功率正好等于用戶的總耗電量。當用戶負荷變化或電網故障引起頻率變化時，機組調速系統快速動作，改變負荷以減小電網頻率變化，這一過程稱為一次調頻。

衡量一次調頻的參數有

：

用戶通過本應用全面、詳實的了解想去的景點的特色美景與文化故事，增加文化之間的交流。同時經過APP的推廣，游客通過APP享受的服務包括：語音解說、地圖導航、美食推薦排行等功能，增加游客游玩興趣，帶給游客更大的便利，擴大旅游市場，吸引幫助人才發展，帶動景點及周邊地區經濟發展。

1.1 機組轉速不等率

機組轉速不等率是指機組在控制系統給定值不變的情況下，機組功率從滿負荷至空負荷對應的轉速變化量與額定轉速的比值，通常以百分數表示，見式（1）。

控制了技術轉移與擴散對產業升級的效果后，兩組技術進步與金融結構的交叉系數方向一致，其中一組結果在5%置信程度上顯著為正，表明適宜的金融結構(特別是金融市場的占比)總是能通過技術創新對產業結構升級產生正向的促進作用。這種促進一方面通過緩解企業的融資約束，促進實體企業的技術創新活動和研發投入，提高技術創新的產出；另一方面則通過有效的金融資源配置，激勵“企業家精神”創建更高效率的新興企業，從而促進技術創新加快進入生產應用，推動產業結構的高度化。

式中，

：機組轉速不等率；n

：汽輪機空負荷時的轉速；n

：汽輪機滿負荷時的轉速；n

：汽輪機額定轉速。

如圖1所示，一次調頻動作前前20 s機組實際負荷平均值為798 MW，一次調頻觸發后，頻率降至49.9 Hz（此時對應轉速偏差為6 rpm），1號機組一次調頻及其他設備響應如下：

1.2 功率補償量

機組一次調頻的理論功率補償量（ΔP）是由機組轉速不等率δ和電網頻率偏差（可轉換為轉速偏差Δn）計算出來的，見式（2）。

式中，

：汽輪機額定轉速；

P

：機組額定功率；Δn：轉速偏差（轉速偏差Δn計算時應減去2轉的死區）。

由式（2）可知，對承擔基本負荷功能的機組（如核電等），轉速不等率

應大一些，以當電網頻率變化時對其功率的影響較小，保證機組在經濟工況下穩定運行；而對承擔調峰調頻的機組(如火電機組等)，轉速不等率應小一些，功率補償量盡量大一些，以便電網頻率變化時能及時響應，維護電網的穩定運行。

1.3 遲緩率

機組的遲緩率是指由于調速器、傳動放大機構和配汽機構部件間的摩擦、間隙等原因使輸入信號與輸出信號之間存在遲緩現象，這種現象作用于控制系統使其在一定轉速變化范圍內機組功率不變。遲緩率ε用公式（3）計算。

式中，

：汽輪機額定轉速。

歐洲標準化組織地理信息技術委員會（CEN/TC 287）負責歐洲范圍內的數字地理信息標準化工作，研制結構化的標準與指南框架，規定地理數據與服務的定義、描述和轉換方法。

1.4 一次調頻死區

一次調頻性能指標是以每月機組一次調頻效果的算術平均值作為機組一次調頻性能指標的，每月考核電量為兩種情況考核電量之和。

所以，我們的生活應該有一個使命和目的，那就是要追求成為一個優秀的人，而優秀的人就是人的本性得到完善的人。而完善的人，就是心靈品質得到良好塑造并能夠發揮其功能的人，也即獲得了各種美德的人，而幸福“在于合德性的實現活動”[1](P305)，所以培養了完整美德的人將能過上優美而高尚的生活。而我們研究政治學，就是為了給人們如何獲得好生活提供指導，于是，“希望自己有能力學習高尚[高貴]公正即學習政治學的人，必須有一個良好的道德品性。”[1](P10)

1.5 響應滯后時間

電網頻率變化達到一次調頻動作值直至機組負荷開始變化所需的時間稱為一次調頻負荷響應滯后時間，一般小于3 s。

丹參川芎嗪注射液聯合高壓氧對急性脊髓損傷早期并發癥的預防作用 …………………………………… 俞 勇等（2）：244

1.6 穩定時間

一次調頻過程中電網頻率穩定后，機組負荷達到穩定所需時間為一次調頻穩定時間，應小于60 s，機組協調系統（CCS）或自動發電（AGC）運行時，應剔除負荷指令變化因素。

2 電網一次調頻考核要求

2.1 兩個細則對火電機組一次調頻考核分析

根據華東電網兩個細則的要求，火電機組（包括燃機）一次調頻限幅應不小于6%的額定容量。一次調頻考核觸發條件為：電網頻率偏差超過0.033 Hz（即轉速偏差2 rpm）持續時間超過20 s；電網頻率偏差超過0.05 Hz（轉速偏差3 rpm）持續時間超過5 s。

考核細則如下

：

1）機組不具備一次調頻功能時，考核費用按照公式（4）計算

即月度考核電量為該機組當月發電量的0.1%。

2）機組具備一次調頻功能但未投運時，考核費用按照公式（5）計算

3）機組投運一次調頻但一次調頻性能指標月均值小于60%時，考核為：

當∣60%*理論電量∣-∣實際電量∣＞0時，按公式（6）計算

當性能指標∣60%*理論電量∣-∣實際電量∣=0時，按公式（7）計算

針對電網出現大頻差（轉速偏差6 rpm以上）波動，上述兩項策略提供的負荷增量已無法很好地滿足最新細則要求時，可考慮切除5、6號低加，如仍無法滿足要求，可考慮切除高加，但會犧牲機組的經濟性并帶來一定的擾動。

一次調頻死區是指系統在額定轉速附近時對轉速的不靈敏區。為了在電網頻率變化較小時提高機組穩定性，一般在電調系統設置±2 rpm的頻率死區。

綜上所述，一套較為全面的一次調頻控制方案基本能覆蓋電網一次調頻需求。

2.2 火電機組一次調頻考核分析

由考核細則中計算公式可知，機組在電網頻率超出50±Δf

(機組頻率控制死區)20 s至60 s區間內響應一次調頻的實際積分電量要達到理論電量的60%以上。目前大多數機組都具備了一次調頻功能，且能正常投運，但響應不及時或在規定時間內未達到相應電量而被考核的情況卻時常發生。

多數情況下是電網觸發低頻，一次調頻要求機組增加負荷，少數情況下電網頻率偏高，發電機組需降負荷，此時短時間內關小汽輪機調門是最有效的手段，此策略需分析調門流量特性，適當降低調門閥限。

3 火電機組一次調頻優化策略

基于一次調頻動作原理和考核細則可看到一次調頻的重要和改進方向，并以此為出發點，優化一次調頻控制策略，并定期試驗。超超臨界火電機組一次調頻的優化可從以下幾方面入手：

3.1 凝結水調頻優化

為減少汽輪機調門處的節流損失，很多1 000 MW火電機組采用了CTF調門全開方式運行，但由于直流鍋爐蓄熱能力較汽包爐差，響應速度無法滿足一次調頻需求。通過及時調節凝結水流量，可以一定程度地影響5、6號低壓加熱器的抽汽量，進而實現汽輪機功率的快速提高，參考值為5～8 MW。

此優化對凝水調門要求較高，要求凝水調門的調節開度和動作時長控制在合理范圍內，避免凝汽器水位或除氧器水位超限、凝結水壓力過低等不良影響。

3.2 補汽閥調頻優化

目前上海汽輪機廠生產的超超臨界機組采用了補汽閥。據調查，補汽閥開度大于20%時可能會造成高壓缸前后軸承振動增大，說明該技術還存在一定的缺陷，但開度小于20%時仍能正常使用。廠家資料顯示，補汽閥全開可在短時間內增加5%～10%的蒸汽，增加機組出力3%～5%。

3.3 高、低加切除調頻優化

(4)目前，電滲析法除鹽設備需要有專人操作，在自動化方面還有待進一步改進和完善，以適應裝置連續運行的需要。

中國-東盟“海上聯演-2018”的參演兵力，包括8艘艦船、3架直升機和約1200名官兵。其中，中國南部戰區海軍派出導彈驅逐艦廣州艦、導彈護衛艦黃山艦、綜合補給艦軍山湖艦參演，東盟各國參演兵力有新加坡海軍“忠誠號”護衛艦、文萊皇家海軍“達魯塔克瓦號”巡邏艦、泰國皇家海軍“達信號”護衛艦、越南海軍“陳興道號”護衛艦和菲律賓海軍“達古潘市號”后勤支援艦。柬埔寨、印度尼西亞、馬來西亞、緬甸等國家派出觀察員參演。東盟各國還派出觀摩團，視察演習岸基聯合指揮部、聽取演習情況匯報、參觀中國艦艇。

3.4 汽輪機調門動作

由于各種原因，電網在每天的實際運行過程中小頻差動作時有發生，機組一方面要響應AGC負荷指令，另一方面又要確保一次調頻正常投入。有機組在兩者同時動作時沒有在控制回路中設置反向閉鎖而被考核，通常一次調頻的優先級要高于AGC。

上述公式中，F：考核費用，W：發電量，K：考核系數0.001（火電機組），

一次調頻考核系數1.5，

：機組上網電價，P

：額定功率，t：未投運小時數（不包含調度發令退出時間），

：對應轉速偏差2 rpm時為1、3 rpm為15、4 rpm為30。

4 火電機組一次調頻實際動作情況

以下為某電廠1 000 MW火電機組在控制策略優化后對電網大頻差情況的實際響應。

當電網發生故障或發電機出口開關跳閘使負荷甩到零時，汽輪機轉速先飛升再下降，然后逐步穩定，該現象稱為“動態飛升”。轉速不等率越大，汽輪機超速的危險性也越大。

例如，為使學生正確理解電場線、場強、電勢差之間的關系，教師在短視頻中要求學生牢記以下內容：(1)電場線從正電荷或無窮遠處發出，到負電荷或無窮遠處結束.(2)電場線越密，場強越大，粒子受到的電場力越大；(3)非勻強電場中場強越大，電勢差越大.在視頻結尾，教師給出以下題目，要求學生思考解答：

1）電網頻率下降超過2 rpm時，凝結水節流參與一次調頻，凝水主調閥快速關小；

認識到教學內容的價值，就要將這些有思維價值的內容在教學中發揮作用，讓其落實在課堂中，體現出生命力，那就必須理解教學．只有理解了教學，才能設計出好的數學活動，通過這些活動，數學內部的育人價值得以生存，并能放大，數學的活動才真正的有意義，才能使學生真正感受到數學的力量，也只有通過這些活動，數學才不會是紙上談兵，借題發揮的空洞學科．

2）電網頻率下降超過4 rpm時，補汽閥輔助一次調頻動作，補氣閥開至上限20%；

吉爾金娜是學藝術的，渾身上下都散發著濃濃的藝術細胞，比如說走路的姿式，一扭一扭的，標準的模特步，就連燒飯也是用藝術的肢體語言，那手臂伸得很長，劃出一道道美麗的弧線，江大亮看了就覺得好有意思，聚精會神，時不時的望著吉爾金娜扭來晃去呆呆的發愣，也許是天下的女人都愿意讓男人欣賞的吧，當江大亮夸獎吉爾金娜姿態優美的時候，吉爾金娜就露出孩子般的笑容，就奮不顧身地撲到江大亮的懷里擁抱著，親吻著，弄得江大亮一點思想準備也沒有。

3）電網頻率下降超過5 rpm時，低加參與一次調頻，5、6號低加汽源快速切除，即5、6號低加切除。

同時，鍋爐主控、給水流量同步增加，實際負荷增加。

機組一次調頻參數配置見表1。

本次動作60 s，實際出力31.95 MW，幅度達理論值的95%，響應及時有效。

沙溝內地形陡峻，分布中志留系統韓家店組頁巖，巖性軟弱、風化強烈，為區域易滑地層，溝內滑坡、崩塌、坍塌等不良地質現象十分發育(圖2)，為泥石流的形成提供了豐富的松散固體物質來源。經野外勘查，溝內共有滑坡2個，崩滑體10個，崩滑堆積物源總量8.31×104 m3；溝內還堆積了豐富的溝道沖洪積體，體積2×104 m3，坡面強風化頁巖體積11×104m3。物源總量為21.31×104 m3，其中可參與泥石流活動的動儲量為10.2×104 m3(表2)。

因此，人的德性均可用“氣”來加以說明，如劉宗周說：“意者，心之中氣；志者，心之根氣。”[1](8冊，P940)延續劉宗周之說，黃宗羲提出了良知即平旦之氣的觀點：

上述案例證明，高負荷工況下采用凝水、補汽閥和低加等組合策略分段響應一次調頻能使超超臨界火電機組較好地滿足最新考核。值得注意的是，在低負荷工況下，由于5、6號低壓加熱器抽汽量減少，凝水調頻效果會有所降低，小頻差動作時依然有被考核的風險。

5 總結和展望

在“雙碳”目標下，新能源發展已成必然，火電機組要在市場中生存就必須節能減排，更好地發揮供電穩定和調峰調頻的優勢。本文提出的一次調頻優化組合對同類型機組的推廣具有一定的意義，為電力能源供應和能源轉型提供更多的支持和保障。

［1］劉靜.超超臨界機組一次調頻控制策略優化及應用［J］.山西焦煤科技，2021(11):37-40.

［2］GB/T 30370-2013火力發電機組一次調頻試驗及性能驗收導則.

［3］GB/T 31464-2015電網運行準則.