基于东北电网两个细则考核下火电机组一次调频同源优化及性能提升的研究

摘要：东北电网“两个细则”考核办法的实施，对一次调频提出了更为严格的考核标准要求，同时为了提高东北电网运行的稳定性，降低电网频率的波动，增强电网抗事故的能力，东北电网有限公司出台《东北电网发电机组一次调频调度管理暂行规定》，明确指出发电机组需进一步改善一次调频功能。一次调频性能的提升越发重要，对保证电网安全经济运行具有重要的指导意义。

关键词：一次调频;性能提升;DEH;同源优化

0  引言

随着大容量机组、新能源发电在电网中的比列不断增加，电网的结构变化引起的负荷波动逐渐加大，而现实生活中用户对电能质量的的要求不断提高，电网频率稳定性的问题越来越被重视，此时火力发电机组的一次调频能力对维持电网稳定起着极其重要的作用，特别是对于那些快速调节机组所占比重少的区域电网尤为关键。当系统发生大的事故，系统出力发生突变时，如果并网机组具有一次调频能力，系统频率的波动幅度、周期会比未投入一次调频要小的多[1]。频率是电力系统最重要的运行参数之一，频率变化对系统的安全稳定运行具有重要的影响。系统互联增强了其承受有功冲击的能力，但同时也增加了系统可能遭遇的有功不平衡，维持电网极其频率稳定的问题更加突出。扰动作用下，把电网频率控制在要求的范围内是电力系统安全稳定运行的目标之一，一般通过一次调频来实现，一次调频能快速的反应，弥补网上负荷缺口，将网频维持在正常的范围内。为了满足辽宁电网对并网火力发电机组的一次调频要求，减少一次调频考核，提高一次调频响应速度及控制精度，对机组一次调频系统进行信号同源改造

1 一次调频的概念

在正常情况下.汽轮机以及汽轮机带动的发电机应该在其额定负荷下运行，汽轮机以及发电机转速应该保持在3 000 r/min不变，使电网频率稳定在50 Hz。但是，在实际情况下很难一直让汽轮机在额定负荷下工作，当汽轮机转速发生改变时，机组的调速系统就根据转速的变化值，利用机组的蓄热能力自动调整汽轮机的调门开度，改变汽轮机的进汽流量，从而让机组的发电功率与负荷相匹配，并且调整汽轮机的转速到额定值使电网频率恢复到50 Hz，这就是机组的调频[2]。

一次调频的过程大体如下：当电网的负荷增加时，汽轮机的转速降低，使电网的频率降低，此时增大汽轮机调门开度，主蒸汽流量变大，从而增加汽轮机出力，增加发电量，并且电网频率恢复到额定值;当电网负荷减小时，汽轮机转速增加，使电网频率增加，此时减小调门开度，主蒸汽流量变小，发电功率减小，电网频率回到额定值[3]。一次调频调节汽机功率是通过调节调门开度来实现的，利用的是机组的蓄热能力，这部分热量非常少，如果不及时改变锅炉的燃烧量，一次调频不能长时间保持[4]，因此一次调频只能暂缓电网频率变化。一次调频主要用来调节短期内发生的小幅度电网频率变化，当外界负荷变化较大，一次调频无法满足要求时，就要进行二次调频。

2  一次调频现状及效果不佳的原因

2.1传统发电机组一次调频动作均采用汽轮机转速或ECS中频率变送器作为驱动信号，大多数一次调频合格率低的机组很多因转速或频率信号测量精度达不到要求。而且网频波动频繁，造成机组调门频繁摆动，影响设备安全运行。

2.2传统的一次调频控制策略为迎合电网考核多采用以下方式：（1）减小一次调频动作死区;（2）修改“转速差--功率”函数，加大曲线斜率，增加动作幅度。此控制策略虽然能满足电网考核标准要求，但会对机组造成大量无效扰动，不利于发电机组的安全经济运行。

2.3一次调频最大的问题是信号的同源和精度：一次调频信号来自DEH的转速卡。由于DEH的转速卡的量程为0到1万转，转速卡只有千分之一的精度，远低于10万分之一的精度，即没有办法达到0.1转的分辨率。因此机组一次调频的组态中，一次调频的函数死区常常没有按照规程设置在±2转，而是设置在±1.6转，造成了机组每个月的一次调频动作次数比正常情况增加1倍以上，对机组造成扰动，影响汽轮机调门的使用寿命等。

3  一次调频考核和影响考核因素

3.1  辽宁电网一次调频考核指标按照《东北区域发电厂并网运行管理实施细则》和《东北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》第二十七条进行考核，考核标准以机组一次调频响应特性为依据;

3.2一次调频的负荷响应滞后时间β1：响应时间小于3S;

3.3一次调频的负荷调整幅度β2：所有机组在15S内负荷调整幅度应达到15S内频率极值点对应的一次调频理论调整负荷的90%;

3.4在电网频率变化超过机组一次调频死区开始至60S或至频率变化回到一次调频死区时为止机组实际与理论调整负荷之差绝对值的平均值应在理论调整负荷最大值的±25%内;

3.5一次调频在线监测评估系统依据各火力发电机组PMU子站上送发电机出口频率计算发电机组的一次调频响应特性，若β1、β2、β3及Bu任一项不合格，扣减其一次调频月投入时间（10/Bu）分钟，从而间接扣减月投运率;若一月内β1、β2、β3及Bu平均值满足 ，则该机组本月可以不扣除月投入时间;

4一次调频性能提升方案

4.1一次调频信号的同源：取电气侧发电机出口PT信号（与省调考核系统取PMU为同一路）送入一次调频同源装置A/D采样回路，采集精度达到电网要求的0.001HZ，有效的提高了一次调频的动作的正确率，保证了与考核系统的同源问题，使一次调频精度更加准确，有效的减少了机组调门的误动，提高了一次调频的合格率，保证了机组安全的运行。

4.2 一次调频同源装置采用先进的动态的控制方案，基于网频动态的变化特性，有针对性的对网频不同频差采用不同的动作幅值，这样既能保证一次调频的合格率达到电网公司的考核要求，又能剔除电网波动没必要的一些毛刺，减少了一次调频的动作次数，确保了电网与机组的协调运行。

4.3机组逻辑优化：DCS、DEH一次调频控制逻辑中，F（x）后增加T切换功能块，功能块Y管脚输入原一次调频负荷指令，N管脚输入一次调频智能控制装置指令，切换条件设置为：手动切除、一次调频智能控制装置指令都故障（品质坏）切除、一次调频智能控制装置都异常切除（装置异常信号）;当一次调频指令与AGC指令出现反向调节或者机组在TF控制方式时，一次调频指令有优先级，所以需闭锁汽机主控反向调节指令。

4.4 DCS、DEH逻辑修改后，统一按逻辑执行次序重新排列逻辑块顺序，确保一个扫描周期内完成该逻辑页中的所有逻辑运算;

5结语

随着电网对一次调频控制要求的精度和性能越来越高，为了满足电网对一次调频能力的要求，逐渐出现了各种各样的一次调频的控制方案。本文提出了一次调频同源的方案，从根本上解决了，电网考核系统与常规一次调频方案时间标签不一致的问题，先进的控制策略克服了原有传统模式下，在电网功率变化时信号采集与控制无法及时有效衔接的问题。控制手段先进，有效消除系统一次调频误动作次数，减少汽机调门波动，延缓了高调门弹簧、阀杆、阀体的金属疲劳损伤，延长机组寿命;提高了机组运行稳定性和安全性;调门波动减少，稳定了控制参数，也能有效提高汽轮机效率和运行经济性。

参考文献：

[1] 白成春， 焦莉， 朱泽， 等. 西北电网一次调频分析研究[J]. 中国电力， 2008， 41（6）： 1-4.

[2] 邢红涛.董新慧，高志存，等.电力系统一次调频理论及其在某300 MW机组的试验研究[J].河北电力技术2007（1）： 41-44.

[3] 孙辰辰.发电机组一次调频与二次调频策略及其优化[D].北京：华北电力大学，2015.

[4] 李国庆，贺心燕.火电机组一次调频的优化[J].山西大同大学学报（自然科学版2017，33（3）： 67-69.