1030MW機(jī)組一次調(diào)頻性能分析及優(yōu)化

殷兆廣

（浙江浙能舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江 舟山 316131）

1030MW機(jī)組一次調(diào)頻性能分析及優(yōu)化

殷兆廣

（浙江浙能舟山煤電有限責(zé)任公司，浙江 舟山 316131）

通過對某發(fā)電廠機(jī)組特性分析，結(jié)合目前電力市場的相應(yīng)考核規(guī)則和影響機(jī)組一次調(diào)頻的因素，針對機(jī)組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速存在偏差而影響機(jī)組一次調(diào)頻效果的問題，通過平移一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速死區(qū)，提高了機(jī)組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速的吻合性，保證機(jī)組一次調(diào)頻動作與電網(wǎng)要求同步。分析了在目前的考核規(guī)則下一次調(diào)頻死區(qū)的大小對一次調(diào)頻的影響，提出了死區(qū)取2 r/min為最合適。分析了高壓調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)速度對一次調(diào)頻的影響，提出增加蓄能器和提高抗燃油壓力以提高高壓調(diào)閥動作的及時(shí)性。通過以上改進(jìn)提高一次調(diào)頻動作的正確性和效果，減少了考核。

一次調(diào)頻；細(xì)則；調(diào)度考評；死區(qū)平移；蓄能器

0 引言

某發(fā)電廠N1030-25.0/600/600超超臨界汽輪機(jī)組是東方汽輪機(jī)廠在N1000-25.0/600/600機(jī)組基礎(chǔ)上的優(yōu)化改進(jìn)型，是國內(nèi)首次自主技術(shù)創(chuàng)優(yōu)成果。將原來的4個高壓調(diào)閥噴嘴配汽優(yōu)化為2個高壓調(diào)閥帶3%節(jié)流的全周進(jìn)汽。經(jīng)過優(yōu)化，汽輪機(jī)效率得到了提升，但在負(fù)荷響應(yīng)和一次調(diào)頻性能上尚有不足，在當(dāng)前的電力市場考核規(guī)則下考核壓力較大。

機(jī)組的一次調(diào)頻功能由DEH（數(shù)字電流控制系統(tǒng)）、CCS（協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）共同完成。DEH側(cè)將轉(zhuǎn)速差信號經(jīng)轉(zhuǎn)速不等率換算后直接疊加在汽輪機(jī)流量指令上，CCS側(cè)功率回路中的功率指令亦根據(jù)轉(zhuǎn)速不等率進(jìn)行調(diào)頻功率定值補(bǔ)償，且補(bǔ)償?shù)恼{(diào)頻功率定值部分不經(jīng)過速率限制。

通過提高機(jī)組一次調(diào)頻動作與電網(wǎng)要求的同步性以及高壓調(diào)節(jié)閥動作的及時(shí)性，以保證機(jī)組一次調(diào)頻動作正確率和效果，減小考核壓力。

1 一次調(diào)頻相關(guān)考核規(guī)則

1.1 華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則

《華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》（以下簡稱《細(xì)則》）的一次調(diào)頻效果是指：當(dāng)電網(wǎng)頻率超出50±Δfsq（機(jī)組頻率控制死區(qū)）且持續(xù)時(shí)間超過20 s時(shí)，一次調(diào)頻機(jī)組在電網(wǎng)頻率超出50±Δfsq時(shí)段內(nèi)（最大為60 s）的實(shí)際發(fā)電出力與起始發(fā)電出力之差的積分電量（±ΔQsY）占相應(yīng)時(shí)間內(nèi)理論計(jì)算積分電量（±ΔQjY）的比值。一次調(diào)頻動作正確是指：實(shí)際一次調(diào)頻動作方向與電網(wǎng)一次調(diào)頻動作方向一致，也就是如果電網(wǎng)一次調(diào)頻動作要求機(jī)組減出力，且機(jī)組實(shí)際在電網(wǎng)一次調(diào)頻動作時(shí)間段內(nèi)減了出力即為動作正確?！都?xì)則》對一次調(diào)頻主要考核一次調(diào)頻投運(yùn)率、動作正確率以及一次調(diào)頻效果。

對于一次調(diào)頻月正確動作率小于80%的機(jī)組，每月考核電量為：

式中：Q一次調(diào)頻為考核電量；λ動作為機(jī)組一次調(diào)頻月正確動作率；PN為機(jī)組額定容量；t考核為1 h；α一次調(diào)頻為一次調(diào)頻考核系數(shù)，數(shù)值為3。

機(jī)組一次調(diào)頻性能指標(biāo)月平均值DX平均=要求DX平均=達(dá)到60%。

對DX平均小于60%的機(jī)組進(jìn)行考核，每月考核電量為2種情況考核電量之和。

式中：Q1一次調(diào)頻為一次調(diào)頻性能指標(biāo)大于0時(shí)考核電量；Q2一次調(diào)頻為一次調(diào)頻性能指標(biāo)等于0時(shí)考核電量；n為每月電網(wǎng)頻率超出50±Δfsq并持續(xù)時(shí)間超過20 s的次數(shù)；DXi為第i次一次調(diào)頻效果；ΔQjYi為第i次一次調(diào)頻理論計(jì)算積分電量；ΔQsYi為第i次一次調(diào)頻實(shí)際計(jì)算積分電量；α一次調(diào)頻為一次調(diào)頻考核系數(shù)，數(shù)值為3。

從上述分析可以看出：一次調(diào)頻動作正確率大于80%且平均效果大于60%就不會被考核，否則均要被考核。

1.2 浙江電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)發(fā)電廠調(diào)度運(yùn)行管理規(guī)定

《浙江電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)發(fā)電廠調(diào)度運(yùn)行管理規(guī)定》（以下簡稱《調(diào)度考評》）的一次調(diào)頻效果是指：當(dāng)電網(wǎng)頻率超出50±Δfsq且持續(xù)時(shí)間超過20 s，一次調(diào)頻機(jī)組在45 s內(nèi)實(shí)際增量部分的積分電量（±ΔQsY）占相應(yīng)時(shí)間的機(jī)組一次調(diào)頻理論計(jì)算積分電量（±ΔQjY）的比值。

《調(diào)度考評》將考評周期內(nèi)各發(fā)電廠的全廠機(jī)組一次調(diào)頻效果與投運(yùn)率作為獎勵發(fā)電廠次月發(fā)電量計(jì)劃的依據(jù)。計(jì)算公式為：

式中：ADJj為機(jī)組一次調(diào)頻考評電廠次月獎勵計(jì)劃電量；AQJH為所有考評電廠次月總發(fā)電量計(jì)劃；AQJHj為考評電廠次月發(fā)電量計(jì)劃；ADXj為考評周期全廠機(jī)組一次調(diào)頻效果；ADYj為考評周期全廠機(jī)組一次調(diào)頻投運(yùn)率；j為考評電廠的個數(shù)；K%，K3為考核系數(shù)。

從式（4）可以看出對一次調(diào)頻的考評沒有上限，只要低于全網(wǎng)平均效果不論多高都會被考核。

2 一次調(diào)頻動作正確率及效果偏低原因分析

2.1 轉(zhuǎn)速信號對一次調(diào)頻的影響

發(fā)電機(jī)組頻率與電網(wǎng)頻率在并網(wǎng)后是一致的，但是汽輪發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻是依據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)的。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速經(jīng)過測量、變送和傳輸最終送到DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在測量、變送和傳輸過程中的任一環(huán)節(jié)都會產(chǎn)生誤差，使得用于控制的轉(zhuǎn)速信號不能準(zhǔn)確地反映汽輪發(fā)電機(jī)組的頻率，而轉(zhuǎn)速的誤差就會導(dǎo)致機(jī)組一次調(diào)頻動作時(shí)間與調(diào)查考核系統(tǒng)動作時(shí)間不同步，造成一次調(diào)頻動作效果為0或者動作效果不明顯。

如圖1所示，一次調(diào)頻動作前機(jī)組轉(zhuǎn)速略高于電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速，電網(wǎng)頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)速于第9 s時(shí)超出調(diào)頻死區(qū)，要求關(guān)調(diào)門進(jìn)行一次調(diào)頻。而機(jī)組測量轉(zhuǎn)速比電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速高，于第1 s時(shí)就超出調(diào)頻死區(qū)，調(diào)門快速關(guān)小來響應(yīng)調(diào)頻并調(diào)整到位。一次調(diào)頻動作正確判據(jù)為：動作前5 s平均負(fù)荷與動作后時(shí)間段內(nèi)的負(fù)荷比較，若動作方向與電網(wǎng)要求方向一致即為正確，負(fù)荷不變化或者方向相反為不正確，動作效果為0。由圖1可知，在電網(wǎng)要求調(diào)頻動作之前6 s機(jī)組一次調(diào)頻就已經(jīng)調(diào)整到位，導(dǎo)致電網(wǎng)要求動作時(shí)前5 s負(fù)荷平均值與動作后的負(fù)荷將保持一致，根據(jù)考核規(guī)則要求，將考核此次調(diào)頻為動作不正確，調(diào)節(jié)效果為0。

圖1 機(jī)組轉(zhuǎn)速高于電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速對調(diào)頻的影響

如圖2，一次調(diào)頻動作前機(jī)組轉(zhuǎn)速測量值略低于電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速。電網(wǎng)頻率于第2 s超出動作死區(qū)，要求一次調(diào)頻動作，而由于機(jī)組測量轉(zhuǎn)速低于電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速，于第9 s達(dá)到動作死區(qū)，一次調(diào)頻才動作，機(jī)組調(diào)頻實(shí)際動作時(shí)間比電網(wǎng)要求時(shí)間晚了8 s，而這8 s內(nèi)負(fù)荷是不發(fā)生變化的，電網(wǎng)考核的一次調(diào)頻有效時(shí)間將減少8 s，此次一次調(diào)頻效果大幅降低。另外，若兩者轉(zhuǎn)速偏差較大，當(dāng)電網(wǎng)頻率剛剛超出死區(qū)，但機(jī)組測量轉(zhuǎn)速就在動作死區(qū)內(nèi)，將導(dǎo)致一次調(diào)頻不動作，調(diào)節(jié)效果為0。

圖2 機(jī)組轉(zhuǎn)速低于電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速對調(diào)頻的影響

2.2 一次調(diào)頻動作死區(qū)對一次調(diào)頻的影響

華東電網(wǎng)要求一次調(diào)頻死區(qū)為2 r/min，部分技術(shù)人員因?qū)己艘?guī)則不了解，認(rèn)為降低一次調(diào)頻動作死區(qū)，讓一次調(diào)頻提前動作，就能提高一次調(diào)頻動作正確率和效果，但這種做法在《華東區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》下是適得其反的，而且對機(jī)組的安全運(yùn)行造成不良影響。

（1）死區(qū)小于電網(wǎng)要求死區(qū)時(shí)一次調(diào)頻調(diào)節(jié)效果大幅降低甚至降至0。

如圖3所示，由于一次調(diào)頻死區(qū)設(shè)置小于2 r/min，機(jī)組一次調(diào)頻于第10 s開始動作，而電網(wǎng)考核調(diào)頻開始的時(shí)間在第12 s，實(shí)際動作時(shí)間提前于電網(wǎng)考核2 s。提前2 s動作明顯拉低了電網(wǎng)考核前5 s的機(jī)組平均負(fù)荷，也就是降低了電網(wǎng)考核一次調(diào)頻動作區(qū)間的實(shí)際電量變化值，大大降低了一次調(diào)頻動作效果。

圖3 一次調(diào)頻動作于電網(wǎng)考核開始點(diǎn)前2 s對調(diào)頻的影響

如圖4，機(jī)組一次調(diào)頻于第7 s開始動作，而電網(wǎng)考核調(diào)頻開始的時(shí)間在第12 s，實(shí)際動作時(shí)間提前電網(wǎng)考核5 s。提前5 s動作明顯拉低電網(wǎng)考核前5 s的機(jī)組平均負(fù)荷，使得電網(wǎng)考核調(diào)頻開始點(diǎn)前后的負(fù)荷一致，導(dǎo)致一次調(diào)頻效果為0。

圖4 一次調(diào)頻動作于電網(wǎng)考核開始點(diǎn)前5 s對調(diào)頻的影響

（2）降低AGC（自動發(fā)電控制）調(diào)節(jié)精度，增加AGC考核電量。一次調(diào)頻死區(qū)變小，將增加一次調(diào)頻動作次數(shù)。一次調(diào)頻動作影響了AGC正常加減負(fù)荷的速率以及電量，導(dǎo)致AGC調(diào)節(jié)精度下降，增加AGC調(diào)節(jié)精度的考核電量。

2.3 高壓調(diào)門調(diào)節(jié)速度對一次調(diào)頻的影響

該機(jī)組配置2個高壓調(diào)節(jié)門，每個高壓調(diào)節(jié)門配1臺油動機(jī)和操縱座。通過伺服閥升高油動機(jī)下腔室油壓，克服彈簧壓力，實(shí)現(xiàn)閥門開大。通過伺服閥降低油動機(jī)下腔室油壓，在彈簧作用力下實(shí)現(xiàn)閥門關(guān)小。

由于一次調(diào)頻動作時(shí)間比較短，調(diào)門的開關(guān)快慢直接影響了一次調(diào)頻動作的效果，也決定了一次調(diào)頻動作的成敗。因此，提高伺服閥的質(zhì)量，提高調(diào)閥彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)和調(diào)閥前液壓油壓力有助于改善一次調(diào)頻效果。

3 優(yōu)化措施

3.1 提高機(jī)組一次調(diào)頻動作時(shí)刻與電網(wǎng)要求動作時(shí)刻的吻合度

一次調(diào)頻死區(qū)設(shè)置與電網(wǎng)要求不一致將導(dǎo)致機(jī)組一次調(diào)頻動作與電網(wǎng)要求時(shí)間不同步，因此嚴(yán)格按照電網(wǎng)一次調(diào)頻動作要求死區(qū)（2 r/min）設(shè)定將避免因死區(qū)引起的不同步動作。

測量、變送和傳輸引起的轉(zhuǎn)速誤差不可能完全消除，但是可以通過平移機(jī)組一次調(diào)頻動作死區(qū)來提高機(jī)組調(diào)頻動作與電網(wǎng)要求的同步性。具體實(shí)現(xiàn)方法是核對電網(wǎng)一次調(diào)頻動作時(shí)機(jī)組的轉(zhuǎn)速，測定出機(jī)組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)速之間的差值，在一次調(diào)頻的死區(qū)上疊加上該差值。

通過校對1 000次一次調(diào)頻動作時(shí)網(wǎng)頻與機(jī)頻的差值，發(fā)現(xiàn)該發(fā)電廠2臺機(jī)組電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速與機(jī)組轉(zhuǎn)速存在如表1所示關(guān)系。

表1 機(jī)組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速偏差

根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)速與電網(wǎng)頻率對應(yīng)轉(zhuǎn)速差，結(jié)合電網(wǎng)對一次調(diào)頻死區(qū)要求，可設(shè)定機(jī)組一次調(diào)頻動作死區(qū)，如表2所示。

表2 平移死區(qū)后的一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速上下限值r/min

3.2 提高調(diào)門響應(yīng)速度

提高調(diào)門開啟速度，關(guān)鍵在于提高高壓調(diào)閥前的液壓油壓力。主要措施包括：在保證設(shè)備可靠的前提下盡量提高抗燃油系統(tǒng)壓力、增加蓄能器以及選擇優(yōu)質(zhì)伺服閥。

一般抗燃油系統(tǒng)安裝位置與高調(diào)閥都有一定距離，由于一次調(diào)頻是瞬時(shí)動作，動作后抗燃油系統(tǒng)壓力下降，靠近油動機(jī)附近的抗燃油管路壓力下降會更多?？靠谷加捅弥匦麓驂簳r(shí)間有所滯后，因此增加一定數(shù)量的蓄能器將能保證在一次調(diào)頻動作期間有較高的抗燃油壓力，并且蓄能器安裝位置距離高調(diào)閥油動機(jī)越近效果越好。提高調(diào)門關(guān)閉速度主要是提高彈簧的彈力，根據(jù)實(shí)際情況可以通過增加墊片等方式提高彈簧的彈力，以保證一次調(diào)頻動作時(shí)調(diào)門關(guān)閉的及時(shí)性。另外，為提高高調(diào)閥的響應(yīng)速度，選用優(yōu)質(zhì)的伺服閥也是非常必要的，優(yōu)質(zhì)的伺服閥能保證高調(diào)閥及時(shí)準(zhǔn)確調(diào)整到位。

該發(fā)電廠1，2號機(jī)組增裝蓄能器后一次調(diào)頻動作正確率分別提高了0.08和0.05，一次調(diào)頻效果提高了0.5和0.3，取得了良好的效果，驗(yàn)證了提高高壓調(diào)閥動作速率對提高一次調(diào)頻性能的積極作用。

4 結(jié)論

通過優(yōu)化與調(diào)整，2臺機(jī)組的一次調(diào)頻動作正確率和調(diào)頻效果得到大幅提升，正確率由原來的70%左右提高到80%左右，按《細(xì)則》中的考核指標(biāo)計(jì)算，調(diào)頻效果由1.0左右提升到1.4左右，按《調(diào)度考評》計(jì)算調(diào)頻效果由0.8提升到1.0左右。

[1]張永軍，陳波.火電機(jī)組一次調(diào)頻性能分析及優(yōu)化[J].浙江電力，2010，29（9）:31-35.

[2]張寶.浙江電網(wǎng)火電機(jī)組一次調(diào)頻功能的應(yīng)用[J].華東電力，2007，35（3）:55-59.

[3]盧勇，賀翔飛，劉友寬，等.云南電網(wǎng)一次調(diào)頻試驗(yàn)工作現(xiàn)狀及策略分析[J].中國電力，2006，39（11）:42-45.

（本文編輯：張 彩）

Analysis and Optimization of Primary Frequency Regulation Performance of 1 030 MW Unit

YIN Zhaoguang
（Zhejiang Zheneng Zhoushan Coal-fired Power Generation Co.，Ltd.，Zhoushan Zhejiang 316131，China）

The paper analyzes the property of a plant unit and evaluation rules for current electric power market as well as the influencing factors of primary frequency regulation of units.The difference between unit rotation speed and rotation speed corresponding to grid frequency affects the primary frequency regulation.By translation of the dead zone of primary frequency regulation speed，anastomosis between unit rotation speed and power frequency corresponding speed is improved to ensure that unit primary frequency synchronizes with grid requirements.The paper analyzes the impact of the dead zone size on primary frequency and presents an optimum of 2 r/min；By analyzing the effect of the high-pressure regulating valve on primary frequency regulation，the paper suggests equipping accumulator and improving the anti-fuel oil pressure to improve the timeliness of the high-pressure adjustment valve operation.Through these improvements，the correctness and effect of the primary frequency regulation are improved，and the evaluation is reduced.

primary frequency regulation；details；scheduling evaluation；dead-zone translation；accumulator

TM621.3

：B

：1007-1881（2016）07-0053-04

2016-05-05

殷兆廣（1981），男，助理工程師，主要從事火電廠運(yùn)行管理。