1 000 MW超超臨界火電機(jī)組一次調(diào)頻控制與應(yīng)用

0 引言

隨著中國(guó)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，新能源發(fā)電機(jī)組的占比在逐步增加，新能源對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行也帶來(lái)了一定的影響，迫使火電機(jī)組面臨更加嚴(yán)格的調(diào)峰調(diào)頻和節(jié)能減排要求。一次調(diào)頻對(duì)保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高電能質(zhì)量、迅速消除由于電網(wǎng)負(fù)荷變化或故障引起的頻率波動(dòng)非常重要，因此，火電機(jī)組都在進(jìn)一步提高一次調(diào)頻能力，通過合理的控制策略及參數(shù)設(shè)置，確?；痣姍C(jī)組既能滿足電網(wǎng)頻率的快速響應(yīng)，又能滿足機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 火電廠一次調(diào)頻基本原理和重要參數(shù)

火電機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在50 Hz，機(jī)組轉(zhuǎn)速3 000 rpm，此時(shí)機(jī)組總功率正好等于用戶的總耗電量。當(dāng)用戶負(fù)荷變化或電網(wǎng)故障引起頻率變化時(shí)，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)快速動(dòng)作，改變負(fù)荷以減小電網(wǎng)頻率變化，這一過程稱為一次調(diào)頻。

衡量一次調(diào)頻的參數(shù)有

：

用戶通過本應(yīng)用全面、詳實(shí)的了解想去的景點(diǎn)的特色美景與文化故事，增加文化之間的交流。同時(shí)經(jīng)過APP的推廣，游客通過APP享受的服務(wù)包括：語(yǔ)音解說(shuō)、地圖導(dǎo)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(kuò)大旅游市場(chǎng)，吸引幫助人才發(fā)展，帶動(dòng)景點(diǎn)及周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1.1 機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率

機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率是指機(jī)組在控制系統(tǒng)給定值不變的情況下，機(jī)組功率從滿負(fù)荷至空負(fù)荷對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化量與額定轉(zhuǎn)速的比值，通常以百分?jǐn)?shù)表示，見式（1）。

控制了技術(shù)轉(zhuǎn)移與擴(kuò)散對(duì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的效果后，兩組技術(shù)進(jìn)步與金融結(jié)構(gòu)的交叉系數(shù)方向一致，其中一組結(jié)果在5%置信程度上顯著為正，表明適宜的金融結(jié)構(gòu)(特別是金融市場(chǎng)的占比)總是能通過技術(shù)創(chuàng)新對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)產(chǎn)生正向的促進(jìn)作用。這種促進(jìn)一方面通過緩解企業(yè)的融資約束，促進(jìn)實(shí)體企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)和研發(fā)投入，提高技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)出；另一方面則通過有效的金融資源配置，激勵(lì)“企業(yè)家精神”創(chuàng)建更高效率的新興企業(yè)，從而促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新加快進(jìn)入生產(chǎn)應(yīng)用，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的高度化。

式中，

：機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率；n

：汽輪機(jī)空負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)速；n

：汽輪機(jī)滿負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)速；n

：汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速。

如圖1所示，一次調(diào)頻動(dòng)作前前20 s機(jī)組實(shí)際負(fù)荷平均值為798 MW，一次調(diào)頻觸發(fā)后，頻率降至49.9 Hz（此時(shí)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速偏差為6 rpm），1號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻及其他設(shè)備響應(yīng)如下：

1.2 功率補(bǔ)償量

機(jī)組一次調(diào)頻的理論功率補(bǔ)償量（ΔP）是由機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率δ和電網(wǎng)頻率偏差（可轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速偏差Δn）計(jì)算出來(lái)的，見式（2）。

式中，

：汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速；

P

：機(jī)組額定功率；Δn：轉(zhuǎn)速偏差（轉(zhuǎn)速偏差Δn計(jì)算時(shí)應(yīng)減去2轉(zhuǎn)的死區(qū)）。

由式（2）可知，對(duì)承擔(dān)基本負(fù)荷功能的機(jī)組（如核電等），轉(zhuǎn)速不等率

應(yīng)大一些，以當(dāng)電網(wǎng)頻率變化時(shí)對(duì)其功率的影響較小，保證機(jī)組在經(jīng)濟(jì)工況下穩(wěn)定運(yùn)行；而對(duì)承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻的機(jī)組(如火電機(jī)組等)，轉(zhuǎn)速不等率應(yīng)小一些，功率補(bǔ)償量盡量大一些，以便電網(wǎng)頻率變化時(shí)能及時(shí)響應(yīng)，維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 遲緩率

機(jī)組的遲緩率是指由于調(diào)速器、傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)和配汽機(jī)構(gòu)部件間的摩擦、間隙等原因使輸入信號(hào)與輸出信號(hào)之間存在遲緩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象作用于控制系統(tǒng)使其在一定轉(zhuǎn)速變化范圍內(nèi)機(jī)組功率不變。遲緩率ε用公式（3）計(jì)算。

式中，

：汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織地理信息技術(shù)委員會(huì)（CEN/TC 287）負(fù)責(zé)歐洲范圍內(nèi)的數(shù)字地理信息標(biāo)準(zhǔn)化工作，研制結(jié)構(gòu)化的標(biāo)準(zhǔn)與指南框架，規(guī)定地理數(shù)據(jù)與服務(wù)的定義、描述和轉(zhuǎn)換方法。

1.4 一次調(diào)頻死區(qū)

一次調(diào)頻性能指標(biāo)是以每月機(jī)組一次調(diào)頻效果的算術(shù)平均值作為機(jī)組一次調(diào)頻性能指標(biāo)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(yīng)該有一個(gè)使命和目的，那就是要追求成為一個(gè)優(yōu)秀的人，而優(yōu)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(zhì)得到良好塑造并能夠發(fā)揮其功能的人，也即獲得了各種美德的人，而幸?！霸谟诤系滦缘膶?shí)現(xiàn)活動(dòng)”[1](P305)，所以培養(yǎng)了完整美德的人將能過上優(yōu)美而高尚的生活。而我們研究政治學(xué)，就是為了給人們?nèi)绾潍@得好生活提供指導(dǎo)，于是，“希望自己有能力學(xué)習(xí)高尚[高貴]公正即學(xué)習(xí)政治學(xué)的人，必須有一個(gè)良好的道德品性?！盵1](P10)

1.5 響應(yīng)滯后時(shí)間

電網(wǎng)頻率變化達(dá)到一次調(diào)頻動(dòng)作值直至機(jī)組負(fù)荷開始變化所需的時(shí)間稱為一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間，一般小于3 s。

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

1.6 穩(wěn)定時(shí)間

一次調(diào)頻過程中電網(wǎng)頻率穩(wěn)定后，機(jī)組負(fù)荷達(dá)到穩(wěn)定所需時(shí)間為一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間，應(yīng)小于60 s，機(jī)組協(xié)調(diào)系統(tǒng)（CCS）或自動(dòng)發(fā)電（AGC）運(yùn)行時(shí)，應(yīng)剔除負(fù)荷指令變化因素。

2 電網(wǎng)一次調(diào)頻考核要求

2.1 兩個(gè)細(xì)則對(duì)火電機(jī)組一次調(diào)頻考核分析

根據(jù)華東電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則的要求，火電機(jī)組（包括燃機(jī)）一次調(diào)頻限幅應(yīng)不小于6%的額定容量。一次調(diào)頻考核觸發(fā)條件為：電網(wǎng)頻率偏差超過0.033 Hz（即轉(zhuǎn)速偏差2 rpm）持續(xù)時(shí)間超過20 s；電網(wǎng)頻率偏差超過0.05 Hz（轉(zhuǎn)速偏差3 rpm）持續(xù)時(shí)間超過5 s。

考核細(xì)則如下

：

1）機(jī)組不具備一次調(diào)頻功能時(shí)，考核費(fèi)用按照公式（4）計(jì)算

即月度考核電量為該機(jī)組當(dāng)月發(fā)電量的0.1%。

2）機(jī)組具備一次調(diào)頻功能但未投運(yùn)時(shí)，考核費(fèi)用按照公式（5）計(jì)算

3）機(jī)組投運(yùn)一次調(diào)頻但一次調(diào)頻性能指標(biāo)月均值小于60%時(shí)，考核為：

當(dāng)∣60%*理論電量∣-∣實(shí)際電量∣＞0時(shí)，按公式（6）計(jì)算

當(dāng)性能指標(biāo)∣60%*理論電量∣-∣實(shí)際電量∣=0時(shí)，按公式（7）計(jì)算

針對(duì)電網(wǎng)出現(xiàn)大頻差（轉(zhuǎn)速偏差6 rpm以上）波動(dòng)，上述兩項(xiàng)策略提供的負(fù)荷增量已無(wú)法很好地滿足最新細(xì)則要求時(shí)，可考慮切除5、6號(hào)低加，如仍無(wú)法滿足要求，可考慮切除高加，但會(huì)犧牲機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性并帶來(lái)一定的擾動(dòng)。

一次調(diào)頻死區(qū)是指系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速附近時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)速的不靈敏區(qū)。為了在電網(wǎng)頻率變化較小時(shí)提高機(jī)組穩(wěn)定性，一般在電調(diào)系統(tǒng)設(shè)置±2 rpm的頻率死區(qū)。

綜上所述，一套較為全面的一次調(diào)頻控制方案基本能覆蓋電網(wǎng)一次調(diào)頻需求。

2.2 火電機(jī)組一次調(diào)頻考核分析

由考核細(xì)則中計(jì)算公式可知，機(jī)組在電網(wǎng)頻率超出50±Δf

(機(jī)組頻率控制死區(qū))20 s至60 s區(qū)間內(nèi)響應(yīng)一次調(diào)頻的實(shí)際積分電量要達(dá)到理論電量的60%以上。目前大多數(shù)機(jī)組都具備了一次調(diào)頻功能，且能正常投運(yùn)，但響應(yīng)不及時(shí)或在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未達(dá)到相應(yīng)電量而被考核的情況卻時(shí)常發(fā)生。

多數(shù)情況下是電網(wǎng)觸發(fā)低頻，一次調(diào)頻要求機(jī)組增加負(fù)荷，少數(shù)情況下電網(wǎng)頻率偏高，發(fā)電機(jī)組需降負(fù)荷，此時(shí)短時(shí)間內(nèi)關(guān)小汽輪機(jī)調(diào)門是最有效的手段，此策略需分析調(diào)門流量特性，適當(dāng)降低調(diào)門閥限。

3 火電機(jī)組一次調(diào)頻優(yōu)化策略

基于一次調(diào)頻動(dòng)作原理和考核細(xì)則可看到一次調(diào)頻的重要和改進(jìn)方向，并以此為出發(fā)點(diǎn)，優(yōu)化一次調(diào)頻控制策略，并定期試驗(yàn)。超超臨界火電機(jī)組一次調(diào)頻的優(yōu)化可從以下幾方面入手：

3.1 凝結(jié)水調(diào)頻優(yōu)化

為減少汽輪機(jī)調(diào)門處的節(jié)流損失，很多1 000 MW火電機(jī)組采用了CTF調(diào)門全開方式運(yùn)行，但由于直流鍋爐蓄熱能力較汽包爐差，響應(yīng)速度無(wú)法滿足一次調(diào)頻需求。通過及時(shí)調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，可以一定程度地影響5、6號(hào)低壓加熱器的抽汽量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)功率的快速提高，參考值為5～8 MW。

此優(yōu)化對(duì)凝水調(diào)門要求較高，要求凝水調(diào)門的調(diào)節(jié)開度和動(dòng)作時(shí)長(zhǎng)控制在合理范圍內(nèi)，避免凝汽器水位或除氧器水位超限、凝結(jié)水壓力過低等不良影響。

3.2 補(bǔ)汽閥調(diào)頻優(yōu)化

目前上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超超臨界機(jī)組采用了補(bǔ)汽閥。據(jù)調(diào)查，補(bǔ)汽閥開度大于20%時(shí)可能會(huì)造成高壓缸前后軸承振動(dòng)增大，說(shuō)明該技術(shù)還存在一定的缺陷，但開度小于20%時(shí)仍能正常使用。廠家資料顯示，補(bǔ)汽閥全開可在短時(shí)間內(nèi)增加5%～10%的蒸汽，增加機(jī)組出力3%～5%。

3.3 高、低加切除調(diào)頻優(yōu)化

(4)目前，電滲析法除鹽設(shè)備需要有專人操作，在自動(dòng)化方面還有待進(jìn)一步改進(jìn)和完善，以適應(yīng)裝置連續(xù)運(yùn)行的需要。

中國(guó)-東盟“海上聯(lián)演-2018”的參演兵力，包括8艘艦船、3架直升機(jī)和約1200名官兵。其中，中國(guó)南部戰(zhàn)區(qū)海軍派出導(dǎo)彈驅(qū)逐艦廣州艦、導(dǎo)彈護(hù)衛(wèi)艦黃山艦、綜合補(bǔ)給艦軍山湖艦參演，東盟各國(guó)參演兵力有新加坡海軍“忠誠(chéng)號(hào)”護(hù)衛(wèi)艦、文萊皇家海軍“達(dá)魯塔克瓦號(hào)”巡邏艦、泰國(guó)皇家海軍“達(dá)信號(hào)”護(hù)衛(wèi)艦、越南海軍“陳興道號(hào)”護(hù)衛(wèi)艦和菲律賓海軍“達(dá)古潘市號(hào)”后勤支援艦。柬埔寨、印度尼西亞、馬來(lái)西亞、緬甸等國(guó)家派出觀察員參演。東盟各國(guó)還派出觀摩團(tuán)，視察演習(xí)岸基聯(lián)合指揮部、聽取演習(xí)情況匯報(bào)、參觀中國(guó)艦艇。

3.4 汽輪機(jī)調(diào)門動(dòng)作

由于各種原因，電網(wǎng)在每天的實(shí)際運(yùn)行過程中小頻差動(dòng)作時(shí)有發(fā)生，機(jī)組一方面要響應(yīng)AGC負(fù)荷指令，另一方面又要確保一次調(diào)頻正常投入。有機(jī)組在兩者同時(shí)動(dòng)作時(shí)沒有在控制回路中設(shè)置反向閉鎖而被考核，通常一次調(diào)頻的優(yōu)先級(jí)要高于AGC。

上述公式中，F(xiàn)：考核費(fèi)用，W：發(fā)電量，K：考核系數(shù)0.001（火電機(jī)組），

一次調(diào)頻考核系數(shù)1.5，

：機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)，P

：額定功率，t：未投運(yùn)小時(shí)數(shù)（不包含調(diào)度發(fā)令退出時(shí)間），

：對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速偏差2 rpm時(shí)為1、3 rpm為15、4 rpm為30。

4 火電機(jī)組一次調(diào)頻實(shí)際動(dòng)作情況

以下為某電廠1 000 MW火電機(jī)組在控制策略優(yōu)化后對(duì)電網(wǎng)大頻差情況的實(shí)際響應(yīng)。

當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障或發(fā)電機(jī)出口開關(guān)跳閘使負(fù)荷甩到零時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速先飛升再下降，然后逐步穩(wěn)定，該現(xiàn)象稱為“動(dòng)態(tài)飛升”。轉(zhuǎn)速不等率越大，汽輪機(jī)超速的危險(xiǎn)性也越大。

例如，為使學(xué)生正確理解電場(chǎng)線、場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)差之間的關(guān)系，教師在短視頻中要求學(xué)生牢記以下內(nèi)容：(1)電場(chǎng)線從正電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)處發(fā)出，到負(fù)電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)處結(jié)束.(2)電場(chǎng)線越密，場(chǎng)強(qiáng)越大，粒子受到的電場(chǎng)力越大；(3)非勻強(qiáng)電場(chǎng)中場(chǎng)強(qiáng)越大，電勢(shì)差越大.在視頻結(jié)尾，教師給出以下題目，要求學(xué)生思考解答：

1）電網(wǎng)頻率下降超過2 rpm時(shí)，凝結(jié)水節(jié)流參與一次調(diào)頻，凝水主調(diào)閥快速關(guān)?。?/p>

認(rèn)識(shí)到教學(xué)內(nèi)容的價(jià)值，就要將這些有思維價(jià)值的內(nèi)容在教學(xué)中發(fā)揮作用，讓其落實(shí)在課堂中，體現(xiàn)出生命力，那就必須理解教學(xué)．只有理解了教學(xué)，才能設(shè)計(jì)出好的數(shù)學(xué)活動(dòng)，通過這些活動(dòng)，數(shù)學(xué)內(nèi)部的育人價(jià)值得以生存，并能放大，數(shù)學(xué)的活動(dòng)才真正的有意義，才能使學(xué)生真正感受到數(shù)學(xué)的力量，也只有通過這些活動(dòng)，數(shù)學(xué)才不會(huì)是紙上談兵，借題發(fā)揮的空洞學(xué)科．

2）電網(wǎng)頻率下降超過4 rpm時(shí)，補(bǔ)汽閥輔助一次調(diào)頻動(dòng)作，補(bǔ)氣閥開至上限20%；

吉爾金娜是學(xué)藝術(shù)的，渾身上下都散發(fā)著濃濃的藝術(shù)細(xì)胞，比如說(shuō)走路的姿式，一扭一扭的，標(biāo)準(zhǔn)的模特步，就連燒飯也是用藝術(shù)的肢體語(yǔ)言，那手臂伸得很長(zhǎng)，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(huì)神，時(shí)不時(shí)的望著吉爾金娜扭來(lái)晃去呆呆的發(fā)愣，也許是天下的女人都愿意讓男人欣賞的吧，當(dāng)江大亮夸獎(jiǎng)吉爾金娜姿態(tài)優(yōu)美的時(shí)候，吉爾金娜就露出孩子般的笑容，就奮不顧身地?fù)涞浇罅恋膽牙飺肀е?，親吻著，弄得江大亮一點(diǎn)思想準(zhǔn)備也沒有。

3）電網(wǎng)頻率下降超過5 rpm時(shí)，低加參與一次調(diào)頻，5、6號(hào)低加汽源快速切除，即5、6號(hào)低加切除。

同時(shí)，鍋爐主控、給水流量同步增加，實(shí)際負(fù)荷增加。

機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)配置見表1。

本次動(dòng)作60 s，實(shí)際出力31.95 MW，幅度達(dá)理論值的95%，響應(yīng)及時(shí)有效。

沙溝內(nèi)地形陡峻，分布中志留系統(tǒng)韓家店組頁(yè)巖，巖性軟弱、風(fēng)化強(qiáng)烈，為區(qū)域易滑地層，溝內(nèi)滑坡、崩塌、坍塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象十分發(fā)育(圖2)，為泥石流的形成提供了豐富的松散固體物質(zhì)來(lái)源。經(jīng)野外勘查，溝內(nèi)共有滑坡2個(gè)，崩滑體10個(gè)，崩滑堆積物源總量8.31×104 m3；溝內(nèi)還堆積了豐富的溝道沖洪積體，體積2×104 m3，坡面強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖體積11×104m3。物源總量為21.31×104 m3，其中可參與泥石流活動(dòng)的動(dòng)儲(chǔ)量為10.2×104 m3(表2)。

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

上述案例證明，高負(fù)荷工況下采用凝水、補(bǔ)汽閥和低加等組合策略分段響應(yīng)一次調(diào)頻能使超超臨界火電機(jī)組較好地滿足最新考核。值得注意的是，在低負(fù)荷工況下，由于5、6號(hào)低壓加熱器抽汽量減少，凝水調(diào)頻效果會(huì)有所降低，小頻差動(dòng)作時(shí)依然有被考核的風(fēng)險(xiǎn)。

5 總結(jié)和展望

在“雙碳”目標(biāo)下，新能源發(fā)展已成必然，火電機(jī)組要在市場(chǎng)中生存就必須節(jié)能減排，更好地發(fā)揮供電穩(wěn)定和調(diào)峰調(diào)頻的優(yōu)勢(shì)。本文提出的一次調(diào)頻優(yōu)化組合對(duì)同類型機(jī)組的推廣具有一定的意義，為電力能源供應(yīng)和能源轉(zhuǎn)型提供更多的支持和保障。

［1］劉靜.超超臨界機(jī)組一次調(diào)頻控制策略優(yōu)化及應(yīng)用［J］.山西焦煤科技，2021(11):37-40.

［2］GB/T 30370-2013火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)及性能驗(yàn)收導(dǎo)則.

［3］GB/T 31464-2015電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則.