恒运电厂一次调频分析与优化

刘俊奕

（广州恒运企业集团股份有限公司，广州 510730）

0 引言

随着电网容量的增大、电网结构的日益复杂以及用户用电结构的多样性，电力系统一次调频功能以其快速、实时的优势越发显现其重要性。机组一次调频的投入是稳定系统频率的一项重要技术措施，对于实现电网发电自动调度、提高电能质量、维持电网安全稳定运行能够起到重要作用［1］。特别是在电力系统突然发生大的有功缺额时，通过发电机组的一次调频作用可以缩短电网频率波动的过渡时间和减少频率的偏差，能有效稳定动态过程中电网频率［2］［3］。我国各大区域电网运营商越来越重视并网发电机组的一次调频效能，并先后出台了要求较高的一次调频性能考核管理规定。规定指出:“并网发电厂均具备一次调频功能并投入运行”，“一次调频正确动作率按机组考核”。对于一次调频月正确动作率低下，造成较多的电量考核，不仅给企业带来经济损失，而且无法保证电网稳定运行。为此，我们对恒运电厂一次调频动作情况进行长时间的跟踪分析，找出一次调频正确动作率低下的原因，并提出整改优化方案。经过一段时间的调整，该厂一次调频正确动作率有了大副度的提高，满足了“两个细则”的要求。

1 恒运电厂一次调频的现状

1.1 机组概况

恒运电厂在役共有D厂2×300MW和C厂2×210MW四台机组。锅炉均为亚临界、中间再热、自然循环汽包炉，制粉输送系统都采用中速磨直吹式形式;D厂汽机型号是N300-167(170)-537/537，高中压缸合缸、双缸双排汽。可中压缸启动，电液调节汽轮机。C厂汽机型号是N210-12.7-535/535，为超高压、中间再热、单轴、三缸双排汽电液调节汽轮机。机组的控制系统采用新华XDSP400。

1.2 一次调频控制策略

恒运电厂一次调频采用功率回路(CCS)+调速侧前馈(DEH)的控制策略［4］。其中:DEH是执行级，有差，开环调节，保证调频快速性;CCS为校正级，无差、闭环调节，保证调频的持续性和精度。为了保证调节品质，一次调频的转速信号及功率信号均做了三取中值处理，由DEH及CCS系统共用，保证了两侧信号判断的一致性。

DEH侧调频逻辑如图1所示。

图1 DEH侧一次调频逻辑图

由额定转速与三取中后的实际转速相减，得出转差信号，经GAP死区运算后，乘以转速不等率G，得出机组调频功率增量，再乘以主汽压力修正信号(额定汽压/实际汽压)，经LIM调频幅度限制后，形成调频阀位控制信号，直接叠加在阀位控制指令上，使调门动作，满足调频的快速性。

CCS侧调频逻辑如图2所示。

图2 CCS侧一次调频逻辑图

转差信号通过函数发生器FG转换成对应的调频功率，经速率限制RL，及调频幅度限制后，叠加到机组负荷指令上，形成最终的实际负荷指令，确保调频的指令和控制精度。一次调频主要参数有:

一次调频死区:±2r/min(0.034Hz);转速不等率:δ=5%;

一次调频负荷上限:+20MW;一次调频负荷下限:+20MW。

1.3 存在的问题

在“两个细则”试运过程中，系统统计我厂一次调频正确动作率不高，无法满足电网基本要求，存在如下问题［5］:

(1)系统频率变化越过一次调频动作死区时，CCS指令不动作，机组负荷不动作;

(2)系统频率变化越过一次调频动作死区时，CCS指令动作正确，DEH综合阀位动作正确，但机组负荷动作过于迟缓;

(3)电网频率与汽轮机转速信号有不一致的时刻，使机组调频动作早于或晚于系统统计的动作时刻。

2 恒运电厂一次调频分析

FG的参数见表1。

表1 FG的参数

根据实际运行反映的问题，调用各个机组实时曲线进行分析，发现以下问题。

2.1 DEH及CCS逻辑参数设计不匹配

通过逻辑分析发现，DEH侧的逻辑为:转差经死区运算后乘以转速不等率，然后叠加到综合阀位指令中。这种信号是带阶跃响应的有差调节，而CCS侧的FG参数无阶跃响应。例如:当死区为±2转，即转速为3003转时，DEH侧调3转负荷，而CCS调1转负荷;当系统频率越过一次调频死区后，DEH叠加到机组的一次调频功率大于CCS的调频功率，使系统产生功率反调现象，如图3所示。

2.2 汽机调门流量特性曲线不合适

图3 CCS与DEH一次调频反调曲线

由于汽轮机的机械功率正比于其进汽流量，而进汽流量又正比于蒸汽压力与进汽阀门有效开度之积。因此，当机组定压运行时，增加进汽阀的有效开度，即可增加机组功率。通过对“调频过程中综合阀位动作正确，而机组负荷不动作”的情况进行分析，发现这种情况大多发生在机组负荷较高时，此时GV1、GV2已经全开，应由GV3动作涨负荷，但由于GV3预启阀行程过大，造成GV3虽然动作，但实际进汽量并未增加，负荷不动作。

2.3 高负荷时机组蓄热较小，且升降负荷工况不一致

一次调频的本质是利用锅炉的蓄热，通过汽轮机调门的快速响应来实现的。由于高负荷时，锅炉蓄热不能满足调频的能量需求，因此在高负荷段功率对调门的响应过于迟缓。通过试验发现，在高负荷段，机组升/降负荷的热力参数存在很大的差异。

实验在尽量保证机组燃烧、主汽压力稳定的情况下，强制综合阀位，使机组从195MW降至190MW，再从190MW升至195MW，实验数据如表2所示。

表2 实验数据

从表2数据中可以看出，降负荷过程中主汽压力上升不明显，单位综合阀位值降负荷能力较大;但在升负荷过程中主汽压力下降明显，单位综合阀位值升负荷能力较小。这表明同一负荷点，机组调频负荷在不同方向所对应的综合阀位变化值不同。再者，由于综合阀位对应的负荷曲线是非线性的，相同的调频负荷在不同负荷点对应的综合阀位值也不同。所以，在调频逻辑中，升负荷与降负荷过程应分别处理，且应引入负荷修正曲线。

2.4 反馈、测量信号误差大

恒运电厂实发功率反馈信号是三个功率变送器送至DEH系统，三取中判断后再由DEH通过硬接线送至CCS，其间经过了DEH的AO和CCS的AI硬通道。检查发现，实发功率信号由DEH系统送至CCS系统后，其数值偏低了0.6MW，造成CCS系统调节存在偏差，影响一次调频品质。

另外，核对了网频与机组转速的一致性。由于恒运电厂转速采集卡的精度是±1转，这对一次调频来说，±2转的调频死区存在着问题:当转速为3002.4转时，采集卡只认为是3002转，当转速到3002.5时，则认为是3003转。这样往往出现其中一侧已经满足一次调频动作条件，而另一侧还没有触发一次调频的现象，从而影响了调频效果。

3 对一次调频进行优化

针对以上发现的问题，采用以下措施对DEH/CCS侧调频逻辑进行优化，如图4所示。

图4 恒运电厂一次调频控制系统优化方框图

(1)加入动态补偿环节。在CCS侧的一次调频修正量后加入一个对象动态补偿环节(图4虚框部分)，再引至功率调节回路。引入该惯性环节目的是补偿发电机组滞后，且此补偿环节理论上等同于发电机组的滞后环节［5］。这样可以使功率控制器入口的有功功率的设定值与发电机组功率同步变化，确保控制器的输出Ref不至于因一次调频作用而产生过调或反调。

(2)加入转速修正。我们在转速三取中值后，加一转速修正偏置，修正后的转速f0减额定转速f0形成的转速信号Δf代表频差，由DEH和 CCS共用，以确保机组与网频一致。

(3)调频升负荷与降负荷采用不同的修正系数。对调频升负荷与降负荷加了不同函数f(x)修正，并经过动态补偿，修正升/降负荷时所对应综合阀位值不同的问题。

此外，还对个别机组的GV3的阀门流量特性曲线做了修改，减小了调门预启的行程，增强了机组负荷对调门的响应能力。

经过逻辑优化及参数整定，机组的一次调频能力有了很大幅度的提高，如图5所示。在“两个细则”系统考核中电量考核有了大幅下降，保证了企业经济效益免受损失。

图5 优化后一次调频动作机组功率与频差曲线

4 结束语

电力系统一次调频在电网突发大负荷变化时，能够起到快速地提供有功功率支援、减少二次调频动作、稳定电网频率的作用。但影响一次调频动作的因素很多，对一次调频参数优化是一个长期动态的过程，要经过长时间不断的跟踪才能达到理想的效果，达到保证电网安全的目的。

［1］ 李家川.基于机理建模的超临界机组一次调频的研究［D］.保定:华北电力大学，2008.

［2］ 广东省电力调度中心.广东电网一次调频与AGC优化控制策略研究项目、研究报告［R］.广州:广东省电力调度中心，2006.

［3］ 文学，张昆.南方电网一次调频现状研究［J］.南方电网技术，2008，(3).

［4］ 韩富春.电力系统自动化技术［M］.北京:水利电力出版社，2003.

［5］ 于达仁，郭钰锋.电网一次调频能力的在线估计［J］.中国电机程学报，2004，(3).