火电机组一次调频特性探讨

范华一

(国网能源哈密煤电有限公司,新疆哈密 839000)

火电机组一次调频特性探讨

范华一

(国网能源哈密煤电有限公司,新疆哈密 839000)

随着国家电网中大容量机组的数量不断增加,国内电网结构也不断改变,维护电网的稳定性具有重要的现实意义。电网频率是衡量电能质量的主要标准之一,是电网稳定的基础,在实际应用中,火电机组一次调频特性的优劣对维持电网频率的稳定具有重要作用。本文就是在介绍火电机组一次调频概念的基础上,对火电机组一次调频的参数和特性进行了分析。

火电机组 一次调频 特性

1 一次调频概述

所谓一次调频[1]，指在火电机组并入电网且参与运行时，由于受到外界作用导致电网频率不平衡，电网中各机组随电网频率变化情况，其调速系统通过一次调频提高或降低机组功率，以使电网频率恢复平衡的过程。需要说明的是，电网频率的变化程度仅限一定范围内。一次调频具有频率调节快捷方便特点，但由于受整体发电机组制约，其调整量受限。

2 一次调频的主要参数

影响火电机组的一次调频性能的因素较多[2-4]，主要从以下几个指标的设置方面进行分析：(1)速度变动率σ，作为调节系统中最重要的指标，主要反映机组一次调频的能力。依据自动调节原理，速度变动率σ近似于调节系统中比例带，既反映了一次调频能力又反映了系统的稳定性。一般情况下，机组对电网调频的能力随着速度变动率σ值增大而越弱，而机组稳定性越强；相反，机组对电网调频的能力随着速度变动率σ值减小而越强，而机组稳定性越弱。对承担基本负荷机组而言，速度变动率σ值设置较大，以降低电网周波变化对机组功率的影响，从而维持机组能够长期稳定运行。对承担尖峰负荷机组而言，速度变动率σ值设置较小，以分担部分由于电网周波变化引起的负荷。通常情况下，火电机组调速系统的速度变动率σ值设置为4%左右。(2)调频死区，对其进行设置主要为防止电网频率波动范围较小时，汽轮机调门频繁波动而造成设备运行存在隐患，可见设置调频死区对机组一次调频影响较大。进行调速系统调频死区设置，既可以避免电力系统内波动频率小且有周期性的随机波动，减少阀门位置和调速系统运行频率，保证发电机组稳定性，又可以降低由于系统不灵敏区存在造成频率和联络线功率幅值及时间的加重，并且减少二次调频的负荷。调频死区的设置必须合理，若设置过大，则导致机组丧失部分调频功能；若设置过小，则导致机组运行过于频繁并造成机组运行存在安全隐患。通常情况下，火电机组一次调频死区的设置小于±2r/min(士0.0034Hz)。(3)响应滞后时间及稳定时间，响应滞后时间通常反映机组一次调频的快速性，稳定时间指的是在机组进行一次调频并稳定电网频率后，其负荷达到要求值的用时。国家规定，通常要求响应滞后时间不大于3秒，稳定时间不大于60秒。机组一次调频系统的响应滞后时间和稳定时间必须按照国家规定执行，否则负荷变化后机组安全稳定性无法达标。(4)负荷变化幅度，其参数设置是防止调频系统频率过快时导致发电机出力瞬时增加或者减小造成机组无法安全运行。负荷变化幅度一般有设置最大值，若频率过大，机组负荷将在限定的范围内变化，不随频率变化而改变。通常火电机组负荷变化幅度设置大于机组额定负荷的±6%。

3 一次调频的特性研究

(1)火电机组典型调速系统控制方式主要有汽轮机调速侧一次调频、CCS侧一次调频和CCS+DEH共同作用下的一次调频三种。火电机组采用的DEH(数字电液调速系统)可完成一次调频，并且其进行一次调频时具有执行机构线性度优良、控制精度高以及阀门迟缓率低等优点，有效的加强了发电机组转速负载控制的动态或稳态特性。CCS侧一次调频类似于DEH，其调频具有调节级压力控制、转速偏差控制以及功率控制等，并且这些控制多数都在CCS系统中完成，相比于DEH，在汽轮机和锅炉间协调上更具优势。将DEH和CCS结合使用时，DEH负责转速偏差控制，CCS负责调节级压力和功率控制，因此，调门开度指令实际上是DEH和CCS发出指令的叠加，但是采用此方式时应具体问题具体分析[5-6]。(2)影响一次调频能力的参数分析，主要从改变调速器执行机构的时间常数和改变执行机构前的限幅进行讨论。容器或类型不同的机组其执行机构时间常数值不同，一般在0.2-1.5范围内，通过改变调速器执行机构的时间常数发现，调门开度指令变化速度随着时间常数的增大而降低，随着时间常数的减小的增大。在汽轮机调速系统内阀门指令传至阀门动作的执行之前，指令需经过一个限幅，限幅的大小影响着机组参与一次调频的特性，研究发现限幅值相对较小时，其对一次调频响应速度的抑制作用较强。(3)调速控制方式对一次调频能力的影响，前面研究可知，三种典型的调速模式分别是仅CCS侧投入一次调频、CCS侧和DEH侧同时投入调频、CCS侧手动与DEH侧自动同时投入调频。通过对比发现，在对汽轮机输出功率影响方面，CCS侧和DEH侧同时投入调频与仅CCS侧投入一次调频差别不大，分析原因可能是CCS侧和DEH侧都有同样的转速偏差控制，并且CCS侧对转速偏差的响应较快，造成DEH侧对调门开度指令的优越性未表现出来。在采用CCS侧手动与DEH侧自动同时投入调频时，系统受汽轮机主蒸汽压力调节回路的影响，使用机组原有的蓄热将汽轮机调门开度打开，以提高出力力度，同时随着蓄热量的降低，汽轮机调门受功率调节回路影响恢复到原来位置，因此DEH侧并未达到一次调频效果。

4 结语

随着国家电网发展迅速，电力系统规模不断增大，机组容量日益增高，社会和人们对电力系统的安全性和稳定性要求也不断提高。一次调频作为维护电网安全稳定、提高电网质量效能的重要措施，越来越被人们所重视。当前，不断优化一次调频功能特性，加大一次调频的投入力度，将是电力行业工作的重中之重。

[1]赵志军,徐欣航.火电机组一次调频功能及试验方法[J].河北电力技术,2008年2月,第27卷第1期(7-8).

[2]张斌.火电机组一次调频策略分析及应用[J].华东电力,2002.12：65-69.

[3]赵成玉,张树郁.300Mw火电机组一次调频功能的实现与探讨[J].华北电力技术,2006.4：14-18.

[4]瞿进,彭小强.一次调频在黔西电厂的实现[J].贵州电力技术,2007.9：11-13.

[5]尹峰.CCS参与的火电机组一次调频能力试验研究[J].中国电力,2005,38(3)：74-77.

[6]吕凯.DEH系统一次调频问题的分析与探讨[J].西北电建,2007.2：60-65.