超临界机组一次调频过程的动态特性研究

袁俊文，孙德利，张国柱，黄玉军

(1．黑龙江省电力科学研究院，哈尔滨 150030;2．华电能源股份有限公司，哈尔滨 150000;3．国网哈尔滨供电公司，哈尔滨 150000;4．国网鹤岗供电公司，黑龙江 鹤岗 154100)

频率是电力系统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。电网负荷供求平衡关系的破坏是引起电网频率发生波动的根本原因。所以对电网负荷引起频率的变动，需拿出可行办法对其进行严格监视和控制。目前，主要采取的办法是通过一次调频的有效投入，实现机组负荷对频率的快速响应，维持电网频率稳定。基于此，本文下面对机组一次调频过程的动态特性进行分析研究。

1 一次调频的主要技术指标

1．1 速度变动率

速度变动率是机组一次调频的主要指标之一，在机组并网的情况下，速度变动率可以反映机组负荷随机组转速静态变化的程度。速度变动率越大，参与调频能力越弱，运行时越稳定，波动越小;速度变动率越小，调频能力越强，运行时越不稳定，波动越大。速度变动率一般在3%～6%［1］。

机组负荷随电网频率变化的幅度很小，可按下式计算［2］:

式中:ΔN为一次调频负荷调整量，MW/(r·min－1);Ne为机组额定负荷，MW;δ为机组速度变动率，%;ne为机组额定转速，r/min。

1．2 转速死区

为了在电网周波变化较小的情况下，提高机组运行的稳定性，一般在电调系统设置转速死区。死区设置过小，机组运行不稳定，不安全;死区设置过大，将会减少机组参与一次调频的次数和一次调频性能的发挥。转速函数斜率代表了电网对机组调频负荷分配比例，斜率越大，机组调频能力越强;斜率越小，机组调频能力越弱。将CCS与DEH中转速死区设置 ±2 r/min(±0．034 Hz)。不同的是，CCS转速差函数器输出的是功率值，而DEH转速差函数器输出的是综合阀位指令增量。

1．3 响应时间

一次调频响应时间和稳定时间波形如图1所示。

图1 一次调频响应时间和稳定时间Fig．1 Primary frequency response time and stable time

一次调频动作后，机组的响应时间应不大于3 s(图1中△t)，以保证快速性。

1．4 稳定时间

机组负荷在一次调频动作后，负荷波动到负荷稳定的时间应不超过60 s(图1中t1)。

2 一次调频的功能及实现方式

火力发电机组应采取DEH+CCS的一次调频实现方式［3］，其中，DEH 侧是执行级，是有差、开环调节，保证快速性，将频差(转差)信号转换为综合阀位指令增量叠加到原综合阀位指令处;CCS侧是校正级，是无差、闭环调节，保证持续性和精度，根据设计的速度变动率指标进行功率校正。

2．1 DEH侧一次调频控制

DEH侧的一次调频功能是机组快速响应频率变化的主要手段，其没有延时的动作特性决定了负荷响应的快速直接，在无其他干扰的情况下，其调频能力的大小仅和汽轮机的调门特性有关。控制逻辑设计方案如图2所示。

2．2 CCS侧一次调频控制

CCS侧一次调频控制的作用是防止CCS协调控制系统将DEH参与的一次调频作用作为内扰而被克服掉。CCS频率校正回路对一次调频的影响如图3所示。

由图3可见，CCS和DEH协同调频，利用了两侧回路在调节特性和时序上的互补性，有效地实现了快速持久的一次调频。CCS侧一次调频控制逻辑设计方案如图4所示。

图2 DEH侧一次控频控制方案Fig．2 Primary frequency modulation control scheme of DEH side

图3 CCS频率校正回路对一次调频的影响Fig．3 CCS frequency correction circuit on primary frequency regulation effect

3 一次调频试验及结果分析

国电哈尔滨平南热电厂2×350 MW机组，1号机组分别在60%(210 MW)、75%(262．5 MW)、90%(315 MW)负荷的运行工况下，测试汽轮机的负荷对频率的响应特性。试验过程中，机组采用单阀控制方式，DEH操作员自动方式，功率回路和压力回路切除，处于遥控状态，CCS侧与DEH侧一次调频按钮均投入。

图4 CCS侧一次调频控制方案Fig．4 Primary frequency modulation control scheme of CCS side

在一次调频试验过程中，应用德国HBM生产的DIMENSION 4i数据采集分析仪对不同工况下的一些重要数据进行了采集，采集周期为50 ms，如表1所示。

表1 一次调频试验过程中采集到的部分动态数据Tab．1 Part of dynamic data collected primary frequency regulation test process

通过对试验过程得到的数据分析，调频动作对主蒸汽压力的影响最为直接。一次调频过程主蒸汽压力波动值与转速差的关系曲线如图5所示。

图5 一次调频过程主蒸汽压力波动值与转速差的关系曲线Fig．5 Relative curve of main steam pressure fluctuation value in primary frequency modulation process and speed difference

从图5可以看到，同一负荷时，当转速偏差信号由±4 r/min增大到±6 r/min时，主蒸汽压力偏差波动呈增大趋势，但都处于正常调节范围之内。当负荷为75%且转速偏差信号为±14 r/min时，主蒸汽压力偏差波动较大，最大达到了1．206 MPa。这主要是由于直吹式制粉系统的机组锅炉热惯性大，汽压偏离慢，恢复也慢，容易造成较大的偏差，但短时间的偏离不会影响机组的稳定运行。对于主蒸汽温度来说，由于一次调频幅度限制，燃烧与蒸汽的瞬间扰动对其不会产生较大影响。转速差为±14 r/min时机组一次调频过程各参数的变化曲线如图6所示。

4 结语

实验表明，CCS与DEH共同参与的一次调频既保证了一次调频的响应速度，又保证了机组参与一次调频的持续性。二者协同调频，利用了两侧回路在调节特性和时序上的互补性，有效地实现了快速持久的一次调频。此方案一次调频的响应滞后时间最短，即对频率变化的响应最快，因此采用该方案是比较合理、可行的。

图6 转速差为 ±14 r/min时机组一次调频过程Fig．6 Primary frequency modulation process ofunits at speed difference is±14 r/min

［1］李华，张文华．水轮机调速器调节参数对机组一次调频的影响［J］．西北电力技术，2005，33(3):6-8．LI Hua，ZHANG Wenhua．Influence of adjustment parameters of turbine governor on unit primary frequency regulation［J］．Northwest China Electric Power，2005，33(3):6-8．

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