火电机组一次调频的优化

李国庆，贺心燕

（1.国家电网电力大同发电有限责任公司，山西大同037043；2.山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

火电机组一次调频的优化

李国庆1，贺心燕2

（1.国家电网电力大同发电有限责任公司，山西大同037043；2.山西大同大学煤炭工程学院，山西大同037003）

并网机组一次调频的调节品质直接影响电网安全和供电质量。对于发电企业来说，机组一次调频调节品质也将会影响汽轮机调节系统的寿命，甚至会导致机组安全稳定运行事故。文章重点探讨了提高机组一次调频的正确动作率和一次调频动作的合格率，并通过对华北某厂10台机组一次调频调节现状进行分析，结合自身经验，给出了有效的解决方法。

一次调频；优化；AGC；CCS；DEH

随着我国大容量机组在电网中所占比例不断增加，国民经济“L”型长周期的新形势，电网用电结构性变化所引起的负荷峰谷波动正在逐步加大，与此同时，用户对电能质量的要求也在不断提高，电网频率稳定性的问题越来越需要被重视。各并网机组运行时，受外界负荷波动影响，当电网频率发生变化时，各机组的调节系统参与调节，改变各机组所带的负荷，使之与电网负荷相平衡，这一过程即为一次调频[1]。简单地说，就是并网机组需要一起努力保证电网频率始终保持在50 Hz，提高供电品质。

由于水电、风电、核电机组的特殊性，各大电网公司一般均安排由大装机容量的火电机组来完成电网的AGC调峰和一次调频调差工作。从之前华北电网的两个细则（AGC、一次调频）考核情况来看[2-3]，华北某厂10台机组中，因为一次调频正确率低和动作频率超标，每个月都会有机组被电网考核为不合格。如何提高并网火电机组一次调频动作的正确性、准确性和稳定性是需要我们探讨和解决的重要问题。

1 华北电网对网内机组一次调频的要求

根据《华北电网发电机组一次调频运行管理规定》要求，网内机组在任何运行方式下都需全程参与一次调频，且应满足设计指标的各项要求。

（1）速度变动率。应在4～5%之间。

（2）调频死区。一次调频死区＜±2 r/min（即0.034 Hz）。

（3）响应滞后时间及稳定时间。一次调频的响应时间＜3 s，稳定时间＜60 s，且一次调频动作15 s之后，调频负荷应达到理论计算调频负荷的90%。

（4）调频幅度。额定负荷≤200 MW的火电机组，限制幅度≥机组额定负荷的±10%；200 MW＜额定负荷≤250 MW时，限制幅度≥±20 MW；250 MW＜额定负荷≤350 MW时，限制幅度≥±8%；350 MW＜额定负荷≤500 MW时，限制幅度≥±28 MW；额定负荷≥500 MW时，限制幅度≥±6%。

（5）一次调频的实现形式。一次调频应由CCS与DEH共同完成，保证一次调频响应的快速性和持续性。

2 华北某厂机组一次调频问题分析

电网一天一次调频动作次数就几次，而该厂每台机组平均每天一次调频动作次数在几十甚至上百次，汽轮机调门频繁动作，已经影响到了汽轮机调节系统的寿命，严重威胁机组设备的安全稳定运行。

经过分析发现存在这些问题的原因主要有：

（1）机组一次调频逻辑所用的频差信号是由汽机转速计算出来的，变电二次送DCS的频率信号只供参考。这里需要注意的是一次调频所用的频率信号的测量精度和传输精度要求较高。

（2）根据电网考核一次调频不正确动作的数据，与该月的一次调频曲线对比分析发现:①被考核的频率段都在50.034～50.039 Hz和49.960～49.967 Hz，在这个频率段，一次调频动作量小，负荷变化不明显，甚至有时电厂测量的机组频率并没有达到电网一次调频动作的条件（处于死区偏差的临界值，与电网存在微小偏差）。②每台机组都存在小调节偏差不调整，即机组负荷偏差小于2 MW，或机组调门小幅度动作，机组负荷没变化的情况，也就是汽轮机的气门的调节精度差。

（3）同一时间，机组频率与电网频率间存在差别：①#1、#3、#7机组一次调频频率与电网给定不正确动作时的频率动作方向一致，与电网当时频率之差在0.001～0.006 Hz，有一定的规律，可以对调频死区进行修正。②#4机组频率与电网频率不一致的次数比较多，说明变电二次送DCS的机组频率采样回路精度较差。③#9、#10机组频率与电网频率之差的绝对值经常大于0.01 Hz，说明变电二次送DCS的机组频率采样回路精度较差。

（4）汽轮机调门流量特性不好，一次调频逻辑对象是DEH调门开度，逻辑上动作了，但是汽轮机调门动作后进汽量并没有发生变化，机组负荷也就不会跟随变化。

（5）有时机组运行工况突变，机组负荷出现波动，反向作用于一次调频。

（6）现机组一次调频逻辑细节存有差异:①部分机组没有主蒸汽压力对一次调频函数的修正，部分机组仅在DEH侧有压力对一次调频函数的修正。②机组一次调频函数均作用于协调侧，在DEH侧也进行了叠加（超前）。③根据电网考核数据及频率偏差比对，每台机组一次调频函数对调节死区进行了不同的修正。④除#7机组以外的其他机组一次调频的频差信号用的是汽机转速计算出来的。⑤有的机组一次调频的频差信号的选取没有做逻辑，只有汽机转速信号一路。

3 优化措施

3.1 频率信号的优化

由问题分析不难看出，变电二次送给DCS的机组频率信号是机组进行一次调频的主要依据。由于测量和传输精度的原因，该信号与电网频率比对，一般出现两种情况：（1）机组频率与电网的频率有一定的规律，频率动作方向一致，可以通过对一次调频函数的修正提高精确度；（2）机组频率信号与电网频率波动毫无规律。目前该厂机组一次调频逻辑所用的频率信号是由DEH汽轮机转速卡经三取中计算出来的，一般情况下取这路信号，如出现异常工况切至变电二次回路送来的频率信号。随着新技术的不断应用，目前已出现了一种直接测量频率变化（即频差增减量）信号的测量手段，笔者及团队成员一致认为目前该厂一次调频软硬件回路中最需要改进和提高的就是变电二次送DCS频率信号的测量精度、正确性、稳定性和准确性。

3.2 其他优化措施

（1）目前各台机组DCS均已接入北斗GPS信号，但DCS时间与电网采集数据的时间并不一致，电网考核数据的采集时间得不到有效确认，这就给我们分析曲线查找问题带来了困扰，需要解决机组DCS时间与电网采集数据时间一致性的问题，保证优化分析的准确性。

（2）机务改善调门流量特性，使调频阀位前馈调节量精准，一次调频的正确动作率也会有明显的提高。

（3）DCS对调门流量特性曲线进行修正，精细调门开度变化与机组负荷变化之间的关系。

（4）进一步对机组一次调频逻辑进行优化：①DEH侧，一次调频阀位前馈函数将频差信号转化为阀位指令，直接叠加在汽轮机调门指令上，同时引入主汽压力对一次调频函数进行修正。协调侧，一次调频负荷修正函数将频差信号转化为负荷指令，叠加到CCS功率回路指令上，对DEH侧前馈进行补偿，保证调频负荷精确控制。②频差信号回路能够在机组运行期间人为选择，即要有频率信号，也要有汽轮机转速信号，方便及时调整。③引入主汽压力、调节级压力修正一次调频回路，适当减少汽压变化对机组调频的影响。④对一次调频函数指令进行适当的限速，保证机组安全稳定运行。⑤以上4条完成后，根据优化后的运行情况，对一次调频（线性、死区）函数，对比每月的电网考核数据，持续跟踪改进，进行微小修正，并研究设计自动修正回路的可行性。

一次调频优化结果，见图1。

4 结果及展望

上述方案在华北某厂200 MW和600 MW机组试验，优化后一次调频响应时间及速度、调节质量及品质均有大幅提升，一次调频正确动作率大于95%，每台机组每天一次调频动作次数降低至10-20次，满足了华北电网两个细则（AGC、一次调频）考评管理的要求，收效良好。

图1 华北某厂目前使用的一次调频逻辑

目前发达国家普遍的电网频率变动允许范围是0.1 Hz，我国的电网频率变动允许范围是0.2 Hz，由于供电品质的因素，造成了许多重要工业产品的质量比不上发达国家，这更需要我们加倍努力，为我国早日迈进工业4.0，实现“中国制造2025”提供电力保障，提升供电品质，提高电能质量。

[1]文群英.热工自动控制系统[M].3版.北京：中国电力出版社，2015:20-21.

[2]华北电网有限公司.华北区域发电厂并网运行管理实施细则（试行）[Z].2009.

[3]华北电网有限公司.华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则（试行）[Z].2009.

Optimization of Primary Frequency Regulation in Thermal Power Plant

LI Guo-qing1,HE Xin-yan2
（1.Guodian Datong Power Generation Co.,LTD,Datong Shanxi,037043;2.School of Coal Engineering,Shanxi Datong University，Datong Shanxi,037003）

Primary frequency control quality of grid unit directly affects the safety of power grid,the quality of power supply.For power generation enterprises,poor primary frequency control unit also will affect the life of the turbine regulating system,and even cause serious accident impacting the unit safe and stable operation.How to improve the correct rate of movement and the percent of pass of the unit primary frequency control is a primary problem.In this paper,the primary frequency control status quo of 10 units of some factory in the north of China is analyzed,and some effective solutions are found combined with their own experience.

primary frequency regulation;optimization;AGC;CCS;DEH

TM621.6

A

1674-0874(2017)03-0067-03

〔责任编辑 王东〕

2016-11-08

李国庆（1981-），男，山西大同人，在读硕士，工程师，研究方向：电厂自动控制。