浅谈200MW机组一次调频功能测试方法

朱立军

摘 要： 为了保证电网的安全经济运行，提高电能质量和电网频率的控制水平，迅速消除由于电网负荷变化而引起的频率波动，电网对机组的一次调频要求越来越高。如果一次调频参数设置不合理，会对机组的安全性与稳定性带来一定的影响。以下针对陡河

电厂一次调频参数的设置及其对机组及电网稳定性的影响进行分析，并探讨如何合理设置DEH和DCS一次调频的参数，使其既能满足电网频率快速响应的需求，又能满足机组安全稳定性的要求。

关键词： 一次调频；迟缓率

1前言

大唐长春热电发展有限公司2号机组汽轮机为哈尔滨汽轮机有限责任公司生产的亚临界、单轴、一次中间再热、凝汽式汽轮机。DCS系统和DEH控制系统均采用上海新华控制工程有限公司的XDPS-400控制系统。

根据国网吉林电力调控中心“关于做好吉林省电网发电机组一次调频性能核查工作的通知”的要求。2016年，国网吉林省电力有限公司电力调度控制中心将组织对我省并网发电机组进行一次调频性能核查工作。

2 一次调频控制原理

汽轮机调节系统、机组协调控制系统根据电网频率的变化情况利用锅炉的蓄能，自动改变调门的开度，即改变发电机的功率，使之适应电网负荷的随机变动，来满足电网负荷变化的过程这就是一次调频。

DEH中一次调频功能是将汽轮机转速与额定转速的差值直接换算成有功功率指令，其控制结构原理见图1。

图1 DEH一次调频控制结构原理图

其中汽轮机额定转速（一般为3 000 r/min）与实际转速的差值经函数f（x）转换后生成一次调频因子，直接叠加到DEH的有功功率给定值上，以控制汽轮机的调门开度。一次调频因子的设置包括频差死区和转速不等率两个因素。频差死区的设置是为了防止在电网频差小范围变化时汽机调门不必要的动作。

一次调频不等率δ定义为：

δ=Δn/n0

式中Δn——机组空负荷时和满负荷时的转速差值，r/min；

n0——机组额定负荷值，MW。

δ的数值一般设置在3%～6%，δ值越小，在相同的频差下汽机调门的变化幅值越大，反之则越小。

一次调频因子的设置与机组的稳定性密切相关，频差死区越大，δ越大，机组越稳定，但是对电网一次调频的贡献也越小。一次調频因子的设置应兼顾机组稳定性和一次调频快速响应的指标。

3、试验的条件

3.1 一次调频设计满足相关规定要求。

3.2 机组退出AGC控制方式。

3.3 协调控制系统或DEH功率控制系统正常投入，机组控制稳定。

3.4 主要控制系统正常投入。

3.5 DEH系统运行正常。

3.6 机组运行的主要参数，譬如主汽温度、主汽压力、汽包水位、炉膛负压等运行稳定，无报警或异常。

3.7 发电机转速和电网频率信号校验合格，并有相关的校验证书。

4、试验的要求和方法

4.1 试验要求：机组大修或机组控制系统发生重大改变后，应重新进行一次调频试验，以确保一次调频性能和机组安全。

4.2 试验方法：通过模拟电网频率扰动，检验机组一次调频性能。

机组一次调频参数设定如下：转速不等率为5%；死区设为±2r/min（±0.033Hz）；一次调频负荷变化幅度上限限幅为20MW（按额定负荷为200MW计算），机组设置一次调频不允许设置下限。

机组运行方式包括：阀位方式、功控方式、CCS方式三种，试验分三种负荷（120MW、150MW、180MW工况分别进行。

4.3 主要技术指标

4.3.1 转速不等率：火电机组转速不等率应为4%～5%，该技术指标不计算调频死区影响部分。

4.3.2 调频死区：机组参与一次调频死区应不大于±0.033Hz或±2r/min。

4.3.3 机组参与一次调频的响应时间应小于3s。

4.3.4 机组参与一次调频的稳定时间应小于60s。

4.3.5 机组达到75%目标负荷的时间应不大于15s，达到90%目标负荷的时间应不大于30s。

4.3.6 机组参与一次调频的调频负荷变化不应设置下限。

4.3.7 机组参与一次调频的调频负荷变化上限可以加以限制，限制幅度应不小于8%额定负荷。

4.3.8 额定负荷运行的机组，应参与一次调频，增负荷方向最大调频负荷增量幅度不小于5%额定负荷。

4.4 运行工况选择：一次调频试验包括单阀方式下的一次调频和顺序阀方式下的一次调频试验。

4.5 负荷工况选择：一次调频试验选择的负荷工况点不应少于3个，宜在60%P0、75%P0、90%P0工况附近选择。

4.6 扰动量选择：每个试验负荷工况点，应至少分别进行±4r/min及±6r/min转差阶跃扰动试验，应至少选择一个负荷工况点进行机组调频上限试验。

5、试验的内容

5.1 通过模拟电网频率扰动，检验机组一次调频性能。

5.2 参数设定如下：转速不等率为5%；死区设为±2r/min（±0.033Hz）；一次调频负荷上限限幅为20MW，不设置一次调频下限。

5.3 试验分三种负荷（120MW、150MW、180MW）工况分别进行，具体负荷要求见表1。

表1 一次调频试验负荷工况时间表

5.4 120MW工况下的一次调频试验。

5.4.1 将DEH切换至阀控方式。

（1） 在DEH软件中改变一次调频的转速信号，转差为±4r/min，从而使一次调频动作，实现负荷阶跃变化；负荷稳定后，维持1分钟，检查系统无异常后，恢复转差至零状态，记录试验曲线。

（2） 在DEH软件中改变一次调频的转速信号，转差为±6r/min，从而使一次调频动作，实现负荷阶跃变化；负荷稳定后，维持1分钟，检查系统无异常后，恢复转差至零状态，记录试验曲线。

5.4.2 机组切换至功率控制方式。

（1） 在DEH软件中改变一次调频的转速信号，转差为±4r/min，从而使一次调频动作，实现负荷阶跃变化；负荷稳定后，维持1分钟，检查系统无异常后，恢复转差至零状态，记录试验曲线。

（2） 在DEH软件中改变一次調频的转速信号，转差为±6r/min，从而使一次调频动作，实现负荷阶跃变化；负荷稳定后，维持1分钟，检查系统无异常后，恢复转差至零状态，记录试验曲线。

5.4.3 机组切换至CCS控制方式。

（1） 在DEH软件中改变一次调频的转速信号，转差为±4r/min，从而使一次调频动作，实现负荷阶跃变化；负荷稳定后，维持1分钟，检查系统无异常后，恢复转差至零状态，记录试验曲线。

（2） 在DEH软件中改变一次调频的转速信号，转差为±6r/min，从而使一次调频动作，实现负荷阶跃变化；负荷稳定后，维持1分钟，检查系统无异常后，恢复转差至零状态，记录试验曲线。

5.5 150MW工况下的一次调频试验

调整机组负荷至180MW稳定运行，重复5.4.1至5.4.3步骤。

5.6 180MW工况下的一次调频试验

调整机组负荷至180MW稳定运行，重复5.4.1至5.4.3步骤。

6 结论

根据国网的要求对2号机组进行一次调频测试试验，通过吉林省电力科学研究院有限公司出具的2号机组一次调频试验报告，长春二热2号机组，在所选的三个负荷工况及相应的运行参数下，进行±4r/min及±6r/min转差扰动试验时，一次调频动态指标（均值）均能满足《火力发电机组一次调频试验及性能验收导则》（GB/T 30370-2013）的要求，一次调频性能合格，可正常投入。■

参考文献

[1]汽轮机数字式电液调节系统 [M] 肖曾弘，徐丰 中国电力出版社，2003.

[2]东北电网有限公司. 东北区域发电厂并网运行管理实施细则（试行）.

[3]东北北电网有限公司. 东北区域并网发电厂辅助服务管理办法实施细则）.