火电机组一次调频分析及性能优化相关探讨

钱谷峰

摘要：在火电机组并网运行的过程中，一次调频功能是其基本特性之一，具有抑制电网频率出现异常变化的作用，能够充分提高火电机组抵御功率缺额扰动能力。本文主要结合江苏国信靖江发电有限公司火电机组一次调频试验，阐述火电机组一次调频的重要性、并分析其一次调频功能，提出性能优化的措施，探究影响一次调频性能的因素和改善对策，旨在进一步提高火电机组的一次调频性能，保障电网频率的稳定性。

关键词：火电机组;一次调频;性能优

前言

江苏国信靖江发电有限公司一期工程2×660MW超超临界机组已经投产进入商业运营，为改善机组调频性能，开展一次调频试验。由于在火力发电机组单机容量不断增大的趋势下，并网机组的跳闸故障对电网频率会产生比较大的影响。因此对并网机组一次调频进行性能优化是十分必要的，能够最大限度的满足不断变化的用电需求。

1 火电机组一次调频的重要性

根据该厂已投入运行的2×660MW超超临界机组，其设计有一次调频功能，通过一次调频则可以充分获得机组参与电网一次调频控制的负荷响应特性，为机组发电控制提供一定的技术支持。火电机组一次调频功能需要在满足电网稳定控制的基础上进行，才能够有效的保障一次调频试验合格，保障电网控制的执行力度和电网频率的稳定。因此对火电机组进行一次调频性能进行优化，则有利于提高该厂的电能质量指标，促进机组的长期平稳运行，提升电能生产率。

2 火电机组一次调频分析

该厂对火电机组一次调频分析主要是基于分散控制系统DCS、机组协调控制系统CCS、电液控制系统DEH和AGC控制功能，通过在DCS中输入频率校正回路，当火电机组处于运行状态下，并切换至协调控制方式、AGC投入时，可以由DEH和DCS来完成机组的一次调频功能。这一过程中可以提高一次调频的响应速度，同时也保证火电机组频率调节具有一定的持续性。不过在火电机组进行一次调频过程中，必须严格按照电网管理规定和电力系统技术标准进行，并且通过现场调试对机组进行逻辑组态，以便于更准确的掌握火电机组一次调频的特性。还要依据电网要求对一次调频的性能进行整定和优化，确保其能够满足火电机组和电网运行稳定的实际需求[1]。

3 火电机组一次调频性能优化

根据该厂火电机组的运行情况，实施一次调频功能则要通过DEH（电液调节系统）侧回路以及CCS（协调控制系统）侧回路两部分实现。因此在对机组一次调频性能优化时，则要从这两方面入手。

3.1 DEH侧一次调频回路

针对DEH侧一次调频回路，先要将机组汽轮机实际转速与额定转速进行对比计算，得到二者之间存在的转速偏差。然后再利用函数转换的方式，将其转化为阀位修正量数值，并叠加在机组汽机的阀位指令回路中。则可以实现直接控制汽机的调门开度进行输出。当函数设置为2r/min的调频死区时，汽机转速则不大于2998r/min，此时阀位修正量的数值为正，阀位指令增大、机组汽机的进汽量也逐渐增大，导致负荷增加;而一旦当机组汽机的转速超过了3002r/min，则阀位修正量数值为负，火电机组的阀位指令会呈减小趋势，因此汽机的进汽量有所减少，负荷降低。同时DEH侧一次调频回路的控制方式为开环，则一次调频动作时，则能够比较快速地更改高压调门的开度大小，促使火电机组的功率随高压调门的开度而发生变化。并且通过全量程调试DCS、DEH等之间的AGC质量与机组实际负荷测量信号传输通道，实现指令发送端与接收端之间误差不大于0.5MW，机组实际负荷测量信号发送端与接收端误差不大于0.2MW。，从而可以提高一次调频的响应速度[2]。

3.2 CCS侧一次调频回路

对于CCS侧一次调频回路来说，其控制方式主要为闭环，因此机组的转速差信号一般要转换为负荷修正量，并输送到锅炉主控回路和汽机主控调节回路中。此时负荷修正量等同于锅炉主控系统的前馈信号。基于此可以更加快速、有效地调节和控制入炉的煤量，能够改善传统锅炉调节模式所具有的滞后性。另外一方面负荷修正量也等同于机组汽机主控系统中的前馈量，即是将其叠加在负荷设定值的回路系统中，则可以进入到汽机主控的PID调节回路中。所以在火电机组一次调频发生动作时，CCS侧一次调频回路会积极协调子系统动作，并以协调其它各部分参数为基础，实现高效调节火电机组的频率以及负荷扰动等情况，实现对一次调频性能的优化。

4 影响一次调频性能的因素及改善措施

4.1 AGC质量与一次调频动作相反

当火电机组处于AGC工况之下，经常会出现AGC质量与一次调频动作目的和效果出现相反的状况，对一次调频效果产生的影响相对较大。针对这一问题进行分析，则可以充分考虑利用CCS逻辑控制对其进行改善和优化，即在一次调频动作时，为避免AGC受到严重的干扰，则要充分结合一次调频考核的时间，并将闭锁设定在一次调频动作持续时间不超过60s，确保闭锁时间能够与一次调频的响应时间形成同步;如果一次调频动作的持续时间超过了60s，则可以将闭锁时间设置为60s，可以相对有效的确保火电机组一次调频性能得到优化[3]。比如在本次试验中，技术人员在DCS协调控制逻辑中，将一次调频指令优先级设置高于AGC指令，经改善后，机组变负荷过程中出现反方向一次调频需求时，当转速偏差大于3rpm，机组暂不响应AGC指令变化，有效避免反调。

4.2 机组转速测量

在机组一次调频动作时，其主要的目标则是能够在电网频率出现频差时，可以在机组的快速响应下将电网频率稳定在50Hz左右。这一过程中一般是将机组侧相应的频差作为控制对象，并将其作为火电机组的转速调节依据。一旦实际转速与额定转速出现较大的偏离时，则要通过一次调频来实现调节功能。所以机组转速测量的精准性对性能优化效果具有较大的影响。如果在实际的机组测量中出现转速与电网频率存在偏差较大，则会导致一次调频功能不能正常的投入到使用中。

4.3 设置调频死区和不等率

火电机组的一次调频回路对调频死区的设置也会影响電网频差，其能够决定机组参与一次调频动作的时间。所以对一次调频性能进行优化时，则要充分考虑调频死区和调频不等率的设置，保障调频动作的调节电量和效果达到预期。在此基础上，根据火电机组一次调频功能的基本技术要求，则要将调频死区控制在±2r/min左右，对调频转速不等率则要设置在5%，将负荷限幅设置在额定有功出力的±6%，可以保障火电机组的调频死区和不等率参数设定具有科学性和合理性。

结束语

综上所述，电网频率是火电机组系统中最为重要的电能质量指标，其是确保电网基础稳定的关键条件，通过机组一次调频性能优化则可以实现电网频率的稳定、安全运行。所以在开展一次调频试验研究时，则必须要严格按照相关规章制度，明确一次调频的重要性，掌握一次调频动作的过程，并通过对DEH侧一次调频回路和CCS侧一次调频回路进行优化，保障机组一次调频功能的正常投入使用。同时对其影响因素进行分析和改善，保障电能质量得到有效提高。

参考文献

[1]王月明，陈程程，陈新.670MW火力发电机组一次调频性能分析[J].东北电力技术，2019，40（10）：43-44+47.

[2]吴坡，张江南，贺勇，段松涛，任鹏凌.发电机组一次调频性能优化及应用[J].浙江电力，2019，38（06）：64-71.

[3]庄义飞.火电机组一次调频分析及性能优化[J].黑龙江电力，2019，41（02）：151-157+162.