惠州LNG电厂一次调频研究及优化

摘要：本文首先阐述了电网频率的重要性，而后根据有关一次调频的规范性文件研究惠州LNG电厂机组一次调频的特性及控制原理，最后通过研究得出惠州LNG电厂一次调频的不足及优化措施。本文所述内容可作为同类型机组开展一次调频异常排查及解决问题的参考依据。

0.概述

电力系统运行的主要任务之一是对频率进行监视和控制，而发电机组的一次调频功能对维持电网频率的稳定至关重要，为保证电网安全、稳定运行，根据《广东电网发电机组一次调频运行管理规定》要求，广东省电网所有统调的发电机组均要求投入一次调频功能，并按要求定期进行一次调频特性试验，保证机组的一次调频特性满足要求。同时，调度部门还对机组的一次调频性能进行实时监测和评价，对不满足一次调频要求的机组进行考核。

一次调频是指当电网频率偏离额定值时，发电机组调节控制系统自动控制机组有功功率的增加（频率下降时）或减少（频率升高时），以使电网频率迅速回到额定值范围的特性。

惠州LNG电厂一期建设三台单轴M701F3燃气蒸汽联合循环机组，二期建设三套分轴M701F4热电联产燃气蒸汽联合循环机组，目前所有机组均已投产。

一、二期机组都具备四种控制方式，分别为ALR OFF +GOVERNOR方式、ALR ON +GOVERNOR方式、ALR OFF +LOAD LIMIT方式、ALR ON +LOAD LIMIT方式。機组常用的运行方式为ALR ON +GOVERNOR方式，该模式一次调频功能最理想。ALR OFF +LOAD LIMIT方式为完全的功率限制控制，没有一次调频功能。

1惠州LNG电厂机组一次调频控制方式及参数设置

惠州LNG电厂机组负荷调节具有四种基本方式：ALR OFF模式下 LOAD LIMIT、ALR OFF模式下GOVERNOR、ALR ON模式下LOAD LIMIT、ALR ON模式下GOVERNOR。

1.1GOVERNOR方式

采用纯比例的转速控制回路，一期机组不等率为4%，二期机组不等率为5%，进行转速自动调节。在机组并网前，额定转速下进行自动同期调节或进行空负荷时的转速调节。机组并网后，若机组在GOVERNOR方式下运行，通过改变转速设定值“SPSET”来改变机组的负荷，转速设置3000r/min时为0MW，转速设置3120r/min（不等率为4%）时为额定负荷，二期转速设置3150r/min（不等率为5%）时为额定负荷。

在ALR ON模式下，GOVERNOR的转速设定值为ALR的负荷设定值ALR SET，此时机组是否具有一次调频功能取决于ALR ON模式是否有调频功能;在ALR OFF模式下GOVERNOR转速设定值由运行人员手动设定，此时机组具有一次调频功能。

一期机组GOVERNOR方式不等率的设置在TCS的GC040页逻辑，通过设置给定值模块GC040_SG08的参数S=4，不等率就为4%，如下图（1）所示。二期机组GOVERNOR方式不等率的设置在G-D017、通过设置给定值模块G-D017_SG10的参数S=5，不等率就为5%。

1.2LOAD LIMIT方式

LOAD LIMIT方式是与GOVERNOR方式互斥的模式，若不是LOAD LIMIT方式，就是GOVERNOR方式 。反过来，不是GOVERNOR方式，就是LOAD LIMIT方式。LOAD LIMIT方式为功率闭环无差调节，机组功率设定值为LOAD SET。

在ALR ON模式下，LOAD LIMIT的目标功率设定值为ALR的负荷设定值ALR SET，此时机组是否具有一次调频功能取决于ALR ON模式是否具有调频功能，但一次调频指令叠加在负荷设定值ALR SET上，一次调频实际响应速率较慢;在ALR OFF模式下LOAD LIMIT的功率设定值由运行人员手动设定，此时机组不具备一次调节功能。

1.3ALR ON

自动负荷运行（AUTO LOAD RUN），是在LOAD LIMIT方式和GOVERNOR方式基础上更高一层的控制方式，在ALR ON的条件下，ALR的输出作为机组功率设定值ALR SET送到LOAD LIMIT方式和GOVERNOR方式回路。

ALR ON下还有ALR AUTO和ALR MAN两种方式。在ALR AUTO方式下，ALR目标功率跟踪中调EMS来的目标负荷指令信号，也就是AGC控制方式。在ALR MAN方式下，ALR目标功率可以手动给定或机组跟据机组工况自动给定。

在ALR ON模式，机组负荷是闭环无差调节，在没有进入温控模式下，若机组实际负荷比ALR功率设定值ALR SET低，则自动增加GOVERNOR方式的SPSET值或LOAD LIMIT方式的LDCSO值。若机组实际负荷比ALR目标功率ALR SET高，则自动降低GOVERNOR方式的SPSET值或LOAD LIMIT方式的LDCSO值。

在ALR ON下，若下一级在GOVERNOR方式下，虽然GOVERNOR具有调频功能，但若ALR ON不具有一次调频功能，则GOVERNOR的调频量会被ALR ON的功率闭环调节减弱或抵消。

1.4一次调频参数设置

机组在ALR ON+GOVENOR方式下一次调频作用较为理想。一期机组ALR ON的一次调频参数在TCS的GC30页逻辑有一个频差-负荷函数曲线GC30_FX04，通过设置函数曲线GC30_FX04即可使ALR ON具有一次调节功能，如图（2）所示。机组并网后，转速控制切换到具有3000±2r/min死区，由FX来实现。二期机组ALR ON的一次调频参数在TCS的G-D017页逻辑。

根据一次调频技术要求，结合一期机组额定功率Pn=390MW，一次调频最大调整量为±8%Pn=±31.2 MW，ALR方式下的频差-负荷指令曲线设置如下图（4）所示。按转速不等率为4%设置，即电网频率超出设置死区后，负荷调整量为±2.6MW/r/min。二期机组燃机额定功率Pn=320MW，一次调频调整量为±29.9MW，ALR方式下的频差-负荷指令曲线设置图（4）所示。按转速不等率为5%设置，即电网频率超出设置死区后，负荷调整量为±2.5MW/r/min。而实际上惠州LNG电厂二期机组的实际调量不完全跟理论值一致，通过图（4）中的二期机组实际负荷修正量、理论修正量曲线可以发现，在±3r/min对应的负荷有明显的差别。

在GOVERNOR回路，为了适应±2 r/min调频死区，在机组并网后，对转速信号进行分段线性化函数FX处理，该FX函数如图（5）：

2.惠州LNG电厂一次调频的不足及优化

2.1惠州LNG电厂一次调频不足

（1） 二期机组在电网频率超出50±0.05Hz时，没有闭锁机组AGC指令，这可能导致AGC动作跟一次调频动作相互抵消，达不到稳定电网频率的目的。

（2） 二期机组转速±3r/min，对应机组负荷调整±6.4MW，调整幅度过大，并且目前系统频率经常會在49.6HZ至49.5HZ之间波动（对应机组转速2998-2997r/min之间波动），从而导致机组负荷频繁较大波动。

（3） 二期燃机发电机跟汽机发电机是分轴的，汽机调阀正常处于全开状态，汽机侧基本没有负荷的调节裕量，汽机发电机基本没有一次调频能力。而逻辑设计汽机发电机的一次调频量由燃机发电机来承担，逻辑设计存在不合理。汽轮发电机的一次调频量有时会跟燃机发电机一次调频量反向，抵消了部分燃机发电机的调频量，最终影响一次调频动作效果，见图（6）。

（4） 一、二期机组在夏天，负荷可能在低于90%额定负荷下进入温控，导致一次调频不能正常动作。

（5） 一、二期机组AGC或机组本地改变机组负荷目标值进行加减负荷操作时，机组一次调频动作方向与机组加减负荷方向相反时，没有闭锁机组作反方向的负荷变化。

2.2惠州LNG电厂一次调频优化

针对以上不足，通过研究，采取了以下优化措施：

（1） 二期汽机侧基本没有负荷的调节裕量，汽机发电机基本没有一次调频能力，取消了汽机发电机一次调频量叠加到燃机侧。

（2） 二期机组一次调频动作方向与机组加减负荷方向相反时，闭锁机组作反方向的负荷变化40秒，具体逻辑图见图（6）。

（3） 一期燃机机组负荷小于280MW，IGV开度小于85%，机组进入温控，DCS报“IGV没全开”报警，提醒运行人员投入“汽机减3MW”功能，自动开大燃机IGV，让机组退出温控，避免机组提前进入温控限制了一次调频正常动作。

通过以上优化，惠州LNG电厂的一次调频质量明显改善，特别是二期机组，再没有出现AGC动作跟一次调频动作抵消的情况。

3.结束语

为了保障电力系统安全、稳定运行，电厂机组的一次调频特性是否符合相关规范至关重要，不符合规范的进行逻辑优化是必要的。在特高压电网快速发展的今天，特高压线路跳闸对于电网频率冲击的风险在加大，机组一次调频逻辑优化后能够精准响应电网一次调频要求，对电网的安全稳定运行有着积极的意义。本文所述的研究和解决措施，可为同类型电厂所借鉴。

作者简介：张廷艺 男 38岁 电气工程师

参考文献：

《广东电网发电机组一次调频运行管理规定》，《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》，《南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》，《广东中调直调电厂一次调频整改工作方案》，《大型燃气—蒸汽联合循环发电设备与运行》。