315MW机组一次调频动作准确率低的原因分析及功能优化

三河发电有限责任公司维护部 曹 旭 胡佳佳 赵大伟

2018年1月华北电网发布了新的《华北电网并网电厂一次调频性能考核办法（华北能监局征求意见稿）》，并同时更新了电网的一次调频考核系统，引入并网电厂一次调频动作15秒响应指数、30秒响应指数、60秒积分电量的考核指标及计算办法，进一步提高了电网对于并网电厂的一次调频考核标准。

具体规定如下：对于煤电机组15秒出力响应指数小于75%为不合格；对于燃气机组和水电机组15秒出力响应指数小于90%为不合格；对于煤电机组30秒出力响应指数小于90%为不合格；对于燃气机组和水电机组30秒出力响应指数小于100%为不合格；对于所有煤电机组、燃气机组和水电机组电量贡献指数小于75%为不合格。

1 目前存在的问题及分析

华北电网一次调频考核系统上线运行，具体到三河电厂的一次调频响应次数及动作率而言，根据华北电网通报的一次调频考核新规下的考评结果为：电量考核144MW，15秒、30秒响应出力指数及电量贡献指数的采集次数、合格次数、合格率（%）分别为33/6/18.8,33/4/12.2/33,33/9/27.2，一次调频采集总次数99、合格总次数19、总合格率19.1%，其存在以下问题：

大部分不合格的15秒出力响应指数都只到了20%左右，远低于新标准所要求的75%；基本上15秒出力响应评价不合格的情况下30秒出力响应也不合格，且大部分不合格的30秒出力响应指数都只到了30%左右，同样远低于新标准所要求的90%；电量贡献指数评价难以合格，且发现部分15秒、30秒出力响应评价合格甚至优秀的情况，最终因机组调频出力的持续性不够而导致电量贡献指数不达标被考核。

华北电网一次调频考核系统中存在部分机组的功率信号不同源现象，同时电网一次调频考核系统中采用指定的电网线路频率（即网频）作为一次调频的考核触发信号，而机组中一次调频触发逻辑所用信号绝大多数采用的是机组转速信号，少部分采用的是技术改造后的发电机端高精度频率信号。目前电网正常运行时（没有线路事故），绝大多数的网频小扰动范围在0.04～0.05Hz/2.4～3rpm 以内，即实际转差在超出2rpm 死区后仅0.4～1rpm。从精度上要求一次调频的转速或频率偏差应该小于0.4rpm或0.0067Hz，否则一次调频动作无法准确触发进而被考核。同时从时间指标上也要求转速和频率信号基本同步。

综合以上分析，机组对于一次调频响应的快速性、持续性都不够；另一方面，出现了在一次调频动作期间AGC指令方向与一次调频动作方向相反而引起反调作用的情况，需增加一次调频动作优先即一次调频动作期间AGC反向闭锁的功能；为保证组一次调频性能指标提升，也要解决好一次调频中核心的机组转速、机组频率、有功信号的同源性和精度问题（建议使用机组转速信号作为一次调频触发条件的改用高精度频率信号）。因此须针对本次考核指标的结果进行调整，对机组的一次调频功能进行完善，减少一次调频考核。

2 控制策略优化方案

通过对比实施细则中的有关技术标准，针对当前#3号机组存在的问题，将控制优化方案分为CCS和DEH 系统单独进行[1]：

针对CCS 系统采用精确的一次调频闭环控制策略，采用一次调频与AGC动态解耦技术，主要解决一次调频的响应持续性低的问题[2]。机组一次调频与AGC变负荷方向相反时，发电机组优先执行一次调频的变负荷任务；当电网频率低于额定频率0.05Hz 或转速小于2997rpm 时，应闭锁AGC或CCS 减负荷的指令；当电网频率高于额定频率0.05Hz 或转速大于3003rpm 时，应闭锁AGC 或CCS 加负荷的指令；闭锁指令出口为脉冲指令，脉冲时长为输入为1的持续时间，不超过60秒。

DEH 侧则通过建模试验获取不同负荷段机组调速系统的多模型（针对90%Pe、80%Pe、70%Pe、60%Pe 分段调整动作幅度），并借助快动缓回、分段不等率设置、压力修正、时间修正等多种方法，综合解决机组一次调频过程中15s、30s 响应指数不达标（快速性欠缺）以及积分电量不达标（持续性欠缺）的问题。

图1 基于调速系统多模型预测的一次调频优化控制策略

负荷修正：用于削弱流量特性曲线非线性给调频效果带来的干扰；分段不等率：转速不等率采用分段设置，增强机组在低频差段的调频效果，将转速偏差在(-2.4,-2.1)、(2.1,2.4)时，不等率设为3%(3.89MW/rpm)；转速偏差在(-3.6,-2.4)、(2.4,3.6)时，不等率设为3.3%(3.54MW/rpm)；快动缓回：此策略保证了一次调频的“快动”性能，并且在频率的恢复过程中，通过速率限制使调频作用缓慢地随频率偏差恢复，从而提供更多的调频电量；压力修正：基于压力变化进行调频量补偿，修正综合阀位指令与主汽流量之间的非线性干扰，其中设定压力Ps 与实际压力Pt 的比值用于减少主汽压力偏差对调频效果造成的影响；时间修正：从时间角度对补偿增益进行变参数设置。

图1中的修正函数如下：F(x)对应的函数，机组实际负荷MW（0，200，300，350，400），对应输负荷MW（350，150，50，0，0）；F1(x)对应的函数，转差rpm（-15，-11.9，-3.6，3.6，11.9，15），对应负荷修正量MW（-21.59，-21.59，0，0，21.59，21.59）；F2(x)对应的函数，转差rpm（-15，2.09，2.1，2.4，3.6，15），对应负荷修正量MW（0，0，1，2.17，6.41，6.41）；F3(x)对应的函数，转差rpm（-15，-3.6，-2.4，-2.1，-2.09，15）负 荷修正量MW（-6.41，-6.4，-2.17，-1，0，0）。

F11(x)～F15(x)通过一次调频系统模型试验后获得，试验负荷点的选取根据确定的一次调频试验负荷范围50～100%Pe，按照一定的负荷区间选取试验点（按照现场实际阀门流量特性合理调整试验负荷点），在特性变化大的区间增大取点密度。#3机组选取175MW-210MW-260MW-315MW，手动模拟实际转差或手动提高额定转速的方式，分别进行包含死区转差±2.5rpm、±3rpm、±4rpm、±6rpm 的试验，根据调频试验测试结果进行该负荷段下的机组建模，并进行一次调频控制相应各项参数以及压力设定值（滑压曲线）的优化；在每个负荷点都得到一组负荷-压力-综合阀位对应关系，整个负荷段下来，得到一簇负荷-压力-综合阀位对应关系曲线。

3 实施效果

三河#3机组实施一次调频优化后，一次调频的响应次数以及动作率都大幅增强，分别调取电网对三河电厂2020年8月份#1、#2、#3号机组一次调频动作合格率，结果显示#3机组一次调频合格率为76.87%，未优化的#1、#2机组的一次调频合格率分别为18.14%和28.15%，#3机组一次调频动作合格率远高于未优化机组。对优化后的#3机组一次调频考核合格率根据时间轴进行分析，从2019年3月至12月份，可看到随着优化方案的实施#3机组的合格率从最初的19%提升至76.8%。此次控制策略的优化大幅提升一次调频性能，并取得#3机组一次调频合格率大幅提升的显著效果。

目前该套优化方案在三河电厂#3、4机组上均已实装且效果显著。#3、4机组未优化时的一次调频的合格率分别为19.19%和7.07%，优化后达76.87%和58.71%，远高于未优化时期，后期将继续把该套优化方案推广应用在#1、2机组上。

随着绿色清洁电源在电网中的占比不断增长，挤占了常规火电机组的发电空间，导致常规机组并网数量在电网中占比减少，造成网频系统调频的能力下降，因此对并网机组的接入质量要求就更高，三河电厂此次进行机组一次调频性能优化，为提高电网运行的稳定性、降低电网频率的波动，增强电网的抗事故能力贡献一份力量。