機(jī)組一次調(diào)頻功能的與實(shí)現(xiàn)

機(jī)組一次調(diào)頻功能的研究與實(shí)現(xiàn) 隨著機(jī)組容量的不斷增加和市場經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步深入，電網(wǎng)的供電質(zhì)量要求也越來越高，要求電網(wǎng)頻率非常穩(wěn)定，滿足各用戶的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，機(jī)組DEH由原來的液調(diào)方式改為電調(diào)方式，一次調(diào)頻功能也由電調(diào)實(shí)現(xiàn)，雖然機(jī)組協(xié)調(diào)、AGC等功能投入運(yùn)行，但由于一次調(diào)頻功能一般為運(yùn)行人員控制它的投切，致使大部分機(jī)組未投入，造成電網(wǎng)頻率頻繁超限。2002年4月29日青島會議后，我省開始一次調(diào)頻功能的恢復(fù)工作，6月3日青島電廠＃2機(jī)組率先進(jìn)行了一次調(diào)頻試驗(yàn)，到現(xiàn)在為止，大部分電廠已經(jīng)投入了一次調(diào)頻功能，但也有部分電廠還沒有完成該功能的恢復(fù)工作?；舅枷胍淮握{(diào)頻功能是在電網(wǎng)由于機(jī)組或其他原因造成電網(wǎng)頻率超限的情況下，單元機(jī)組利用鍋爐蓄能，快速增減負(fù)荷，以彌補(bǔ)電網(wǎng)負(fù)荷缺口，保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定。名詞解釋電網(wǎng)頻率特性電網(wǎng)頻率是一個頻繁變化的參數(shù)，也是電網(wǎng)運(yùn)行的重要監(jiān)視參數(shù)。主要包括三部分：低頻區(qū)為每天根據(jù)用戶的生活習(xí)慣和作息時間而變化的部分，由計(jì)劃運(yùn)行的機(jī)組根據(jù)電網(wǎng)預(yù)測分配負(fù)荷，使系統(tǒng)負(fù)荷在發(fā)電機(jī)組之間實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配；高頻區(qū)是由于用電負(fù)荷較小隨機(jī)變化而造成的，由AGC功能隨時完成調(diào)整；另外是由于系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組跳閘或大用戶發(fā)生跳閘時，電網(wǎng)頻率發(fā)生瞬間變化，一般變化幅度較大，變化周期在10秒到2～3分鐘之間，要求網(wǎng)上機(jī)組的負(fù)荷能夠在允許的范圍內(nèi)快速地調(diào)整，以彌補(bǔ)網(wǎng)上的負(fù)荷缺口，保證電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，這就是一次調(diào)頻功能要完成的任務(wù)。在液調(diào)機(jī)組中由液壓系統(tǒng)的同步器根據(jù)機(jī)組的轉(zhuǎn)速直接反應(yīng)，為進(jìn)一步提高機(jī)組的可控性和控制精度，現(xiàn)在的機(jī)組普遍采用電調(diào)系統(tǒng)，控制精度明顯提高，機(jī)組的協(xié)調(diào)控制也具備了條件，其中一次調(diào)頻作為DEH系統(tǒng)軟件部分的一個功能之一，在前一段時間內(nèi)被大家忽略一直未投入運(yùn)行，造成電網(wǎng)頻率頻繁超限。轉(zhuǎn)速不等率機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率(δ)：是指機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)給定值不變的情況下，機(jī)組功率由0至額定值對應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化量（Δn）與額定轉(zhuǎn)速（n0）的比值，通常以百分?jǐn)?shù)形式表示。（對承擔(dān)基本負(fù)荷的機(jī)組,一般取其不等率大一些,以希望電網(wǎng)周波的變化對其功率的影響要小,保證機(jī)組在經(jīng)濟(jì)工況下長期運(yùn)行;對承擔(dān)尖峰負(fù)荷的機(jī)組,則不等率要小一些,在電網(wǎng)周波變化后希望多分擔(dān)一點(diǎn)變動負(fù)荷）功率補(bǔ)償量機(jī)組一次調(diào)頻的功率補(bǔ)償量(ΔP):是由機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率δ和電網(wǎng)頻率偏差（可轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速偏差Δn）計(jì)算出來的，公式如下：其中：為額定轉(zhuǎn)速。為機(jī)組的額定功率。例如：額定容量為=300MW的發(fā)電機(jī)，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差為Δn=-6轉(zhuǎn)（電網(wǎng)頻率偏差為Δf=-0.10HZ）時，該機(jī)組一次調(diào)頻的功率補(bǔ)償量ΔP：遲緩率機(jī)組的遲緩率：是指由于調(diào)速器、傳動放大機(jī)構(gòu)和配汽機(jī)構(gòu)部件有磨擦、間隙等原因使輸入信息與輸出信息之間存在的遲緩現(xiàn)象，這種遲緩現(xiàn)象作用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)使在一定的轉(zhuǎn)速變化范圍Δn，機(jī)組功率不變。遲緩率ε的計(jì)算公式如下：ε=(Δn/)*100%其中為額定轉(zhuǎn)速。調(diào)頻死區(qū)機(jī)組一次調(diào)頻頻率死區(qū)，是指系統(tǒng)在額定轉(zhuǎn)速附近對轉(zhuǎn)速的不靈敏區(qū)。為了在電網(wǎng)頻率變化較小的情況下提高機(jī)組穩(wěn)定性，一般在電調(diào)系統(tǒng)設(shè)置有頻率死區(qū)。一次調(diào)頻動態(tài)特性一次調(diào)頻特性是汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的基本特性之一,它是指電網(wǎng)負(fù)荷變化引起電網(wǎng)的頻率發(fā)生變化后,機(jī)組在調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用下自動地增加〈電網(wǎng)頻率下降時〉或減小(電網(wǎng)頻率升高時〉自身的功率,從而限制電網(wǎng)頻率變化的特性。典型調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一次調(diào)頻動態(tài)特性純轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)：在電網(wǎng)周波降低要求機(jī)組負(fù)荷立即增加時，使高調(diào)門動態(tài)過開到一個較大的數(shù)值，然后關(guān)小到與要求功率相適應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值.用高壓缸多進(jìn)的蒸汽量所發(fā)出的功率來補(bǔ)償中、低壓缸功率增加的滯后,以使機(jī)組整個功率的增加接近于非再熱機(jī)組的特性。功頻系統(tǒng)：當(dāng)電網(wǎng)周波突然降低，需要增加機(jī)組功率時，高壓調(diào)節(jié)閥在開始階段增加的開度為正常應(yīng)增加開度的兩倍，其后隨著功率的增加減小到正常開度，由此補(bǔ)償中、低壓缸的功率滯后，提高再熱機(jī)組的一次調(diào)頻能力。準(zhǔn)恒功率系統(tǒng)：該系統(tǒng)適應(yīng)于帶基本負(fù)荷的機(jī)組，對周期較長的電網(wǎng)周波變化，機(jī)組的功率幾乎保持不變，在高頻段，一次調(diào)頻作用取得主導(dǎo)地位，表現(xiàn)為純轉(zhuǎn)速系統(tǒng)特性，這樣既可利用汽包鍋爐的蓄熱參與短期的一次調(diào)頻，又可避免對鍋爐產(chǎn)生較大的擾動，保證機(jī)組在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷下長期運(yùn)行?？刂撇呗员容^分析在機(jī)組控制水平達(dá)到一定的自動化水平后，整個機(jī)組實(shí)現(xiàn)了協(xié)調(diào)控制，機(jī)組的負(fù)荷受電網(wǎng)或運(yùn)行人員的控制，一次調(diào)頻功能作為事故處理手段應(yīng)該建立機(jī)組協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)之上，同時為保證機(jī)組一次調(diào)頻功能的完整性，要求在機(jī)組不在協(xié)調(diào)控制狀態(tài)下，由DEH完成一次調(diào)頻功能。DEH調(diào)頻方案方案A(見圖1)一次調(diào)頻作為功率指令的校正信號加入到PID的設(shè)定值端,通過PID控制運(yùn)行,相應(yīng)地調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)門保證機(jī)組實(shí)際負(fù)荷等于經(jīng)校正后的功率指令。優(yōu)點(diǎn)是頻率偏差與機(jī)組負(fù)荷變化成一定關(guān)系,在機(jī)組運(yùn)行的任何工況下,一定的頻率偏差理論上產(chǎn)生同樣幅度、速率的負(fù)荷變化,有利于二次調(diào)頻功能的運(yùn)行。缺點(diǎn)是:由于作為定值校正信號,使得此種方式必須在系統(tǒng)功率回路投入的情況下才能起作用;當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門控制從DEH控制(LOCAL方式)切換為CCS控制(REMOTE方式)后,DEH側(cè)功率回路退出運(yùn)行,也就是此種方式的一次調(diào)頻功能被禁止投運(yùn);由于經(jīng)過調(diào)節(jié)器,一次調(diào)頻功能的響應(yīng)時間受調(diào)節(jié)器的參數(shù)控制。方案B(見圖2)一次調(diào)頻作為功率調(diào)節(jié)器輸出指令的校正信號,經(jīng)校正后的指令直接輸出到閥門管理程序,保證機(jī)組調(diào)門開度指令(指汽輪機(jī)的流量指令)等于經(jīng)一次調(diào)頻校正后的指令輸出。優(yōu)點(diǎn):1與以往老式的液調(diào)機(jī)組比較,兩者具有相同的控制方式。一次調(diào)頻功能可以在功率回路解除的情況下正常投運(yùn);并且當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)門控制從DEH系統(tǒng)控制(LOCAL方式)切換為CCS系統(tǒng)控制(REMOTE方式)后,DEH側(cè)的一次調(diào)頻功能仍可以起作用。2由于不經(jīng)過調(diào)節(jié)器,一次調(diào)頻功能的響應(yīng)速度很快,基本上沒有任何延時。缺點(diǎn):因?yàn)轭l率偏差與機(jī)組調(diào)門流量指令(線性化校正的開度指令)成一定關(guān)系,在機(jī)組運(yùn)行的任何情況下,一定的頻率偏差產(chǎn)生同樣幅度、速率的開度變化。但是對應(yīng)于機(jī)組負(fù)荷而言,在機(jī)組運(yùn)行的不同情況下,一定的頻率偏差會產(chǎn)生不同幅度、速率的實(shí)際功率變化,不利于二次調(diào)頻功能對控制對象的性能把握。方案C(見圖3)結(jié)合A、B兩種方案的優(yōu)點(diǎn),功率回路投入時同方案A,功率回路解除時同方案B,在任何運(yùn)行方式下均能投運(yùn)一次調(diào)頻功能。CCS系統(tǒng)的調(diào)頻方案方案A(見圖4)頻率校正信號加在經(jīng)速率限制后的功率指令上后作為設(shè)定值輸入到PID調(diào)節(jié)器的SP端。優(yōu)點(diǎn):頻率或轉(zhuǎn)速的偏差與機(jī)組負(fù)荷變化成一定關(guān)系。在機(jī)組運(yùn)行的任何情況下,一定的頻率(或轉(zhuǎn)速)偏差理論上產(chǎn)生同樣幅度、速率的負(fù)荷變化。有利于二次調(diào)頻功能的運(yùn)行。缺點(diǎn):由于作為設(shè)定值的校正信號,使得一次調(diào)頻功能必須在CCS系統(tǒng)的PID回路投入的情況下才能起作用。1當(dāng)CCS控制系統(tǒng)由于某種本身原因沒投功率回路時,一次調(diào)頻功能不能投運(yùn)。2由于經(jīng)過調(diào)節(jié)器,一次調(diào)頻功能的響應(yīng)時間受調(diào)節(jié)器的參數(shù)控制。(2)方案B(見圖4)頻率校正信號直接加在功率指令上后再經(jīng)速率限制作為設(shè)定值輸入到PID調(diào)節(jié)器的SP端。這種方式一般來說沒有可取之處。速率限制在校正運(yùn)算的后面,也就是說,當(dāng)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行,AGC或CCS指令沒有變化時,在速率限制的范圍內(nèi)一次調(diào)頻功能可以起作用。但是,當(dāng)機(jī)組正處于變負(fù)荷階段(機(jī)組投運(yùn)AGC后經(jīng)常會出現(xiàn)),同方向(加負(fù)荷過程中頻率偏低或者減負(fù)荷過程中頻率高)的一次調(diào)頻功能就被禁止了。通過對DEH、CCS各種一次調(diào)頻的分析,合理的一次調(diào)頻方法應(yīng)由CCS系統(tǒng)的頻率校正(調(diào)頻)功能及DEH系統(tǒng)的調(diào)頻功能兩部分一起作用來完成。系統(tǒng)因此衍生出幾種調(diào)頻方式:1)DEH系統(tǒng)手動或閥位控制方式時的DEH一次調(diào)頻功能,相當(dāng)于以前同步器液調(diào)機(jī)組的一次調(diào)頻功能,優(yōu)點(diǎn)是負(fù)荷響應(yīng)速度很快,但由于非線性的閥門流量特性及不同參數(shù)運(yùn)行的工況,靜態(tài)上不能準(zhǔn)確地達(dá)到參數(shù)指標(biāo)的幅度要求;2)DEH系統(tǒng)功率回路自動方式時的DEH頻率校正(調(diào)頻)功能,優(yōu)點(diǎn)是負(fù)荷響應(yīng)速度快,靜態(tài)上也可以達(dá)到參數(shù)指標(biāo)的幅度要求,但是該狀態(tài)不能參加機(jī)組的CCS及AGC調(diào)節(jié);3)DEH系統(tǒng)在遙控方式,汽機(jī)主控在手動方式時的DEH一次調(diào)頻功能,此時相當(dāng)于方式1);4)DEH系統(tǒng)在遙控方式,汽機(jī)主控在調(diào)功方式時的CCS頻率校正(調(diào)頻)功能,優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到參數(shù)指標(biāo)的幅度要求,但負(fù)荷響應(yīng)速度慢;5)AGC方式時CCS頻率校正(調(diào)頻)功能,此時相當(dāng)于方式4)。由于CCS頻率校正(調(diào)頻)功能要通過PID實(shí)現(xiàn),如果機(jī)組調(diào)頻速度不能滿足要求,則在方式4)和方式5)時要結(jié)合方式1)的DEH一次調(diào)頻功能,以提高調(diào)頻的響應(yīng)速度,同時又保證參數(shù)指標(biāo)的幅度要求。機(jī)組在AGC或CCS工況時,為了快速響應(yīng)調(diào)度負(fù)荷,基本不使用汽機(jī)主控調(diào)壓方式,故該方式下一次調(diào)頻功能暫不要求。從大量試驗(yàn)來看：(1)大部分參加試驗(yàn)的機(jī)組能在試驗(yàn)開始后10～20s內(nèi)負(fù)荷有明顯的變化;(2)由于中儲式機(jī)組的變負(fù)荷速率比較高,故一次調(diào)頻能力普遍優(yōu)于直吹式機(jī)組;(3)機(jī)組容量越小,汽包容積越大,機(jī)組蓄熱量所占比例越大,一次調(diào)頻能力越好。參數(shù)設(shè)置 (與華北電網(wǎng)比較)不等率 轉(zhuǎn)速不等率是機(jī)組一次調(diào)頻的主要指標(biāo)之一，機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率為5％。火電機(jī)組速度不等率一般為4％～5％。遲緩率具有DEH的機(jī)組遲緩率應(yīng)小于0.06％，其它機(jī)組應(yīng)小于0.1％機(jī)組容量<100MW,遲緩率要求小于0.4％；機(jī)組容量100MW～200MW，遲緩率要求小于0.2％；機(jī)組容量>200MW，遲緩率要求小于0.1％。功率補(bǔ)償量負(fù)荷限制最大為機(jī)組額定容量的±5％額定負(fù)荷200MW及以下的火電機(jī)組，限制幅度不小于機(jī)組額定負(fù)荷的±10％；額定負(fù)荷220～350MW的火電機(jī)組，限制幅度不小于機(jī)組額定負(fù)荷的±8％；額定負(fù)荷500MW及以上的火電機(jī)組，限制幅度不小于機(jī)組額定負(fù)荷的±6％鍋爐的響應(yīng)能力是制約機(jī)組一次調(diào)頻幅度的主要因素，具有不同的結(jié)構(gòu)形式與調(diào)節(jié)系統(tǒng)的鍋爐，對不同變化速度的汽輪機(jī)蒸汽流量擾動的響應(yīng)有所不同。如直流鍋爐與汽包鍋爐比較，其蓄熱能力小的多，閥門開度擾動對主汽壓的影響快，而且幅度更大；另外，采用機(jī)爐協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)與否，對相同的蒸汽流量擾動造成的主汽壓變化是不一樣的，有研究表明兩者相差達(dá)兩倍以上。因此要設(shè)計(jì)某機(jī)組的一次調(diào)頻動態(tài)性或確定其一次調(diào)頻幅度，首先應(yīng)獲取鍋爐在主汽壓不超界的情況下，能承受的最大蒸汽流量擾動，記做Dmax(S),它是頻率的函數(shù)，因?yàn)椴煌淖兓俣鹊恼羝髁繑_動，引起主汽壓變化的大小是不同的。死區(qū) 機(jī)組一次調(diào)頻的動作轉(zhuǎn)速死區(qū)為：3000±6轉(zhuǎn)/分鐘火電機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)不大于±r/min變負(fù)荷率機(jī)組增減負(fù)荷速度不低于額定容量的3％/分鐘（AGC功能投入時，可采用AGC增減負(fù)荷速度＋一次調(diào)頻增減負(fù)荷速度）無響應(yīng)滯后時間機(jī)組一次調(diào)頻功能進(jìn)入動作區(qū)到機(jī)組實(shí)發(fā)功率發(fā)生相應(yīng)變化的時間小于15秒。當(dāng)電網(wǎng)頻率變化達(dá)到一次調(diào)頻動作值到機(jī)組負(fù)荷開始變化所需的時間為一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時間，應(yīng)小于3秒穩(wěn)定時間無機(jī)組參與一次調(diào)頻過程中，在電網(wǎng)頻率穩(wěn)定后，機(jī)組負(fù)荷達(dá)到穩(wěn)定所需時間為一次調(diào)頻穩(wěn)定時間，應(yīng)小于1min，機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)獲自動發(fā)電控制（AGC）運(yùn)行時，應(yīng)剔除負(fù)荷指令變化的因素。幾點(diǎn)說明如果機(jī)組DEH的一次調(diào)頻正常，而DCS處于協(xié)調(diào)方式且一次調(diào)頻處于切除狀態(tài)，機(jī)組將不能正常發(fā)揮一次調(diào)頻作用。幾種頻率死區(qū)設(shè)置函數(shù)比較 圖（a）為無死區(qū)的線性函數(shù)，在日本的機(jī)組上較多；圖（b）為國內(nèi)大多數(shù)系統(tǒng)采用的方法；圖（c）為目前我省正在使用的方法。比較而言圖（b）所示可能更好一些，主要有一下幾方面原因： (1)電網(wǎng)頻率偏移50±0.034Hz開始調(diào)整,距地區(qū)電網(wǎng)要求的50±0.lHz還有較大裕量;控制精度更高。 (2)火電機(jī)組負(fù)荷調(diào)整精度低,小范圍調(diào)整負(fù)荷準(zhǔn)確性差,允許有一定