機(jī)組一次調(diào)頻功能的與實現(xiàn)

機(jī)組一次調(diào)頻功能的研究與實現(xiàn)隨著機(jī)組容量的的不斷增加和和市場經(jīng)濟(jì)的的進(jìn)一步深入入，電網(wǎng)的供供電質(zhì)量要求求也越來越高高，要求電網(wǎng)網(wǎng)頻率非常穩(wěn)穩(wěn)定，滿足各各用戶的要求求。隨著計算算機(jī)技術(shù)的應(yīng)應(yīng)用，機(jī)組DEH由原來的液液調(diào)方式改為為電調(diào)方式，一一次調(diào)頻功能能也由電調(diào)實實現(xiàn)，雖然機(jī)機(jī)組協(xié)調(diào)、AGC等功能投入入運行，但由由于一次調(diào)頻頻功能一般為為運行人員控控制它的投切切，致使大部部分機(jī)組未投投入，造成電電網(wǎng)頻率頻繁繁超限。2002年4月月29日青島會議議后，我省開開始一次調(diào)頻頻功能的恢復(fù)復(fù)工作，6月3日青島電廠廠＃2機(jī)組率先進(jìn)進(jìn)行了一次調(diào)調(diào)頻試驗，到到現(xiàn)在為止，大大部分電廠已已經(jīng)投入了一一次調(diào)頻功能能，但也有部部分電廠還沒沒有完成該功功能的恢復(fù)工工作?；舅枷胍淮握{(diào)頻功能是是在電網(wǎng)由于于機(jī)組或其他他原因造成電電網(wǎng)頻率超限限的情況下，單單元機(jī)組利用用鍋爐蓄能，快快速增減負(fù)荷荷，以彌補(bǔ)電電網(wǎng)負(fù)荷缺口口，保證電網(wǎng)網(wǎng)安全、穩(wěn)定定。名詞解釋電網(wǎng)頻率特性電網(wǎng)頻率是一個個頻繁變化的的參數(shù)，也是是電網(wǎng)運行的的重要監(jiān)視參參數(shù)。主要包包括三部分：：低頻區(qū)為每每天根據(jù)用戶戶的生活習(xí)慣慣和作息時間間而變化的部部分，由計劃劃運行的機(jī)組組根據(jù)電網(wǎng)預(yù)預(yù)測分配負(fù)荷荷，使系統(tǒng)負(fù)負(fù)荷在發(fā)電機(jī)機(jī)組之間實現(xiàn)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配；；高頻區(qū)是由由于用電負(fù)荷荷較小隨機(jī)變變化而造成的的，由AGC功能隨時完完成調(diào)整；另另外是由于系系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組跳跳閘或大用戶戶發(fā)生跳閘時時，電網(wǎng)頻率率發(fā)生瞬間變變化，一般變變化幅度較大大，變化周期期在10秒到2～3分鐘之間，要要求網(wǎng)上機(jī)組組的負(fù)荷能夠夠在允許的范范圍內(nèi)快速地地調(diào)整，以彌彌補(bǔ)網(wǎng)上的負(fù)負(fù)荷缺口，保保證電網(wǎng)頻率率的穩(wěn)定，這這就是一次調(diào)調(diào)頻功能要完完成的任務(wù)。在液調(diào)機(jī)組中由由液壓系統(tǒng)的的同步器根據(jù)據(jù)機(jī)組的轉(zhuǎn)速速直接反應(yīng)，為為進(jìn)一步提高高機(jī)組的可控控性和控制精精度，現(xiàn)在的的機(jī)組普遍采采用電調(diào)系統(tǒng)統(tǒng)，控制精度度明顯提高，機(jī)機(jī)組的協(xié)調(diào)控控制也具備了了條件，其中中一次調(diào)頻作作為DEH系統(tǒng)軟件部部分的一個功功能之一，在在前一段時間間內(nèi)被大家忽忽略一直未投投入運行，造造成電網(wǎng)頻率率頻繁超限。轉(zhuǎn)速不等率機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率率(δ)：是指機(jī)組組調(diào)節(jié)系統(tǒng)給給定值不變的的情況下，機(jī)機(jī)組功率由0至額定值對對應(yīng)的轉(zhuǎn)速變變化量（Δn）與額定轉(zhuǎn)速速（n0）的比值值，通常以百百分?jǐn)?shù)形式表表示。（對承擔(dān)基本負(fù)負(fù)荷的機(jī)組,一般取其不不等率大一些些,以希望電網(wǎng)網(wǎng)周波的變化化對其功率的影響要要小,保證機(jī)組在在經(jīng)濟(jì)工況下下長期運行;對承擔(dān)尖峰負(fù)荷的機(jī)組,則不等率要要小一些,在電網(wǎng)周波波變化后希望望多分擔(dān)一點變動動負(fù)荷）功率補(bǔ)償量機(jī)組一次調(diào)頻的的功率補(bǔ)償量量(ΔP):是由機(jī)組轉(zhuǎn)速速不等率δ和電網(wǎng)頻率率偏差（可轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速偏偏差Δn）計算出來的的，公式如下下：其中：為額額定轉(zhuǎn)速。為機(jī)組的額定功功率。例如：額定容容量為=3000MW的發(fā)電機(jī)，當(dāng)當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差為為Δn=-6轉(zhuǎn)（電網(wǎng)頻頻率偏差為ΔΔf=-0.10HZ）時，該機(jī)組組一次調(diào)頻的的功率補(bǔ)償量量ΔP：遲緩率機(jī)組的遲緩率：：是指由于調(diào)調(diào)速器、傳動動放大機(jī)構(gòu)和和配汽機(jī)構(gòu)部部件有磨擦、間間隙等原因使使輸入信息與與輸出信息之之間存在的遲遲緩現(xiàn)象，這這種遲緩現(xiàn)象象作用于調(diào)節(jié)節(jié)系統(tǒng)使在一一定的轉(zhuǎn)速變變化范圍Δn，機(jī)組功率率不變。遲緩緩率ε的計算公式式如下：ε=(Δn/)*1000%其中為額定轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速。調(diào)頻死區(qū)機(jī)組一次調(diào)頻頻頻率死區(qū)，是是指系統(tǒng)在額額定轉(zhuǎn)速附近近對轉(zhuǎn)速的不不靈敏區(qū)。為為了在電網(wǎng)頻頻率變化較小小的情況下提提高機(jī)組穩(wěn)定定性，一般在在電調(diào)系統(tǒng)設(shè)設(shè)置有頻率死死區(qū)。一次調(diào)頻動態(tài)特特性一次調(diào)頻特性是是汽輪發(fā)電機(jī)機(jī)組并網(wǎng)運行行的基本特性性之一,它是指電網(wǎng)網(wǎng)負(fù)荷變化引引起電網(wǎng)的頻頻率發(fā)生變化化后,機(jī)組在調(diào)節(jié)系統(tǒng)的的作用下自動動地增加〈電電網(wǎng)頻率下降降時〉或減小小(電網(wǎng)頻率升高高時〉自身的的功率,從而限制電電網(wǎng)頻率變化化的特性。典型調(diào)節(jié)系統(tǒng)的的一次調(diào)頻動動態(tài)特性純轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)統(tǒng)：在電網(wǎng)周周波降低要求求機(jī)組負(fù)荷立立即增加時，使使高調(diào)門動態(tài)態(tài)過開到一個個較大的數(shù)值值，然后關(guān)小小到與要求功功率相適應(yīng)的的穩(wěn)態(tài)值.用高壓缸多多進(jìn)的蒸汽量量所發(fā)出的功率率來補(bǔ)償中、低低壓缸功率增增加的滯后,以使機(jī)組整整個功率的增加加接近于非再再熱機(jī)組的特特性。功頻系統(tǒng)：當(dāng)電電網(wǎng)周波突然然降低，需要要增加機(jī)組功功率時，高壓壓調(diào)節(jié)閥在開開始階段增加加的開度為正正常應(yīng)增加開開度的兩倍，其其后隨著功率率的增加減小小到正常開度度，由此補(bǔ)償償中、低壓缸缸的功率滯后后，提高再熱熱機(jī)組的一次次調(diào)頻能力。準(zhǔn)恒功率系統(tǒng)：：該系統(tǒng)適應(yīng)應(yīng)于帶基本負(fù)負(fù)荷的機(jī)組，對對周期較長的的電網(wǎng)周波變變化，機(jī)組的的功率幾乎保保持不變，在在高頻段，一一次調(diào)頻作用用取得主導(dǎo)地地位，表現(xiàn)為為純轉(zhuǎn)速系統(tǒng)統(tǒng)特性，這樣樣既可利用汽汽包鍋爐的蓄蓄熱參與短期期的一次調(diào)頻頻，又可避免免對鍋爐產(chǎn)生生較大的擾動動，保證機(jī)組組在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷荷下長期運行行?？刂撇呗员容^分分析在機(jī)組控制水平平達(dá)到一定的的自動化水平平后，整個機(jī)機(jī)組實現(xiàn)了協(xié)協(xié)調(diào)控制，機(jī)機(jī)組的負(fù)荷受受電網(wǎng)或運行行人員的控制制，一次調(diào)頻頻功能作為事事故處理手段段應(yīng)該建立機(jī)機(jī)組協(xié)調(diào)控制制的基礎(chǔ)之上上，同時為保保證機(jī)組一次次調(diào)頻功能的的完整性，要要求在機(jī)組不不在協(xié)調(diào)控制制狀態(tài)下，由由DEH完成一次調(diào)調(diào)頻功能。DEH調(diào)頻方案案方案A(見圖11)一次調(diào)頻作為功功率指令的校校正信號加入入到PID的設(shè)定值端,通過PID控制運行,相應(yīng)地調(diào)節(jié)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)門門保證機(jī)組實實際負(fù)荷等于于經(jīng)校正后的的功率指令。優(yōu)優(yōu)點是頻率偏偏差與機(jī)組負(fù)負(fù)荷變化成一一定關(guān)系,在機(jī)組運行行的任何工況況下,一定的頻率率偏差理論上上產(chǎn)生同樣幅幅度、速率的的負(fù)荷變化,有利于二次次調(diào)頻功能的的運行。缺點點是:由于作為定定值校正信號號,使得此種方方式必須在系系統(tǒng)功率回路路投入的情況況下才能起作作用;當(dāng)汽輪機(jī)調(diào)調(diào)門控制從DEH控制(LOCAAL方式)切換為CCS控制(REMOOTE方式)后,DEH側(cè)功率回路路退出運行,也就是此種種方式的一次次調(diào)頻功能被被禁止投運;由于經(jīng)過調(diào)調(diào)節(jié)器,一次調(diào)頻功功能的響應(yīng)時時間受調(diào)節(jié)器器的參數(shù)控制制。方案B(見圖22)一次調(diào)頻作為功功率調(diào)節(jié)器輸輸出指令的校校正信號,經(jīng)校正后的的指令直接輸輸出到閥門管管理程序,保證機(jī)組調(diào)調(diào)門開度指令令(指汽輪機(jī)的的流量指令)等于經(jīng)一次次調(diào)頻校正后后的指令輸出出。優(yōu)點:1與以往老式式的液調(diào)機(jī)組組比較,兩者具有相相同的控制方方式。一次調(diào)調(diào)頻功能可以以在功率回路路解除的情況況下正常投運運;并且當(dāng)汽輪輪機(jī)調(diào)門控制制從DEH系統(tǒng)控制(LOCAAL方式)切換為CCS系統(tǒng)控制(REMOTTE方式)后,DEH側(cè)的一次調(diào)調(diào)頻功能仍可可以起作用。2由于不經(jīng)過過調(diào)節(jié)器,一次調(diào)頻功功能的響應(yīng)速速度很快,基本上沒有有任何延時。缺缺點:因為頻率偏偏差與機(jī)組調(diào)調(diào)門流量指令令(線性化校正正的開度指令令)成一定關(guān)系,在機(jī)組運行行的任何情況況下,一定的頻率率偏差產(chǎn)生同同樣幅度、速速率的開度變變化。但是對對應(yīng)于機(jī)組負(fù)負(fù)荷而言,在機(jī)組運行行的不同情況況下,一定的頻率率偏差會產(chǎn)生生不同幅度、速速率的實際功功率變化,不利于二次次調(diào)頻功能對對控制對象的的性能把握。方案C(見圖33)結(jié)合A、B兩種種方案的優(yōu)點點,功率回路投投入時同方案案A,功率回路解解除時同方案案B,在任何運行行方式下均能能投運一次調(diào)調(diào)頻功能。CCS系統(tǒng)的調(diào)調(diào)頻方案方案A(見圖44)頻率校正信號加加在經(jīng)速率限限制后的功率率指令上后作作為設(shè)定值輸輸入到PID調(diào)節(jié)器的SP端。優(yōu)點:頻率或轉(zhuǎn)速速的偏差與機(jī)機(jī)組負(fù)荷變化化成一定關(guān)系系。在機(jī)組運運行的任何情情況下,一定的頻率(或轉(zhuǎn)速)偏差理論上上產(chǎn)生同樣幅幅度、速率的的負(fù)荷變化。有有利于二次調(diào)調(diào)頻功能的運運行。缺點:由于作為設(shè)設(shè)定值的校正正信號,使得一次調(diào)調(diào)頻功能必須須在CCS系統(tǒng)的PID回路投入的的情況下才能能起作用。1當(dāng)CCS控制系統(tǒng)由由于某種本身身原因沒投功功率回路時,一次調(diào)頻功功能不能投運運。2由于經(jīng)過調(diào)調(diào)節(jié)器,一次調(diào)頻功功能的響應(yīng)時時間受調(diào)節(jié)器器的參數(shù)控制制。(2)方案B((見圖4)頻率校正信號直直接加在功率率指令上后再再經(jīng)速率限制制作為設(shè)定值值輸入到PID調(diào)節(jié)器的SP端。這種方方式一般來說說沒有可取之之處。速率限限制在校正運運算的后面,也就是說,當(dāng)機(jī)組穩(wěn)定定運行,AGC或CCS指令沒有變變化時,在速率限制制的范圍內(nèi)一一次調(diào)頻功能能可以起作用用。但是,當(dāng)機(jī)組正處處于變負(fù)荷階階段(機(jī)組投運AGC后經(jīng)常會出出現(xiàn)),同方向(加負(fù)荷過程程中頻率偏低低或者減負(fù)荷荷過程中頻率率高)的一次調(diào)頻頻功能就被禁禁止了。通過對DEH、CCS各種一次調(diào)調(diào)頻的分析,合理的一次次調(diào)頻方法應(yīng)應(yīng)由CCS系統(tǒng)的頻率率校正(調(diào)頻)功能及DEH系統(tǒng)的調(diào)頻頻功能兩部分分一起作用來來完成。系統(tǒng)統(tǒng)因此衍生出出幾種調(diào)頻方方式:1)DEH系統(tǒng)統(tǒng)手動或閥位位控制方式時時的DEH一次調(diào)頻功功能,相當(dāng)于以前前同步器液調(diào)調(diào)機(jī)組的一次次調(diào)頻功能,優(yōu)點是負(fù)荷荷響應(yīng)速度很很快,但由于非線線性的閥門流流量特性及不不同參數(shù)運行行的工況,靜態(tài)上不能能準(zhǔn)確地達(dá)到到參數(shù)指標(biāo)的的幅度要求;2)DEH系統(tǒng)統(tǒng)功率回路自自動方式時的的DEH頻率校正(調(diào)頻)功能,優(yōu)點是負(fù)荷荷響應(yīng)速度快快,靜態(tài)上也可可以達(dá)到參數(shù)數(shù)指標(biāo)的幅度度要求,但是該狀態(tài)態(tài)不能參加機(jī)機(jī)組的CCS及AGC調(diào)節(jié);3)DEH系統(tǒng)統(tǒng)在遙控方式式,汽機(jī)主控在在手動方式時時的DEH一次調(diào)頻功功能,此時相當(dāng)于于方式1);4)DEH系統(tǒng)統(tǒng)在遙控方式式,汽機(jī)主控在在調(diào)功方式時時的CCS頻率校正(調(diào)頻)功能,優(yōu)點是可以以達(dá)到參數(shù)指指標(biāo)的幅度要要求,但負(fù)荷響應(yīng)應(yīng)速度慢;5)AGC方式式時CCS頻率校正(調(diào)頻)功能,此時相當(dāng)于于方式4)。由于CCS頻率校正(調(diào)頻)功能要通過PID實現(xiàn),如果機(jī)組調(diào)調(diào)頻速度不能能滿足要求,則在方式4)和方式5)時要結(jié)合方方式1)的DEH一次調(diào)頻功功能,以提高調(diào)頻頻的響應(yīng)速度度,同時又保證證參數(shù)指標(biāo)的的幅度要求。機(jī)組在AGC或或CCS工況時,為了快速響響應(yīng)調(diào)度負(fù)荷荷,基本不使用用汽機(jī)主控調(diào)調(diào)壓方式,故該方式下下一次調(diào)頻功功能暫不要求求。從大量試驗來看看：(1)大部分參加加試驗的機(jī)組組能在試驗開開始后10～20s內(nèi)負(fù)荷有明明顯的變化;(2)由于中儲式式機(jī)組的變負(fù)負(fù)荷速率比較較高,故一次調(diào)頻頻能力普遍優(yōu)優(yōu)于直吹式機(jī)機(jī)組;(3)機(jī)組容量越越小,汽包容積越越大,機(jī)組蓄熱量量所占比例越越大,一次調(diào)頻能能力越好。參數(shù)設(shè)置(與華華北電網(wǎng)比較較)不等率轉(zhuǎn)速不等率是機(jī)機(jī)組一次調(diào)頻頻的主要指標(biāo)標(biāo)之一，機(jī)組組轉(zhuǎn)速不等率率為5％?；痣姍C(jī)組速度不不等率一般為為4％～5％。遲緩率具有DEH的機(jī)機(jī)組遲緩率應(yīng)應(yīng)小于0.06％，其它機(jī)機(jī)組應(yīng)小于0.1％機(jī)組容量<1000MW,遲緩率要求求小于0.4％；機(jī)組容容量100MW～200MW，遲緩率要要求小于0.2％；機(jī)組容容量>200MMW，遲緩率要要求小于0.1％。功率補(bǔ)償量負(fù)荷限制最大為為機(jī)組額定容容量的±5％額定負(fù)荷2000MW及以下的火火電機(jī)組，限限制幅度不小小于機(jī)組額定定負(fù)荷的±10％；額定負(fù)負(fù)荷220～350MW的火電機(jī)組組，限制幅度度不小于機(jī)組組額定負(fù)荷的的±8％；額定負(fù)負(fù)荷500MW及以上的火火電機(jī)組，限限制幅度不小小于機(jī)組額定定負(fù)荷的±6％鍋爐的響應(yīng)能力力是制約機(jī)組組一次調(diào)頻幅幅度的主要因因素，具有不不同的結(jié)構(gòu)形形式與調(diào)節(jié)系系統(tǒng)的鍋爐，對對不同變化速速度的汽輪機(jī)機(jī)蒸汽流量擾擾動的響應(yīng)有有所不同。如如直流鍋爐與與汽包鍋爐比比較，其蓄熱熱能力小的多多，閥門開度度擾動對主汽汽壓的影響快快，而且幅度度更大；另外外，采用機(jī)爐爐協(xié)調(diào)控制系系統(tǒng)與否，對對相同的蒸汽汽流量擾動造造成的主汽壓壓變化是不一一樣的，有研研究表明兩者者相差達(dá)兩倍倍以上。因此此要設(shè)計某機(jī)機(jī)組的一次調(diào)調(diào)頻動態(tài)性或或確定其一次次調(diào)頻幅度，首首先應(yīng)獲取鍋鍋爐在主汽壓壓不超界的情情況下，能承承受的最大蒸蒸汽流量擾動動，記做Dmax((S),它是頻率的的函數(shù)，因為為不同的變化化速度的蒸汽汽流量擾動，引引起主汽壓變變化的大小是是不同的。死區(qū)機(jī)組一次調(diào)頻的的動作轉(zhuǎn)速死死區(qū)為：3000±±6轉(zhuǎn)/分鐘火電機(jī)組一次調(diào)調(diào)頻死區(qū)不大大于±r/miin變負(fù)荷率機(jī)組增減負(fù)荷速速度不低于額額定容量的3％/分鐘（AGC功能投入時時，可采用AGC增減負(fù)荷速速度＋一次調(diào)調(diào)頻增減負(fù)荷荷速度）無響應(yīng)滯后時間機(jī)組一次調(diào)頻功功能進(jìn)入動作作區(qū)到機(jī)組實實發(fā)功率發(fā)生生相應(yīng)變化的的時間小于15秒。當(dāng)電網(wǎng)頻率變化化達(dá)到一次調(diào)調(diào)頻動作值到到機(jī)組負(fù)荷開開始變化所需需的時間為一一次調(diào)頻負(fù)荷荷響應(yīng)滯后時時間，應(yīng)小于于3秒穩(wěn)定時間無機(jī)組參與一次調(diào)調(diào)頻過程中，在在電網(wǎng)頻率穩(wěn)穩(wěn)定后，機(jī)組組負(fù)荷達(dá)到穩(wěn)穩(wěn)定所需時間間為一次調(diào)頻頻穩(wěn)定時間，應(yīng)應(yīng)小于1min，機(jī)組協(xié)調(diào)調(diào)控制系統(tǒng)獲獲自動發(fā)電控控制（AGC）運行時，應(yīng)應(yīng)剔除負(fù)荷指指令變化的因因素。幾點說明如果機(jī)組DEHH的一次調(diào)頻頻正常，而DCS處于協(xié)調(diào)方方式且一次調(diào)調(diào)頻處于切除除狀態(tài)，機(jī)組組將不能正常常發(fā)揮一次調(diào)調(diào)頻作用。幾種頻率死區(qū)設(shè)設(shè)置函數(shù)比較較圖（a）為無死死區(qū)的線性函函數(shù)，在日本本的機(jī)組上較較多；圖（b）為國內(nèi)大大多數(shù)系統(tǒng)采采用的方法；；圖（c）為目前我我省正在使用用的方法。比比較而言圖（b）所示可能能更好一些，主主要有一下幾幾方面原因：：(1)電網(wǎng)頻頻率偏移50±±0.0334Hz開始調(diào)整,距地區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)要求的50±±0.lHHz還有較大裕裕量;控制精度更更高。(2)火電機(jī)機(jī)組負(fù)荷調(diào)整整精度低,小范圍調(diào)整整負(fù)荷準(zhǔn)確性性差,允許有一定定的