中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：本文介紹了電力生產(chǎn)過(guò)程中一次調(diào)頻出現(xiàn)的實(shí)際問(wèn)題，具體分析了各種不利因素對(duì)機(jī)組調(diào)頻的影響；并結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，分析發(fā)電機(jī)組調(diào)頻能力受限的原因，給出了典型的控制技術(shù)方案，對(duì)同類型的問(wèn)題具有一定的借鑒意義。
1 引言
隨著特高壓輸電及風(fēng)電、太陽(yáng)能等新能源建設(shè)的快速發(fā)展，區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得也越來(lái)越復(fù)雜，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)要求也越來(lái)越高。
眾所周知，風(fēng)電與太陽(yáng)能等新能源發(fā)電的可預(yù)測(cè)性相對(duì)較差，且風(fēng)力發(fā)電的高峰負(fù)荷大多出現(xiàn)在用電量的波谷處，同時(shí)新能源發(fā)電的可控性也相對(duì)較差，一次調(diào)頻貢獻(xiàn)能力有限，對(duì)電網(wǎng)的調(diào)整來(lái)說(shuō)，風(fēng)電并網(wǎng)負(fù)荷越高，電網(wǎng)調(diào)節(jié)越難。
如何在保證電網(wǎng)快速發(fā)展的同時(shí)，保證電網(wǎng)頻率、電壓等技術(shù)指標(biāo)，也將會(huì)成為一個(gè)重要的技術(shù)難題。
2 一次調(diào)頻的性能指標(biāo)
2.1基本概念
在電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)電量消耗與電量供給不匹配時(shí)，即可引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)變化較小、變動(dòng)周期較短的微小分量，這種頻率擾動(dòng)主要
靠汽輪發(fā)電機(jī)組本身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接自動(dòng)調(diào)整汽輪機(jī)調(diào)門完成電網(wǎng)負(fù)荷補(bǔ)償，修正電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，這個(gè)過(guò)程即為發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻。
發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)即 DEH 系統(tǒng)中一次調(diào)頻功能通常是將汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的差值直接轉(zhuǎn)化為功率信號(hào)補(bǔ)償或流量補(bǔ)償， 控制結(jié)構(gòu)原理圖如圖 1 所示。
在我國(guó)電網(wǎng)額定頻率為 50Hz，汽輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速為 3000rpm，額定頻率與實(shí)際頻率差值（有時(shí)額定轉(zhuǎn)速與汽輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的差值代替頻率差值）經(jīng)函數(shù)變換后生成一次調(diào)頻補(bǔ)償因子，一次調(diào)頻功能投入， 直接與功率或流量信號(hào)疊加，控制汽輪機(jī)的調(diào)門開(kāi)度，一次調(diào)頻切除時(shí)，調(diào)頻補(bǔ)償因子系數(shù)為零，不參與系統(tǒng)控制。
2.2基本技術(shù)要求
發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻指標(biāo)主要包括：不等率、調(diào)頻死區(qū)、快速性、補(bǔ)償幅度、穩(wěn)定時(shí)間等。不同區(qū)域的電網(wǎng)公司對(duì)各個(gè)技術(shù)指標(biāo)要求也不盡相同。下面以國(guó)標(biāo)GB/T 30370-2013《火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻及性能驗(yàn)收導(dǎo)則》 中的具體要求為例，說(shuō)明各個(gè)技術(shù)指標(biāo)的具體要求。
1）轉(zhuǎn)速不等率：
火電機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率應(yīng)為3％～6％，該技術(shù)指標(biāo)不計(jì)算調(diào)頻死區(qū)影響部分。該指標(biāo)一般作為邏輯組態(tài)參考應(yīng)用，機(jī)組實(shí)際不等率需根據(jù)一次調(diào)頻實(shí)際動(dòng)作進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算。
2） 調(diào)頻死區(qū)：
機(jī)組參與一次調(diào)頻死區(qū)應(yīng)不大于|±0.033| Hz 或|±2| r/min。
3）快速性：
機(jī)組參與一次調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于 3s。燃煤機(jī)組達(dá)到 75％目標(biāo)負(fù)荷的時(shí)間應(yīng)不大于 15s，達(dá)到 90％目標(biāo)負(fù)荷的時(shí)間應(yīng)不大于30s，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組達(dá)到90%目標(biāo)負(fù)荷的時(shí)間應(yīng)不大于15s。對(duì)于高壓油電液調(diào)節(jié)機(jī)組響應(yīng)時(shí)間一般在1-2s。電網(wǎng)頻率波動(dòng)越頻，該技術(shù)指標(biāo)越重要。
4）穩(wěn)定時(shí)間：
機(jī)組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)小于 1min。該技術(shù)指標(biāo)對(duì)于發(fā)電機(jī)組及電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行都十分重要。
5）一次調(diào)頻負(fù)荷變化幅度
機(jī)組參與一次調(diào)頻的調(diào)頻負(fù)荷變化幅度下限應(yīng)大于機(jī)組穩(wěn)燃負(fù)荷；一次調(diào)頻的調(diào)頻負(fù)荷變化幅度上限應(yīng)加以限制，限制幅度在（6％-10%）Po。
3 火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行中主要問(wèn)題及原因分析
一次調(diào)頻的性能指標(biāo)直接影響發(fā)電機(jī)組的涉網(wǎng)調(diào)頻貢獻(xiàn)能力，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行起到十分重要的作用。
但在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于運(yùn)行工況、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備等原因，機(jī)組一次調(diào)頻功能往往受到較大影響，下面簡(jiǎn)單列舉一下，常見(jiàn)的一次調(diào)頻存在問(wèn)題。
3.1一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)
個(gè)別機(jī)組在一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí)，負(fù)荷響應(yīng)大于技術(shù)要求的 3s 開(kāi)始動(dòng)作，有的甚至長(zhǎng)達(dá) 5-10s開(kāi)始響應(yīng)調(diào)頻指令，這類機(jī)組一次調(diào)頻的性能對(duì)電網(wǎng)調(diào)頻一般起不到正常的補(bǔ)償作用，反而可能引起反向補(bǔ)償。
由于現(xiàn)在機(jī)組 DCS 和 DEH 系統(tǒng)的運(yùn)行周期為 ms 級(jí)運(yùn)算，一次調(diào)頻指令產(chǎn)生的延時(shí)一般可以忽略不計(jì)，整個(gè)控制系統(tǒng)的延遲主要由信號(hào)的傳遞通道延遲或現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物理延遲引起。
如因信號(hào)傳遞通道引起，一般修改應(yīng)在DEH 設(shè)備廠家的同意情況下，指導(dǎo)進(jìn)行修改調(diào)整；如因現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的物理延遲則需要同其他專業(yè)協(xié)調(diào)解決。
3.2邏輯組態(tài)中投入范圍設(shè)置不合理
投入條件設(shè)置不恰當(dāng)，如某 330MW 機(jī)組，目的實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻在 180MW---330MW 區(qū)間投入 ， 調(diào) 頻 補(bǔ) 償 負(fù) 荷 額 定 設(shè) 置 為-26.4MW---+26.4MW，超出范圍自動(dòng)退出一次調(diào)頻功能，組態(tài)設(shè)置如圖 2 所示。
該投入范圍功能塊邏輯組態(tài)，利用 ALM 功能塊，當(dāng)輸入機(jī)組負(fù)荷超出設(shè)定高低限時(shí)，輸出值為 0，一次調(diào)頻投入條件自動(dòng)切除調(diào)頻投入，保 證 了 機(jī) 組 生 產(chǎn) 過(guò) 程 中 負(fù) 荷 超 出180MW---330MW 區(qū)間一次調(diào)頻自動(dòng)退出，但是在兩個(gè)限幅點(diǎn)左右，如在 183MW 負(fù)荷點(diǎn)，機(jī)組一次調(diào)頻減 4MW 負(fù)荷時(shí)，機(jī)組負(fù)荷小于180MW，調(diào)頻退出瞬間，機(jī)組負(fù)荷指令又增大，機(jī)組升負(fù)荷大于 180MW，調(diào)頻又投入，調(diào)頻指令起作用，機(jī)組又減負(fù)荷，如此反復(fù)，出現(xiàn)一次調(diào)頻頻繁投入退出。類似于此類組態(tài)設(shè)置的調(diào)頻投入方式，在限幅點(diǎn)往往會(huì)引起機(jī)組負(fù)荷頻繁晃動(dòng)，影響機(jī)組安全運(yùn)行。
3.3一次調(diào)頻與 AGC 調(diào)節(jié)相互影響
在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論何種工況，為了保證大電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性， 一次調(diào)頻應(yīng)優(yōu)先動(dòng)作。
目前，機(jī)組投入 AGC 運(yùn)行的越來(lái)越多，尤其” R”模式下，負(fù)荷指令變化比較快，一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，如果負(fù)荷指令沒(méi)有一次調(diào)頻優(yōu)先動(dòng)作方案設(shè)計(jì)應(yīng)用，則會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷指令和一次調(diào)頻指令正向疊加或反向削弱。
正向疊加即一次調(diào)頻指令增負(fù)荷時(shí)機(jī)組負(fù)荷指令恰好也是升負(fù)荷（或一次調(diào)頻指令和機(jī)組負(fù)荷指令都是減負(fù)荷指令），這種情況，相當(dāng)于增大了一次調(diào)頻指令，機(jī)組負(fù)荷調(diào)整幅度也大。
而出現(xiàn)反向削弱的情況則是一次調(diào)頻指令與機(jī)組負(fù)荷指令相反，這樣勢(shì)必削弱機(jī)組一次調(diào)頻性能。
3.4機(jī)組運(yùn)行方式
機(jī)組出于保證運(yùn)行參數(shù)（主蒸汽溫度、壓力）穩(wěn)定的考慮，協(xié)調(diào)控制采用了 TF 的運(yùn)行模式（所謂 TF 模式，即機(jī)跟爐的調(diào)節(jié)模式， DCS系統(tǒng)通過(guò)改變汽機(jī)調(diào)門的開(kāi)度來(lái)調(diào)節(jié)主汽壓力，以確保壓力穩(wěn)定，調(diào)門開(kāi)度主要決定于主汽壓力）。
以 TF 模式運(yùn)行的機(jī)組，汽機(jī)調(diào)門在一次調(diào)頻動(dòng)作過(guò)程中同時(shí)承擔(dān)著調(diào)節(jié)功率和調(diào)節(jié)主汽壓力的責(zé)任，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制目標(biāo)，功率調(diào)節(jié)的時(shí)間非常短暫，對(duì)電網(wǎng)的調(diào)節(jié)貢獻(xiàn)電量非常有限。
另外機(jī)組抽氣供熱時(shí)，由于需要保證抽氣參數(shù)，機(jī)組負(fù)荷可調(diào)度區(qū)間減小，機(jī)組負(fù)荷調(diào)整能力有所減弱，因此，機(jī)組一次調(diào)頻也會(huì)受到相應(yīng)的影響。
3.5閥門流量曲線不線性
大部分機(jī)組運(yùn)行時(shí)汽機(jī)采用順序閥的閥位控制模式。處于功率調(diào)節(jié)狀態(tài)的閥組，在開(kāi)度20%-60%之間是線性行程，開(kāi)度在此范圍之外均為非線性行程。
當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生頻率擾動(dòng)時(shí)，如果汽機(jī)處于閥門切換過(guò)程或閥位行程模擬不準(zhǔn)確，都會(huì)影響機(jī)組一次調(diào)頻效果。
3.6煤質(zhì)的影響
目前大部分機(jī)組在協(xié)調(diào)控制方式下運(yùn)行，在一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程中，鍋爐主控會(huì)自動(dòng)調(diào)整燃料完成蒸汽壓力變化的補(bǔ)償，而如果入爐煤質(zhì)較差，鍋爐的動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程勢(shì)必增長(zhǎng)，影響機(jī)組穩(wěn)定，尤其對(duì)于直流鍋爐表現(xiàn)更明顯。
3.7熱力系統(tǒng)輔機(jī)設(shè)備狀態(tài)
各個(gè)輔機(jī)設(shè)備正常運(yùn)行出力，是整個(gè)機(jī)組良好運(yùn)行的基礎(chǔ)。現(xiàn)在電網(wǎng)要求發(fā)電機(jī)組全程進(jìn)行一次調(diào)頻投入運(yùn)行，尤其強(qiáng)調(diào)在額定負(fù)荷處， 要求有負(fù)荷上調(diào) 5%出力的能力。
對(duì)于增容機(jī)組來(lái)說(shuō)，一般對(duì)主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，但往往忽略對(duì)于輔機(jī)出力的改進(jìn)，因此在高負(fù)荷階段輔機(jī)的設(shè)備狀態(tài)往往對(duì)機(jī)組整體性能有著較大的影響。
3.8數(shù)據(jù)傳輸精度
目前，多個(gè)區(qū)域已經(jīng)進(jìn)行一次調(diào)頻實(shí)際動(dòng)作擾動(dòng)合格率考核，由于機(jī)組一次調(diào)頻實(shí)際動(dòng)作量比較小，因此在系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，小的偏差對(duì)計(jì)算結(jié)果影響也比較明顯，提高一次調(diào)頻的數(shù)據(jù)精度是提高機(jī)組一次調(diào)頻合格率的有效途徑之一。
一是機(jī)組數(shù)據(jù)本身采集精度，如機(jī)組轉(zhuǎn)速、 負(fù)荷功率、蒸汽壓力等；
二是數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至調(diào)度考核系統(tǒng)過(guò)程中的數(shù)據(jù)偏差處理，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于 AGC 的考核實(shí)施較早，大多該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行的了兩側(cè)校核修正，而對(duì)于PMU 上傳數(shù)據(jù)則重視程度還不夠。
4 發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制優(yōu)化方案
目前大部分發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻設(shè)計(jì)采用DEH+DCS聯(lián)合調(diào)頻控制方案，利用DEH側(cè)調(diào)頻指令直接疊加到機(jī)組閥門控制指令上，實(shí)現(xiàn)一
次調(diào)頻動(dòng)作的快速性，保證電網(wǎng)頻率波動(dòng)時(shí)，發(fā)電機(jī)組可以快速增減出力，補(bǔ)償電網(wǎng)調(diào)頻所需負(fù)荷；利用DCS側(cè)控制方案保證機(jī)組一次調(diào)頻補(bǔ)償幅度，二者相互配合，提升機(jī)組的一次調(diào)頻性能。
4.1DEH 側(cè)一次調(diào)頻控制方案
DEH 側(cè)一次調(diào)頻功能對(duì)負(fù)荷的修正直接疊加到流量指令上，即根據(jù)調(diào)節(jié)量直接開(kāi)大或關(guān)小調(diào)門，調(diào)整汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，快速穩(wěn)定電網(wǎng)頻率。功率回路投入時(shí)，負(fù)荷設(shè)定值同時(shí)增加一次調(diào)頻指令，在提高機(jī)組一次調(diào)頻快速動(dòng)作的同時(shí)保證負(fù)荷不出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。
4.2DCS 側(cè)一次調(diào)頻控制方案
協(xié)調(diào)投入方式下， DCS 切除汽機(jī)主控回路時(shí)，一次調(diào)頻功能由 DEH 實(shí)現(xiàn)。 DCS 投入汽機(jī)主控回路時(shí)，一次調(diào)頻指令疊加到負(fù)荷設(shè)定值上（未直接添加到去 DEH 的流量指令上），提高機(jī)組一次調(diào)頻的精確性及穩(wěn)定性。
5 結(jié)論
一次調(diào)頻是發(fā)電機(jī)組重要涉網(wǎng)性能之一，也是電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要技術(shù)手段，其實(shí)現(xiàn)主要依靠每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻能力的疊加，在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，有效提升發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻性能必將成為網(wǎng)源協(xié)調(diào)發(fā)展的一個(gè)重要技術(shù)課題。
