中國儲能網(wǎng)訊：本文介紹了電力生產(chǎn)過程中一次調(diào)頻出現(xiàn)的實際問題，具體分析了各種不利因素對機組調(diào)頻的影響；并結(jié)合實際生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，分析發(fā)電機組調(diào)頻能力受限的原因，給出了典型的控制技術(shù)方案，對同類型的問題具有一定的借鑒意義。
1 引言
隨著特高壓輸電及風電、太陽能等新能源建設(shè)的快速發(fā)展，區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)變得也越來越復雜，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行技術(shù)要求也越來越高。
眾所周知，風電與太陽能等新能源發(fā)電的可預測性相對較差，且風力發(fā)電的高峰負荷大多出現(xiàn)在用電量的波谷處，同時新能源發(fā)電的可控性也相對較差，一次調(diào)頻貢獻能力有限，對電網(wǎng)的調(diào)整來說，風電并網(wǎng)負荷越高，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，保證電網(wǎng)頻率、電壓等技術(shù)指標，也將會成為一個重要的技術(shù)難題。
2 一次調(diào)頻的性能指標
2.1基本概念
在電網(wǎng)實際運行中，當電量消耗與電量供給不匹配時，即可引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)變化較小、變動周期較短的微小分量，這種頻率擾動主要
靠汽輪發(fā)電機組本身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接自動調(diào)整汽輪機調(diào)門完成電網(wǎng)負荷補償，修正電網(wǎng)頻率的波動，這個過程即為發(fā)電機組的一次調(diào)頻。
發(fā)電機組汽輪機電液控制系統(tǒng)即 DEH 系統(tǒng)中一次調(diào)頻功能通常是將汽輪機轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的差值直接轉(zhuǎn)化為功率信號補償或流量補償， 控制結(jié)構(gòu)原理圖如圖 1 所示。
在我國電網(wǎng)額定頻率為 50Hz，汽輪機額定轉(zhuǎn)速為 3000rpm，額定頻率與實際頻率差值（有時額定轉(zhuǎn)速與汽輪機實際轉(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)頻補償因子，一次調(diào)頻功能投入， 直接與功率或流量信號疊加，控制汽輪機的調(diào)門開度，一次調(diào)頻切除時，調(diào)頻補償因子系數(shù)為零，不參與系統(tǒng)控制。
2.2基本技術(shù)要求
發(fā)電機組的一次調(diào)頻指標主要包括：不等率、調(diào)頻死區(qū)、快速性、補償幅度、穩(wěn)定時間等。不同區(qū)域的電網(wǎng)公司對各個技術(shù)指標要求也不盡相同。下面以國標GB/T 30370-2013《火力發(fā)電機組一次調(diào)頻及性能驗收導則》 中的具體要求為例，說明各個技術(shù)指標的具體要求。
1）轉(zhuǎn)速不等率：
火電機組轉(zhuǎn)速不等率應為3％～6％，該技術(shù)指標不計算調(diào)頻死區(qū)影響部分。該指標一般作為邏輯組態(tài)參考應用，機組實際不等率需根據(jù)一次調(diào)頻實際動作進行動態(tài)計算。
2） 調(diào)頻死區(qū)：
機組參與一次調(diào)頻死區(qū)應不大于|±0.033| Hz 或|±2| r/min。
3）快速性：
機組參與一次調(diào)頻的響應時間應小于 3s。燃煤機組達到 75％目標負荷的時間應不大于 15s，達到 90％目標負荷的時間應不大于30s，燃氣輪機機組達到90%目標負荷的時間應不大于15s。對于高壓油電液調(diào)節(jié)機組響應時間一般在1-2s。電網(wǎng)頻率波動越頻，該技術(shù)指標越重要。
4）穩(wěn)定時間：
機組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時間應小于 1min。該技術(shù)指標對于發(fā)電機組及電網(wǎng)穩(wěn)定運行都十分重要。
5）一次調(diào)頻負荷變化幅度
機組參與一次調(diào)頻的調(diào)頻負荷變化幅度下限應大于機組穩(wěn)燃負荷；一次調(diào)頻的調(diào)頻負荷變化幅度上限應加以限制，限制幅度在（6％-10%）Po。
3 火力發(fā)電機組一次調(diào)頻運行中主要問題及原因分析
一次調(diào)頻的性能指標直接影響發(fā)電機組的涉網(wǎng)調(diào)頻貢獻能力，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運行起到十分重要的作用。
但在機組實際運行過程中，由于運行工況、現(xiàn)場設(shè)備等原因，機組一次調(diào)頻功能往往受到較大影響，下面簡單列舉一下，常見的一次調(diào)頻存在問題。
3.1一次調(diào)頻響應時間過長
個別機組在一次調(diào)頻試驗時，負荷響應大于技術(shù)要求的 3s 開始動作，有的甚至長達 5-10s開始響應調(diào)頻指令，這類機組一次調(diào)頻的性能對電網(wǎng)調(diào)頻一般起不到正常的補償作用，反而可能引起反向補償。
由于現(xiàn)在機組 DCS 和 DEH 系統(tǒng)的運行周期為 ms 級運算，一次調(diào)頻指令產(chǎn)生的延時一般可以忽略不計，整個控制系統(tǒng)的延遲主要由信號的傳遞通道延遲或現(xiàn)場執(zhí)行機構(gòu)的物理延遲引起。
如因信號傳遞通道引起，一般修改應在DEH 設(shè)備廠家的同意情況下，指導進行修改調(diào)整；如因現(xiàn)場執(zhí)行機構(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，如某 330MW 機組，目的實現(xiàn)一次調(diào)頻在 180MW---330MW 區(qū)間投入 ， 調(diào) 頻 補 償 負 荷 額 定 設(shè) 置 為-26.4MW---+26.4MW，超出范圍自動退出一次調(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，當輸入機組負荷超出設(shè)定高低限時，輸出值為 0，一次調(diào)頻投入條件自動切除調(diào)頻投入，保 證 了 機 組 生 產(chǎn) 過 程 中 負 荷 超 出180MW---330MW 區(qū)間一次調(diào)頻自動退出，但是在兩個限幅點左右，如在 183MW 負荷點，機組一次調(diào)頻減 4MW 負荷時，機組負荷小于180MW，調(diào)頻退出瞬間，機組負荷指令又增大，機組升負荷大于 180MW，調(diào)頻又投入，調(diào)頻指令起作用，機組又減負荷，如此反復，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，在限幅點往往會引起機組負荷頻繁晃動，影響機組安全運行。
3.3一次調(diào)頻與 AGC 調(diào)節(jié)相互影響
在機組運行過程中，無論何種工況，為了保證大電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性， 一次調(diào)頻應優(yōu)先動作。
目前，機組投入 AGC 運行的越來越多，尤其” R”模式下，負荷指令變化比較快，一次調(diào)頻動作時，如果負荷指令沒有一次調(diào)頻優(yōu)先動作方案設(shè)計應用，則會出現(xiàn)負荷指令和一次調(diào)頻指令正向疊加或反向削弱。
正向疊加即一次調(diào)頻指令增負荷時機組負荷指令恰好也是升負荷（或一次調(diào)頻指令和機組負荷指令都是減負荷指令），這種情況，相當于增大了一次調(diào)頻指令，機組負荷調(diào)整幅度也大。
而出現(xiàn)反向削弱的情況則是一次調(diào)頻指令與機組負荷指令相反，這樣勢必削弱機組一次調(diào)頻性能。
3.4機組運行方式
機組出于保證運行參數(shù)（主蒸汽溫度、壓力）穩(wěn)定的考慮，協(xié)調(diào)控制采用了 TF 的運行模式（所謂 TF 模式，即機跟爐的調(diào)節(jié)模式， DCS系統(tǒng)通過改變汽機調(diào)門的開度來調(diào)節(jié)主汽壓力，以確保壓力穩(wěn)定，調(diào)門開度主要決定于主汽壓力）。
以 TF 模式運行的機組，汽機調(diào)門在一次調(diào)頻動作過程中同時承擔著調(diào)節(jié)功率和調(diào)節(jié)主汽壓力的責任，難以同時實現(xiàn)兩個控制目標，功率調(diào)節(jié)的時間非常短暫，對電網(wǎng)的調(diào)節(jié)貢獻電量非常有限。
另外機組抽氣供熱時，由于需要保證抽氣參數(shù)，機組負荷可調(diào)度區(qū)間減小，機組負荷調(diào)整能力有所減弱，因此，機組一次調(diào)頻也會受到相應的影響。
3.5閥門流量曲線不線性
大部分機組運行時汽機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，在開度20%-60%之間是線性行程，開度在此范圍之外均為非線性行程。
當系統(tǒng)發(fā)生頻率擾動時，如果汽機處于閥門切換過程或閥位行程模擬不準確，都會影響機組一次調(diào)頻效果。
3.6煤質(zhì)的影響
目前大部分機組在協(xié)調(diào)控制方式下運行，在一次調(diào)頻動態(tài)調(diào)整過程中，鍋爐主控會自動調(diào)整燃料完成蒸汽壓力變化的補償，而如果入爐煤質(zhì)較差，鍋爐的動態(tài)調(diào)整過程勢必增長，影響機組穩(wěn)定，尤其對于直流鍋爐表現(xiàn)更明顯。
3.7熱力系統(tǒng)輔機設(shè)備狀態(tài)
各個輔機設(shè)備正常運行出力，是整個機組良好運行的基礎(chǔ)?，F(xiàn)在電網(wǎng)要求發(fā)電機組全程進行一次調(diào)頻投入運行，尤其強調(diào)在額定負荷處， 要求有負荷上調(diào) 5%出力的能力。
對于增容機組來說，一般對主機系統(tǒng)進行技術(shù)改進，但往往忽略對于輔機出力的改進，因此在高負荷階段輔機的設(shè)備狀態(tài)往往對機組整體性能有著較大的影響。
3.8數(shù)據(jù)傳輸精度
目前，多個區(qū)域已經(jīng)進行一次調(diào)頻實際動作擾動合格率考核，由于機組一次調(diào)頻實際動作量比較小，因此在系統(tǒng)計算時，小的偏差對計算結(jié)果影響也比較明顯，提高一次調(diào)頻的數(shù)據(jù)精度是提高機組一次調(diào)頻合格率的有效途徑之一。
一是機組數(shù)據(jù)本身采集精度，如機組轉(zhuǎn)速、 負荷功率、蒸汽壓力等；
二是數(shù)據(jù)遠傳至調(diào)度考核系統(tǒng)過程中的數(shù)據(jù)偏差處理，在實際生產(chǎn)過程中，由于 AGC 的考核實施較早，大多該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行的了兩側(cè)校核修正，而對于PMU 上傳數(shù)據(jù)則重視程度還不夠。
4 發(fā)電機組一次調(diào)頻控制優(yōu)化方案
目前大部分發(fā)電機組的一次調(diào)頻設(shè)計采用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組閥門控制指令上，實現(xiàn)一
次調(diào)頻動作的快速性，保證電網(wǎng)頻率波動時，發(fā)電機組可以快速增減出力，補償電網(wǎng)調(diào)頻所需負荷；利用DCS側(cè)控制方案保證機組一次調(diào)頻補償幅度，二者相互配合，提升機組的一次調(diào)頻性能。
4.1DEH 側(cè)一次調(diào)頻控制方案
DEH 側(cè)一次調(diào)頻功能對負荷的修正直接疊加到流量指令上，即根據(jù)調(diào)節(jié)量直接開大或關(guān)小調(diào)門，調(diào)整汽輪機的進汽量，快速穩(wěn)定電網(wǎng)頻率。功率回路投入時，負荷設(shè)定值同時增加一次調(diào)頻指令，在提高機組一次調(diào)頻快速動作的同時保證負荷不出現(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 切除汽機主控回路時，一次調(diào)頻功能由 DEH 實現(xiàn)。 DCS 投入汽機主控回路時，一次調(diào)頻指令疊加到負荷設(shè)定值上（未直接添加到去 DEH 的流量指令上），提高機組一次調(diào)頻的精確性及穩(wěn)定性。
5 結(jié)論
一次調(diào)頻是發(fā)電機組重要涉網(wǎng)性能之一，也是電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要技術(shù)手段，其實現(xiàn)主要依靠每臺發(fā)電機組的調(diào)頻能力的疊加，在保證機組安全運行的前提下，有效提升發(fā)電機組一次調(diào)頻性能必將成為網(wǎng)源協(xié)調(diào)發(fā)展的一個重要技術(shù)課題。
