【摘要】　根據(jù)銅陵電廠3號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻功能的試驗(yàn)情況，分析機(jī)組在幾個(gè)不同的典型工況下，一次調(diào)頻響應(yīng)能力、特點(diǎn)及進(jìn)行一次調(diào)頻對(duì)機(jī)組安全性與穩(wěn)定性的影響，確定能滿足機(jī)組參加電網(wǎng)一次調(diào)頻的最優(yōu)運(yùn)行與控制方式。通過對(duì)不同控制方式下全省聯(lián)調(diào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，指出在CCS、DEH調(diào)頻功能均投入的控制方式下，機(jī)組參加一次調(diào)頻功能的負(fù)荷響應(yīng)較快，功率波動(dòng)不大，有關(guān)指標(biāo)滿足性能要求。

【關(guān)鍵詞】　一次調(diào)頻；不等率；電網(wǎng)頻率；DEH；CCS

隨著大容量機(jī)組在電網(wǎng)中的比例不斷增大，以及因電網(wǎng)用電結(jié)構(gòu)變化引起的負(fù)荷峰谷差逐步加大，大容量機(jī)組的運(yùn)行方式也逐步發(fā)生了變化，大容量機(jī)組需要根據(jù)電網(wǎng)中心調(diào)度所的負(fù)荷需求量和電網(wǎng)的頻率偏差參與電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻。為進(jìn)一步提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，增強(qiáng)電網(wǎng)抗事故能力，根據(jù)國(guó)家電力公司華東公司的要求，網(wǎng)內(nèi)各電廠相應(yīng)開展了大機(jī)組一次調(diào)頻功能的試驗(yàn)工作，隨后安徽電網(wǎng)進(jìn)行了一次調(diào)頻聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，為投運(yùn)做好準(zhǔn)備。銅陵電廠3號(hào)機(jī)組是哈爾濱動(dòng)力股份有限公司制造的300MW引進(jìn)型機(jī)組，鍋爐為強(qiáng)制循環(huán)汽包爐，制粉系統(tǒng)為中間儲(chǔ)倉式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)。DCS系統(tǒng)為美國(guó)MCS公司的MAX 1000+PLUS系統(tǒng)，DEH為新華公司的DEH-IIIA系統(tǒng)。

1　一次調(diào)頻功能

對(duì)于大容量火電機(jī)組CCS及DEH系統(tǒng)均設(shè)計(jì)一次調(diào)頻功能，盡管不同機(jī)組的CCS主控系統(tǒng)原理有所不同，但其一次調(diào)頻原理還是相同的。

1.1 CCS系統(tǒng)一次調(diào)頻功能

CCS主控系統(tǒng)采用的是MCS公司的專利技術(shù)DEB400直接能量平衡控制系統(tǒng)。CCS主控系統(tǒng)的原理如圖1所示。

圖1　DEB400協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理

CCS系統(tǒng)正常運(yùn)行方式：ACC+DEB(直接能量平衡)+TB(Turbinc Base)，鍋爐調(diào)壓，CCS至DEH的遙控口投入，CCS通過DEH遙控口控制汽機(jī)調(diào)門調(diào)節(jié)功率。CCS主控系統(tǒng)中AGC的功率指令或運(yùn)行人員的給定功率指令經(jīng)過限幅及速率限制后與電網(wǎng)頻差所校正的負(fù)荷指令進(jìn)行迭加，迭加的功率指令送至功率PID調(diào)節(jié)器控制汽輪機(jī)調(diào)門開度。其轉(zhuǎn)差一功率函數(shù)模塊f(x)曲線如圖2所示，轉(zhuǎn)差信號(hào)來自DEH系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，其主要參數(shù)設(shè)置為，轉(zhuǎn)速不等率：5%；轉(zhuǎn)差死區(qū)：±2r/min；轉(zhuǎn)差調(diào)節(jié)范圍：+12r/min；負(fù)荷調(diào)節(jié)限幅：±20MW。當(dāng)轉(zhuǎn)差信號(hào)在死區(qū)內(nèi)時(shí)，頻差信號(hào)切除，函數(shù)器輸出為0MW，機(jī)組不參加調(diào)頻；死區(qū)的設(shè)置是為了避免機(jī)組輸出電功率頻繁抖動(dòng)，只有當(dāng)轉(zhuǎn)差信號(hào)超出±2r/min時(shí)，機(jī)組才根據(jù)超出大小參加調(diào)頻；當(dāng)轉(zhuǎn)差信號(hào)超出+12r/min時(shí)，函數(shù)器輸出保持±20MW不變。函數(shù)器特性的斜率代表了電網(wǎng)對(duì)機(jī)組調(diào)頻負(fù)荷分配比例，函數(shù)斜率越大，轉(zhuǎn)速不等率越小，機(jī)組調(diào)頻能力越強(qiáng)；函數(shù)斜率越小，轉(zhuǎn)速不等率越大，機(jī)組調(diào)頻能力越弱。300MW機(jī)組通常調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不等率取值為5%。CCS系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能只有在DEB+TB投入才起作用。

圖2　轉(zhuǎn)差—功率函數(shù)曲線

1.2　DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻功能

DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻功能的轉(zhuǎn)差—功率函數(shù)模塊曲線與CCS系統(tǒng)相同，電網(wǎng)頻差所校正的負(fù)荷指令直接迭加到DEH系統(tǒng)負(fù)荷需求上去控制調(diào)門。

2　一次調(diào)頻功能單機(jī)試驗(yàn)

2.1　單機(jī)試驗(yàn)

選取兩個(gè)比較典型的運(yùn)行工況：機(jī)組負(fù)荷分別為90%ECR、60%ECR，DEH為順序閥控制，機(jī)組定壓運(yùn)行，AGC解除，分別在下列控制方式下進(jìn)行一次調(diào)頻功能試驗(yàn)。轉(zhuǎn)差信號(hào)采取強(qiáng)制DEH系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，使轉(zhuǎn)速值上升7r/min或下降7r/min。

2.1.1　DEH調(diào)頻投入方式下：CCS系統(tǒng)側(cè)DEB投入，鍋爐自動(dòng)調(diào)壓。CCS至DEH的遙控口解除，DEH系統(tǒng)功率及壓力調(diào)節(jié)回路解除，一次調(diào)頻功能投入。

2.1.2　CCS調(diào)頻投入方式下：CCS系統(tǒng)側(cè)DEB+TB(汽機(jī)基本)+一次調(diào)頻功能投入，鍋爐自動(dòng)調(diào)壓，汽機(jī)調(diào)功。DEH側(cè)遙控口投入，DEH系統(tǒng)功率、壓力調(diào)節(jié)回路及一次調(diào)頻功能解除。

2.1.3　CCS+DEH調(diào)頻投入方式下：CCS系統(tǒng)側(cè)DEB+汽機(jī)基本+一次調(diào)頻功能投入，鍋爐自動(dòng)調(diào)壓，汽機(jī)調(diào)功。DEH側(cè)遙控口投入，DEH系統(tǒng)功率、壓力調(diào)節(jié)回路解除，一次調(diào)頻功能投入。

2.1.4　單機(jī)一次調(diào)頻功能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

此次調(diào)頻功能試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1、表2。

表1 90%ECR工況下一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 60%ECR工況下一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

注：在DEH調(diào)頻功能投入控制方式下，因功率增減量未達(dá)到10MW,所以沒有記錄此試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.2　試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.2.1　DEH調(diào)頻功能投入

90%ECR的運(yùn)行工況，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化±7r/min時(shí)，負(fù)荷變化響應(yīng)較快，功率變化10MW的響應(yīng)時(shí)間t≤20s，但汽機(jī)關(guān)調(diào)門時(shí)功率響應(yīng)時(shí)間比開調(diào)門時(shí)要小，有關(guān)主要參數(shù)變化均不大，此工況下機(jī)組可滿足一次調(diào)頻的快速要求；60%ECR的運(yùn)行工況，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化±7r/min時(shí)，負(fù)荷變化響應(yīng)較快，但功率變化量最大值僅為5MW，原因是在不同的負(fù)荷(壓力)下，相同的調(diào)門變化量改變的負(fù)荷值不同。由于大部分機(jī)組設(shè)計(jì)為正常運(yùn)行時(shí)，功率調(diào)節(jié)是CCS通過EDH遙控口控制汽機(jī)調(diào)門來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)CCS系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能不投時(shí)，CCS系統(tǒng)對(duì)DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻功能的作用是反向的，使機(jī)組參加一次調(diào)頻作用不大。因此，這種控制方式下的一次調(diào)頻功能僅僅適用于功率完全是通過DEH系統(tǒng)調(diào)節(jié)的機(jī)組。

2.2.2 CCS調(diào)頻功能投入

90%ECR的運(yùn)行工況，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化±7r/min時(shí)，負(fù)荷變化響應(yīng)時(shí)間滿足要求，功率變化10MW的響應(yīng)時(shí)間均接近45s，有關(guān)主要參數(shù)變化均不大，此工況下機(jī)組可滿足一次調(diào)頻的快速要求；但在60%ECR的運(yùn)行工況，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化±7r/min時(shí)，負(fù)荷變化響應(yīng)較慢，功率變化10MW的時(shí)間均為75s，CCS至DEH的調(diào)門指令變化幅度較大，機(jī)組功率、汽包水位波動(dòng)較大，因此，在這種負(fù)荷工況及控制方式下，機(jī)組不宜參加一次調(diào)頻，否則，不利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2.3 CCS+DEH調(diào)頻功能投入

90%ECR的運(yùn)行工況，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化±7r/min時(shí)，負(fù)荷變化響應(yīng)時(shí)間滿足要求，功率變化10MW的響應(yīng)時(shí)間t≤30s，功率超調(diào)量1.2MW，有關(guān)主要參數(shù)變化均不大，此工況下機(jī)組可滿足一次調(diào)頻的快速要求；60%ECR的運(yùn)行工況，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化±7r/min時(shí)，結(jié)果表明負(fù)荷變化響應(yīng)基本滿足要求，功率變化10MW的響應(yīng)時(shí)間均為30s，有關(guān)主要參數(shù)變化均不大，此工況下機(jī)組可滿足一次調(diào)頻的快速要求。

在CCS+DEH控制方式下，一方面由于DEH系統(tǒng)側(cè)功率對(duì)轉(zhuǎn)差響應(yīng)較快；另一方面由于CCS系統(tǒng)側(cè)具有對(duì)功率的校正調(diào)節(jié)作用，兩側(cè)的一次調(diào)頻投入后，在轉(zhuǎn)速階躍變化后的初期由于兩側(cè)一次調(diào)頻的迭加作用，調(diào)門開大或關(guān)小的速度要大于純DEH或純CCS控制方式下的速度，功率變化響應(yīng)時(shí)間要小于純DEH或純CCS控制方式下的時(shí)間，且隨后由于CCS系統(tǒng)側(cè)具有對(duì)功率的校正調(diào)節(jié)作用，超調(diào)的功率被CCS系統(tǒng)迅速拉回，使功率較快達(dá)到目標(biāo)值，且不會(huì)有大的超調(diào)量。試驗(yàn)表明，這種控制方式是滿足機(jī)組在不同負(fù)荷下參加電網(wǎng)一次調(diào)頻的最優(yōu)方式，這與安徽省內(nèi)其他300MW機(jī)組的試驗(yàn)結(jié)果是一致的。

3　全省聯(lián)調(diào)試驗(yàn)

按安徽省電力公司的布置，2001年12月21日13:30安徽電網(wǎng)進(jìn)行了一次調(diào)頻聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，電網(wǎng)頻率擾動(dòng)采用華東天荒坪抽水蓄能電站600MW機(jī)組的抽水機(jī)組跳閘或發(fā)電機(jī)組跳閘來實(shí)現(xiàn)。全省共15臺(tái)火電機(jī)組(銘牌總?cè)萘?437MW)參加聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，銅陵電廠3號(hào)機(jī)組試驗(yàn)時(shí)的運(yùn)行方式：CCS系統(tǒng)運(yùn)行方式為AGC(AGC指令固定)+DEB(直接能量平衡)+TB(汽機(jī)基本)、定壓、順序閥運(yùn)行。根據(jù)單機(jī)一次調(diào)頻功能試驗(yàn)結(jié)果，CCS及DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻功能均投入(省內(nèi)其它300MW機(jī)組也采取此方式)。試驗(yàn)時(shí)機(jī)組負(fù)荷為70%ECR。

3.1　試驗(yàn)方法及結(jié)果

3.1.1　一次調(diào)頻自調(diào)節(jié)試驗(yàn)

一次調(diào)頻功能切除，通過天荒坪抽水蓄能電站600MW容量的抽水機(jī)組跳閘，使電網(wǎng)頻率快速上升。目的是了解安徽電網(wǎng)負(fù)荷的頻率響應(yīng)特性。此次自調(diào)節(jié)試驗(yàn)從抽水機(jī)組跳閘開始經(jīng)過25s電網(wǎng)頻率達(dá)到50.179Hz，液壓機(jī)組出力由1886.6MW降到1838.3MW，在華東電網(wǎng)的作用下，電網(wǎng)頻率經(jīng)過385s回到調(diào)頻死區(qū)。

3.1.2　電網(wǎng)頻率下降試驗(yàn)

通過開荒坪抽水蓄能電站600MW容量的發(fā)電機(jī)組跳閘，使電網(wǎng)頻率下降。通過發(fā)電機(jī)組跳閘，經(jīng)過65s電網(wǎng)頻率達(dá)到49.88Hz，由于調(diào)頻機(jī)組的共同作用，安徽電網(wǎng)調(diào)頻機(jī)組出力由3182.4MW經(jīng)過105s上升到3306.4MW，一次調(diào)頻機(jī)組調(diào)節(jié)增量124MW，達(dá)到一次調(diào)頻機(jī)組銘牌總?cè)萘康?.8%，電網(wǎng)頻率歷時(shí)205s回到調(diào)頻死區(qū)。

3.1.3 電網(wǎng)頻率上升試驗(yàn)

通過天荒坪抽水蓄能電站600MW容量的抽水機(jī)組跳閘，使電網(wǎng)頻率上升。通過抽水機(jī)組跳閘，經(jīng)過20s電網(wǎng)頻率達(dá)到50.104Hz，由于調(diào)頻機(jī)組的共同作用，安徽電網(wǎng)調(diào)頻機(jī)組出力由3339.7MW經(jīng)過125s上升到3230.4MW，一次調(diào)頻機(jī)組調(diào)節(jié)減量109.3MW，達(dá)到一次調(diào)頻機(jī)組銘牌總?cè)萘康?.5%，電網(wǎng)頻率歷時(shí)200s回到調(diào)頻死區(qū)。

3.1.4 3號(hào)機(jī)組聯(lián)調(diào)試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)(見表3)

表3 3號(hào)機(jī)一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.2 全省聯(lián)調(diào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明：CCS、DEH調(diào)頻功能均投入方式下，機(jī)組參加一次調(diào)頻的負(fù)荷。向應(yīng)較快，機(jī)組功率波動(dòng)不大，有關(guān)參數(shù)控制穩(wěn)定，指標(biāo)滿足性能要求；但由于頻率擾動(dòng)采用電網(wǎng)內(nèi)的機(jī)組跳閘方式實(shí)現(xiàn)，電網(wǎng)頻率上升或下降的速率較慢，使得負(fù)荷增減量達(dá)到理論值的時(shí)間比單機(jī)試驗(yàn)時(shí)采用轉(zhuǎn)速階躍擾動(dòng)的響應(yīng)時(shí)間慢些(單機(jī)試驗(yàn)時(shí)負(fù)荷增減量達(dá)到理論值時(shí)間為30s左右)。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：當(dāng)華東電網(wǎng)失去600MW發(fā)電/用電容量時(shí)，如果一次調(diào)頻功能不投入，則電網(wǎng)頻率變化幅度可達(dá)0.179 Hz，依靠華東電網(wǎng)其它機(jī)組作用，全網(wǎng)需用385s將電網(wǎng)頻率拉回至正常水平；若一次調(diào)頻功能投入，安徽電網(wǎng)一次調(diào)頻機(jī)組總出力變化量可達(dá)120MW水平，使得電網(wǎng)頻率變化幅度減小為0.11Hz，電網(wǎng)頻率拉回至正常水平的時(shí)間縮短至200s。因此，一次調(diào)頻功能的作用是明顯的。

4 結(jié)束語

4.1 通過單機(jī)對(duì)幾個(gè)負(fù)荷工況下不同的控制方式的試驗(yàn)結(jié)果比較及全省聯(lián)調(diào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，在CCS、DEH調(diào)頻功能均投入控制方式下，機(jī)組參加一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)較快，機(jī)組功率波動(dòng)不大，有關(guān)指標(biāo)滿足性能要求。在此控制方式下，一次調(diào)頻對(duì)汽包水位、過熱蒸汽溫度、汽機(jī)第一級(jí)金屬溫度影響并不顯著，汽包水位能控制在設(shè)定值的±40mm內(nèi)，對(duì)機(jī)組安全性與穩(wěn)定性的影響較小，是控制系統(tǒng)滿足機(jī)組參加電網(wǎng)一次調(diào)頻的最佳運(yùn)行方式。轉(zhuǎn)差一功率函數(shù)模塊f(x)的功率限幅值宜設(shè)置為3%～4% ECR；如設(shè)置過大，將使汽壓、水位波動(dòng)大，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.2　機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，如果功率由CCS系統(tǒng)調(diào)

節(jié)，CCS系統(tǒng)投入?yún)f(xié)調(diào)后，不能采取單獨(dú)投DEH側(cè)的一次調(diào)頻回路方式，否則，在參加調(diào)頻時(shí)由DEH系統(tǒng)引起的負(fù)荷增減量將被CCS系統(tǒng)迅速拉回，機(jī)組達(dá)不到參加一次調(diào)頻要求。CCS系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能只有CCS系統(tǒng)在TB(Turbine Base)方式下才起作用。

4.3　同省內(nèi)幾臺(tái)300MW自然循環(huán)汽包鍋爐的機(jī)

組試驗(yàn)結(jié)果相比，強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐因汽包容積較小，鍋爐蓄熱能力較小，在汽機(jī)調(diào)門快速關(guān)小時(shí)，主蒸汽壓力上升較慢，幅度不大，有利于電網(wǎng)高頻率時(shí)機(jī)組參加一次調(diào)頻；在汽機(jī)調(diào)門快速開大時(shí)，主蒸汽壓力下降較快，幅度較大，不利于電網(wǎng)低頻率時(shí)機(jī)組參加一次調(diào)頻。因此，對(duì)強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐的機(jī)組，函數(shù)f(x)在電網(wǎng)負(fù)頻差區(qū)間的斜率宜設(shè)置小一些，即轉(zhuǎn)速不等率設(shè)置大一些；自然循環(huán)汽包鍋爐的機(jī)組則與此相反，函數(shù)在電網(wǎng)正頻差區(qū)間的斜率宜設(shè)置小一些，有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

4.4　由于單臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻的作用是非常有限的，要使每臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻功能在電網(wǎng)中發(fā)揮應(yīng)有作用，網(wǎng)內(nèi)具有一定容量的機(jī)組必須同時(shí)參與調(diào)節(jié)。只有這樣，機(jī)組一次調(diào)頻功能投入后，才會(huì)對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，增強(qiáng)電網(wǎng)抗事故能力發(fā)揮重要作用。安徽電網(wǎng)具備一次調(diào)頻功能機(jī)組已于2002年1月21日正式投入了該功能，電網(wǎng)調(diào)度中心應(yīng)結(jié)合AGC制定有關(guān)考核規(guī)定，并采取一定的激勵(lì)機(jī)制，使具備條件的機(jī)組能正常投入發(fā)揮作用。