一次调频功能在600MW机组上的应用

一次调频功能在600MW机组上的应用发表时间:2004-4-20作者：陈松操摘要：本文叙述了一次调频的功能、对电网稳定的作用，在吴泾600MW机组上的试验和应用情况，以及一次调频一、概述电力系统频率和电压是电能的两大重要质量指标。电力系统频率偏离额定值过多，对电能用户和电力系统的设备运行都会造成危害。大型电力系统具有许多优点，因此现代电力系统的规模越来越大，而随着电网的不断扩，以往靠调度员指令和人工操作来维持电网负荷、频率的方式已不能适应现代化电网安全、优质、经济运行的要求。为尽快适应国电公司新的区域误差控制标准的要求，满足电网调频的要求，提高电网供电品质，上海吴泾第二发电有限责任公司的二台600MW的国产亚临界燃煤发电机组，在机组完成协调试验以后，进行了一系列的工作，将二台机组的调频功能投入使用。二、机组的频率调节电力系统频率和有功功率控制通常称为电力系统自动发电控制(AGC)，它是通过控制发电机有功出力来跟踪电力系统负荷变化，从而维持频率在额定值。维持电力系统频率在额定值，是靠控制系统内所有发电机组的有功功率输出总和与系统内的所有用电设备消耗的负荷相等来实现。当上述平衡关系被打破时，频率也就发生偏移，即系统内有功功率输出小于消耗的负荷时，电网频率将降低；系统内有功功率输出大于消耗的负荷时，电网频率将升高，因此电力系统负荷调节与频率调节并不矛盾，它们调节的方向是一致的。机组的调频功能是指电网发电有功功率与负荷发生不平衡后，机组调速系统根据电网频率发生的变化(频率偏差△f)改变机组的出力，将电网频率维持稳定在50Hz左右允许范围内。我们所说的频率调节包含了一次调频和二次调频。一次调频是电网内运行的机组的调整器在没有手动和自动调频装置参与调节的情况下，自动调节汽轮机的进汽，使发电机输出功率与电网负荷变化相互平衡来维持电网频率的一种调节，也称为电力系统频率的一次调节。一次调频只与调速器的结构和工作原理、调速系统的工作特性等有关。二次调频的手动或通过自动装置改变调速器功率的给定值，调节汽轮机的进汽来维持系统频率的调节方法，也称为电力系统频率的二次调节。机组参与电网一次调频的程度取决于汽机调节系统速度变动率(调节系数)和不灵敏度(频差死区)。速度变动率反映了机组一次调频能力的大小，而频差死区则反映了系统一次调频作用的起始点。三、一次调频准备工作和技术要求3.1对一次调频功能认识我厂运行部运行专业人员和检修部热工专业人员通过讨论和学习，认识到如果上海电网各电厂大型机组都投入一次调频的功能，频率发生偏移0.1Hz，每台300MW机组一次调频需调整的功率约为1MW，这说明大机组参与一次调频后调节幅度不会太大，对机组稳定性影响不大，而电网的CPS性能将在为改善，因此一次调频的功能对电网的频率稳定贡献极大，一次调频工作是一项长期的各电厂大机组共同努力完成才能取得收益的项目。在取得以上的认识以后，我厂相关部门的工作人员打消了一次调频影响机组稳定的顾虑，互相配合，着手一次调频功能的准备工作。3.2机组一次调频能力的技术参数频差死区：±0.033Hz(2r/min)速度变动率：5%一次调频负荷范围：320MW-595MW一次调频最大功率量：4%额定负荷，我厂额定负荷为600MW，因此一次调频最大负荷可调量为24MW。根据以上参数我厂二台机组的一次调频的变负荷特性曲线如下：当频率偏差在死区内(±0.033Hz)，即转速偏差在2r/min以内时，变负荷指令输出为0，机组不参加调频，死区的设置是为避免机组输出功率的频繁抖动；当频繁偏差超出死区范围后，机组才根据超出大小进行机组负荷的调整，从而调整电网调频，机组负荷的调整以24MW为上限；当频率偏差超出上限±0.132Hz即转速偏差超出8r/min时，维持负荷24MW的最大变动量。3.3我厂控制系统中一次调频功能的实现情况我厂的600MW机组DCC(分散控制系统)为ABBBailey公司提供DEH数字与电液调节系统为西屋提供的两套系统均设计有一次调频的控制方案。这二套一次调频系统各有优缺点，DEH一次调频的优点是动作迅速，缺点是调节品质较差，对机组稳定运行影响较大，而DCS侧一次调频的优点是机组波动幅度较小，但对频率的偏差响应较慢。这二套一次调频功能可以单独投入，我厂采用同时投用二套一次调频系统的方案，使这二套系统相得益彰，收到既快又稳的效果，但控制系统变得比较复杂。3.3.1DEH侧一次调频功能在DEH切至自动后，可以由运行人员决定一次调频功能的投入或切除DEH一次调频控制方案如下图所示：F(x)即图1所示的一次调频的变负荷曲线，Y轴负荷转换成调门开度。汽要实际转速与3000r/min的偏差，通过F(x)转换成调门指令2，它的最大值为4r/min，一次调频要求系统快速动作，此后没有速率限制。DEH投自动时，DCS侧汽机主控输出到DEH转换而成调门指令1，在DEH一次调频功能投入后，与调门指令2相加后形成调门指令3，决定调门开度后，改变负荷和频率。3.3.2DCS侧一次调频功能的实现：DCS系统控制方式主要有六种：CTF、CBF和CCS都属于协调方式，理论上讲这三种协调方式都可以投入一次调频功能。由于DCS侧一次调频功能反应比较慢，它的主要任务是通过频率偏差校正机组负荷指令，改变燃料量等，从而补充或减少锅炉蓄热，因此仅允许在锅炉对负荷有控制作用的CTF和DCS一次调频控制方案如下图所示：功率指令是AGC功率指令或运行人员手动设定的功率指令经过高低负荷限制、速率限制得出的值。图中F(X)设置为图1所示的变负荷曲线。电网频率偏差经过函数发生器F(X)后产生负荷的变动值，再经过速率限制后与功率指令叠加形成机组的负荷指令。CCS方式下，负荷指令改变了汽机主控和锅炉主控的输出，一方面开关调门改变负荷来维持电网频率的稳定，另一方面改变燃料量等补充锅炉的能量损失，使机组达到新的平衡。CTF方式下，负荷指令仅改变了锅炉主控的输出，因此该方式下，仅投用DCS侧一次调频的效果是非常差的。四、试验过程我厂在上海电力试验研究所同行的指导和协调下，先后多次对#1、#2机组进行了一次调频的试验。一次调频试验以三种方式进行：1)EH侧一次调频单独作用时功能和性能的试验；2)DCS侧一次调频单独作用时功能和性能的试验；3)DEH和DCS一次调频同时作用时功能和性能的试验；试验内容包括：1)频差死区范围的验证；2)频率偏高时的模拟试验；3)频率偏低时的模拟试验；五、试验发现并解决了以下问题5.1DEH侧与DCS侧一次调频动作不同步，在时间上有先后。经过分析，二套系统采用的信号间存在偏差，DEH侧一次调频使用的是转速信号，而DCS采用的是电网频率信号，这二个信号来源不同，存在偏差，解决方法为DCS改为使用DEH送来的转速信号。5.2当机组投入自动控制(AGC、CCS、CTF)时，电网一次调频与机组负荷调整之间的不协调问题，以AGC方式为例，汽机调门同时受控于DEH侧的频率偏差和DCS侧AGC指令，汽机调节系统一次调频动作后，实际负荷变化而机组的AGC功率指令并未变化，DCS侧将要求汽机调门朝相反向调整机组出力，会造成机组调节过于频繁，引起系统振荡。经过仔细研究控制系统以后，对DCS的一次调频控制方案进行了如下图所示的修改，以避免DCS侧动作调门方向与DEH侧一次调频的方向相反。在一次调频功能投入的情况下，转速偏高2r/min，即转速大于3002r/min，频率偏高时的一次调频功能动作，DEH侧将使调门关，此时DCS汽机主控接受闭锁增指令，汽机主控输出只能减少，也就是说调门只能关。如果发生主汽压力比压力设定值大0.3MPa以上或负荷比负荷设定值小6MW以上时，闭锁增的功能解除。转速偏低的情况与此类似。六、结论通过对试验过程存在问题的处理，完善了一次调频功能，并消减了系统可能引起的振荡。下图是我厂一次调频试验曲线，图中红色曲线A是机组实发功率，标尺范围370MW-420MW，绿色曲线B为频率，标尺范围49.8-50.2Hz，C线为一次调频投入后的负荷指令，标尺范围为370-420MW，D线为主蒸汽压力，标尺范围为14-16MPa。此次试验频率偏差0.04Hz，负荷调整了12MW，主蒸汽压力升高了0.2MPa，可以看出一次调频功能的实现对机组稳定性影响不大。我们认为DEH和DCS的一次调频功能可以单独投用，但一起投用的效果更理想。一次调频功能对电网频率的稳定作用较明显，能起到维持电网频率的稳定和电网优质运行的作用，且对机组的稳定运行影响并不大。因此我们觉得系统内各大机组应齐心协力做好一次调频的工作，共同为维持电网频率稳定，提高电能质量而努力。G-2004-2