龐向坤，郎澄宇，韓英昆，梁英哲

（1.山東電力集團公司電力科學(xué)研究院，山東 濟南 250002；2.華北電力大學(xué)，北京 102206）

0 引言

隨著新能源并網(wǎng)、負荷增長和電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，在特高壓電網(wǎng)和大區(qū)電網(wǎng)互聯(lián)的新形勢下，各級電網(wǎng)聯(lián)系日漸緊密，電網(wǎng)和機組之間協(xié)調(diào)配合的要求也越來越高［1］，網(wǎng)廠協(xié)調(diào)功能中的一次調(diào)頻成為穩(wěn)定電網(wǎng)的有效手段之一。

發(fā)電機組一次調(diào)頻功能是汽輪發(fā)電機組固有的功能，主要是通過調(diào)節(jié)DEH系統(tǒng)的進汽調(diào)節(jié)門，利用鍋爐蓄熱，快速響應(yīng)電網(wǎng)的要求，穩(wěn)定電網(wǎng)頻率，以彌補電網(wǎng)負荷差距，維持電網(wǎng)的安全。

1 單元機組負荷控制的組成

單元機組的負荷組成由上而下分4層：負荷管理中心、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、鍋爐和汽機子控制系統(tǒng)、控制對象。如圖1，負荷管理中心主要是用來產(chǎn)生負荷指令，接受電網(wǎng)調(diào)度中心給出的指令或操作員要求給出的指令，然后根據(jù)實際的頻率、功率、汽壓、機組的運行工況、及其輔機的狀態(tài)等加以計算，把機組能承擔(dān)的實際負荷信號送給鍋爐和汽輪機子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)發(fā)出指令去作用控制對象［2-3］。當電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，機組一次調(diào)頻立即動作，指令直接疊加到調(diào)節(jié)機構(gòu)上，傳動機構(gòu)帶動發(fā)電機做功，完成熱能到電能的轉(zhuǎn)化。

圖1 單元機組的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 火電機組一次調(diào)頻問題分析

機組一次調(diào)頻的控制功能框架基本上是一種簡單的有差線性調(diào)節(jié)，即按照并網(wǎng)相關(guān)文件的技術(shù)要求在負荷控制邏輯中設(shè)置對應(yīng)的調(diào)頻量靜態(tài)函數(shù)，但火電機組在運行過程中的動態(tài)特性的不一致及運行參數(shù)的變化，現(xiàn)有的一次調(diào)頻控制策略不能滿足機組不同參數(shù)下一次調(diào)頻的響應(yīng)能力，致使一次調(diào)頻響應(yīng)幅度不夠或調(diào)節(jié)過大，主要原因是一次調(diào)頻的變化幅度是在機組的額定參數(shù)下的一個響應(yīng)，但在實際運行過程中，受機組運行參數(shù)、運行方式及鍋爐運行狀態(tài)的影響，導(dǎo)致機前壓力達不到相應(yīng)的要求［4］；另外DEH調(diào)門流量非線性特性對機組一次調(diào)頻性能的影響往往使人忽視［5］，網(wǎng)內(nèi)許多機組由于未能規(guī)范、定期整定閥門流量補償曲線致使汽輪機調(diào)門在不同開度，發(fā)電機組調(diào)頻性能呈現(xiàn)出較強的非線性，局部不等率就會相應(yīng)的改變，使一次調(diào)頻的實際動作幅度調(diào)節(jié)不夠或者產(chǎn)生超調(diào)，難以兼顧負荷全程范圍的一次調(diào)頻能力。

3 基于DEH側(cè)的一次調(diào)頻修正

經(jīng)過理論研究與大量的試驗，提出一個函數(shù)對一次調(diào)頻進行負荷補償修正。所采用的邏輯方案如圖2。一次調(diào)頻功率補償量采用與修正函數(shù)相乘進行修正，修正函數(shù)是一個由機前壓力、額定壓力及閥門流量特性修正系數(shù)組成的函數(shù)，一次調(diào)頻不動作時，修正函數(shù)根據(jù)機組的狀態(tài)進行實時計算，當一次調(diào)頻動作后，后面的切換塊5產(chǎn)生一個自保持回路，維持機組一次調(diào)頻動作時的狀態(tài)參數(shù)，保持修正函數(shù)不變，避免負荷產(chǎn)生一定的擺動，維持一次調(diào)頻動作的穩(wěn)定性。

圖2 DEH側(cè)一次調(diào)頻的負荷修正

圖2中所用的修正過程采用修正函數(shù)f（x1，x2），它是由閥門流量特性修正系數(shù)ρ、機前壓力x1及機組額定壓力x2組成。

式中：δi為負荷i段的轉(zhuǎn)速不等率；δN為額定轉(zhuǎn)速不等率。

圖3為一次調(diào)頻動作時的負荷補償曲線。

圖3 一次調(diào)頻負荷特性曲線

當有頻差出現(xiàn)（越過死區(qū)）時，補償負荷經(jīng)過修正直接疊加到調(diào)門指令上，實現(xiàn)負荷的快速響應(yīng)。補償負荷的計算公式

式中：ΔP為功率補償量；PN為機組的額定功率；n0為額定轉(zhuǎn)速；Δn為轉(zhuǎn)速偏差；δN為額定轉(zhuǎn)速不等率。

由式修正函數(shù)和（2）式經(jīng)處理后得到補償負荷的修正指令ΔP′為：

經(jīng)過修正后的一次調(diào)頻功率補償量，經(jīng)過限幅器、切換塊送到加法器處理后送至各個閥門特性曲線，控制調(diào)節(jié)閥的動作。

4 CCS+DEH方式下工程試驗

一次調(diào)頻試驗的工況很多，而且是每個工況對應(yīng)的試驗點有3個，選取目前機組的普遍運行方式——協(xié)調(diào)方式，試驗點選在75%的負荷點處，所以試驗是在CCS+DEH方式下進行的，并且采用了優(yōu)化方案。試驗對象亞臨界機組，額定出力330 MW，高中壓合缸，中間再熱雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，高中壓缸采用合缸反流結(jié)構(gòu)，低壓缸采用雙層分流結(jié)構(gòu)，汽輪機具有八級非調(diào)整回?zé)岢槠?，汽輪機的額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min。

機組設(shè)定的轉(zhuǎn)速不等率為5%，轉(zhuǎn)差為12 r/min（頻差為0.2 Hz）時，不計調(diào)頻死區(qū)，則根據(jù)公式（1）計算出功率補償量ΔP=26.4 MW。

選擇75%的負荷點進行試驗，減負荷過程曲線如圖4（光標在動作3 s處）。

圖4 一次調(diào)頻減負荷過程中各個參數(shù)的實時曲線

一次調(diào)頻主要技術(shù)指標要求計算如表1。

表1 一次調(diào)頻減負荷過程中性能指標計算結(jié)果（轉(zhuǎn)差包括死區(qū)）

從圖4和表1可以看出，一次調(diào)頻在減負荷過程動作過程中，無論是靜態(tài)指標、動態(tài)指標還是負荷變化幅度都滿足性能指標的要求。

升負荷過程曲線如圖5（光標在動作30 s處）。

圖5 一次調(diào)頻升負荷過程中各個參數(shù)的實時曲線

一次調(diào)頻主要技術(shù)指標要求計算如表2。

表2 一次調(diào)頻動作升負荷過程計算結(jié)果（轉(zhuǎn)差包括死區(qū)）

從圖5和表2可以看出，一次調(diào)頻在升負荷過程動作過程中，無論是靜態(tài)指標、動態(tài)指標還是負荷變化幅度都滿足性能指標的要求。

5 結(jié)語

并網(wǎng)機組的一次調(diào)頻性能的好壞直接影響電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定，影響發(fā)電有功功率和負荷之間的平衡關(guān)系，引起電網(wǎng)的有功失去平衡，產(chǎn)生系統(tǒng)頻率波動。 因此深入機組的一次調(diào)頻功能技術(shù)研究，改善機組的一次調(diào)頻的性能顯得格外重要。從通過機組的調(diào)頻原理和機組運行動態(tài)特性出發(fā)，提出了改善機組的一次調(diào)頻的性能的修正公式，對智能電網(wǎng)下火力發(fā)電機組的一次調(diào)頻的改進和提高具有借鑒意義。