范華一

(國網(wǎng)能源哈密煤電有限公司,新疆哈密 839000)

火電機組一次調頻特性探討

范華一

(國網(wǎng)能源哈密煤電有限公司,新疆哈密 839000)

隨著國家電網(wǎng)中大容量機組的數(shù)量不斷增加,國內電網(wǎng)結構也不斷改變,維護電網(wǎng)的穩(wěn)定性具有重要的現(xiàn)實意義。電網(wǎng)頻率是衡量電能質量的主要標準之一,是電網(wǎng)穩(wěn)定的基礎,在實際應用中,火電機組一次調頻特性的優(yōu)劣對維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定具有重要作用。本文就是在介紹火電機組一次調頻概念的基礎上,對火電機組一次調頻的參數(shù)和特性進行了分析。

火電機組 一次調頻 特性

1 一次調頻概述

所謂一次調頻[1]，指在火電機組并入電網(wǎng)且參與運行時，由于受到外界作用導致電網(wǎng)頻率不平衡，電網(wǎng)中各機組隨電網(wǎng)頻率變化情況，其調速系統(tǒng)通過一次調頻提高或降低機組功率，以使電網(wǎng)頻率恢復平衡的過程。需要說明的是，電網(wǎng)頻率的變化程度僅限一定范圍內。一次調頻具有頻率調節(jié)快捷方便特點，但由于受整體發(fā)電機組制約，其調整量受限。

2 一次調頻的主要參數(shù)

影響火電機組的一次調頻性能的因素較多[2-4]，主要從以下幾個指標的設置方面進行分析：(1)速度變動率σ，作為調節(jié)系統(tǒng)中最重要的指標，主要反映機組一次調頻的能力。依據(jù)自動調節(jié)原理，速度變動率σ近似于調節(jié)系統(tǒng)中比例帶，既反映了一次調頻能力又反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般情況下，機組對電網(wǎng)調頻的能力隨著速度變動率σ值增大而越弱，而機組穩(wěn)定性越強；相反，機組對電網(wǎng)調頻的能力隨著速度變動率σ值減小而越強，而機組穩(wěn)定性越弱。對承擔基本負荷機組而言，速度變動率σ值設置較大，以降低電網(wǎng)周波變化對機組功率的影響，從而維持機組能夠長期穩(wěn)定運行。對承擔尖峰負荷機組而言，速度變動率σ值設置較小，以分擔部分由于電網(wǎng)周波變化引起的負荷。通常情況下，火電機組調速系統(tǒng)的速度變動率σ值設置為4%左右。(2)調頻死區(qū)，對其進行設置主要為防止電網(wǎng)頻率波動范圍較小時，汽輪機調門頻繁波動而造成設備運行存在隱患，可見設置調頻死區(qū)對機組一次調頻影響較大。進行調速系統(tǒng)調頻死區(qū)設置，既可以避免電力系統(tǒng)內波動頻率小且有周期性的隨機波動，減少閥門位置和調速系統(tǒng)運行頻率，保證發(fā)電機組穩(wěn)定性，又可以降低由于系統(tǒng)不靈敏區(qū)存在造成頻率和聯(lián)絡線功率幅值及時間的加重，并且減少二次調頻的負荷。調頻死區(qū)的設置必須合理，若設置過大，則導致機組喪失部分調頻功能；若設置過小，則導致機組運行過于頻繁并造成機組運行存在安全隱患。通常情況下，火電機組一次調頻死區(qū)的設置小于±2r/min(士0.0034Hz)。(3)響應滯后時間及穩(wěn)定時間，響應滯后時間通常反映機組一次調頻的快速性，穩(wěn)定時間指的是在機組進行一次調頻并穩(wěn)定電網(wǎng)頻率后，其負荷達到要求值的用時。國家規(guī)定，通常要求響應滯后時間不大于3秒，穩(wěn)定時間不大于60秒。機組一次調頻系統(tǒng)的響應滯后時間和穩(wěn)定時間必須按照國家規(guī)定執(zhí)行，否則負荷變化后機組安全穩(wěn)定性無法達標。(4)負荷變化幅度，其參數(shù)設置是防止調頻系統(tǒng)頻率過快時導致發(fā)電機出力瞬時增加或者減小造成機組無法安全運行。負荷變化幅度一般有設置最大值，若頻率過大，機組負荷將在限定的范圍內變化，不隨頻率變化而改變。通?；痣姍C組負荷變化幅度設置大于機組額定負荷的±6%。

3 一次調頻的特性研究

(1)火電機組典型調速系統(tǒng)控制方式主要有汽輪機調速側一次調頻、CCS側一次調頻和CCS+DEH共同作用下的一次調頻三種?；痣姍C組采用的DEH(數(shù)字電液調速系統(tǒng))可完成一次調頻，并且其進行一次調頻時具有執(zhí)行機構線性度優(yōu)良、控制精度高以及閥門遲緩率低等優(yōu)點，有效的加強了發(fā)電機組轉速負載控制的動態(tài)或穩(wěn)態(tài)特性。CCS側一次調頻類似于DEH，其調頻具有調節(jié)級壓力控制、轉速偏差控制以及功率控制等，并且這些控制多數(shù)都在CCS系統(tǒng)中完成，相比于DEH，在汽輪機和鍋爐間協(xié)調上更具優(yōu)勢。將DEH和CCS結合使用時，DEH負責轉速偏差控制，CCS負責調節(jié)級壓力和功率控制，因此，調門開度指令實際上是DEH和CCS發(fā)出指令的疊加，但是采用此方式時應具體問題具體分析[5-6]。(2)影響一次調頻能力的參數(shù)分析，主要從改變調速器執(zhí)行機構的時間常數(shù)和改變執(zhí)行機構前的限幅進行討論。容器或類型不同的機組其執(zhí)行機構時間常數(shù)值不同，一般在0.2-1.5范圍內，通過改變調速器執(zhí)行機構的時間常數(shù)發(fā)現(xiàn)，調門開度指令變化速度隨著時間常數(shù)的增大而降低，隨著時間常數(shù)的減小的增大。在汽輪機調速系統(tǒng)內閥門指令傳至閥門動作的執(zhí)行之前，指令需經(jīng)過一個限幅，限幅的大小影響著機組參與一次調頻的特性，研究發(fā)現(xiàn)限幅值相對較小時，其對一次調頻響應速度的抑制作用較強。(3)調速控制方式對一次調頻能力的影響，前面研究可知，三種典型的調速模式分別是僅CCS側投入一次調頻、CCS側和DEH側同時投入調頻、CCS側手動與DEH側自動同時投入調頻。通過對比發(fā)現(xiàn)，在對汽輪機輸出功率影響方面，CCS側和DEH側同時投入調頻與僅CCS側投入一次調頻差別不大，分析原因可能是CCS側和DEH側都有同樣的轉速偏差控制，并且CCS側對轉速偏差的響應較快，造成DEH側對調門開度指令的優(yōu)越性未表現(xiàn)出來。在采用CCS側手動與DEH側自動同時投入調頻時，系統(tǒng)受汽輪機主蒸汽壓力調節(jié)回路的影響，使用機組原有的蓄熱將汽輪機調門開度打開，以提高出力力度，同時隨著蓄熱量的降低，汽輪機調門受功率調節(jié)回路影響恢復到原來位置，因此DEH側并未達到一次調頻效果。

4 結語

隨著國家電網(wǎng)發(fā)展迅速，電力系統(tǒng)規(guī)模不斷增大，機組容量日益增高，社會和人們對電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性要求也不斷提高。一次調頻作為維護電網(wǎng)安全穩(wěn)定、提高電網(wǎng)質量效能的重要措施，越來越被人們所重視。當前，不斷優(yōu)化一次調頻功能特性，加大一次調頻的投入力度，將是電力行業(yè)工作的重中之重。

[1]趙志軍,徐欣航.火電機組一次調頻功能及試驗方法[J].河北電力技術,2008年2月,第27卷第1期(7-8).

[2]張斌.火電機組一次調頻策略分析及應用[J].華東電力,2002.12：65-69.

[3]趙成玉,張樹郁.300Mw火電機組一次調頻功能的實現(xiàn)與探討[J].華北電力技術,2006.4：14-18.

[4]瞿進,彭小強.一次調頻在黔西電廠的實現(xiàn)[J].貴州電力技術,2007.9：11-13.

[5]尹峰.CCS參與的火電機組一次調頻能力試驗研究[J].中國電力,2005,38(3)：74-77.

[6]呂凱.DEH系統(tǒng)一次調頻問題的分析與探討[J].西北電建,2007.2：60-65.