邱冬 黃金梅

摘要：分析了LM系列航改型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)，探討了LM系列燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的原理，在設(shè)備配置需求、程序配置、調(diào)節(jié)質(zhì)量、人員操作等方面的優(yōu)勢，實(shí)際應(yīng)用表明，LM系列航改型燃?xì)廨啓C(jī)可以很好地滿足電網(wǎng)對一次調(diào)頻的要求。

關(guān)鍵詞：LM系列航改型燃?xì)廨啓C(jī);一次調(diào)頻;死區(qū);功率限制;負(fù)載響應(yīng)

中圖分類號：V231.3? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0053-02

0? 引言

以往頻率調(diào)節(jié)一直由大容量機(jī)組來維持，而較小的燃?xì)饣蚱渌麥u輪機(jī)僅用于補(bǔ)充容量。但隨著國內(nèi)燃?xì)廨啓C(jī)裝機(jī)容量不斷增加，尤其是隨著各地對環(huán)保要求的不斷嚴(yán)格要求，燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的項(xiàng)目正在逐步增加，從而使得燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的裝機(jī)總量在電網(wǎng)中的占比越來越高，這直接導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組一次調(diào)頻的能力變得越來越重要。[1]LM系列航改型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組配置有一次調(diào)頻PFC和容量儲備控制RMC功能，可以在電網(wǎng)出現(xiàn)頻率變化超過預(yù)定范圍時(shí)自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組的有功功率輸出，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，本文主要介紹LM系列航改型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的功能原理，以及在電廠項(xiàng)目應(yīng)用中各參數(shù)的設(shè)置原則。

1? LM航改型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的構(gòu)成

LM航改型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組由航空發(fā)動(dòng)機(jī)改進(jìn)而來，機(jī)組自身的一次調(diào)頻響應(yīng)能力非常強(qiáng)。

LM6000燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組一般作為聯(lián)合循環(huán)應(yīng)用，機(jī)組采取一拖一的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)布置方式，即一臺燃?xì)廨啓C(jī)的高溫?zé)煔馔ㄟ^余熱鍋爐產(chǎn)生相應(yīng)的蒸汽驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)組。聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的一次調(diào)頻控制包括燃機(jī)和汽輪機(jī)的負(fù)荷控制，燃機(jī)的負(fù)荷控制回路主要針對轉(zhuǎn)速-功率的控制，通過調(diào)節(jié)進(jìn)入燃機(jī)的燃料量使燃機(jī)的出力和轉(zhuǎn)速達(dá)到控制要求。本文重點(diǎn)討論燃?xì)廨啓C(jī)的一次調(diào)頻控制能力。[2]

2? 電網(wǎng)對一次調(diào)頻能力的要求

電廠的一次調(diào)頻功能一般是電網(wǎng)基本輔助服務(wù)的一部分， 以西北電網(wǎng)為例，各電廠一次調(diào)頻服務(wù)補(bǔ)償按照動(dòng)作積分電量月度平均合格率進(jìn)行補(bǔ)償。月度一次調(diào)頻平均合格率在滿足規(guī)定條件情況下進(jìn)行補(bǔ)償，按照每高出1%補(bǔ)償5積分。一次調(diào)頻月度平均合格率：發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻月度總實(shí)際積分電量與理論月度積分電量之比的百分?jǐn)?shù)。故一次調(diào)頻能力無論是電網(wǎng)的基本要求還是有償服務(wù)，機(jī)組配置此功能都是必須的且有益的。

3? 一次調(diào)頻的功能介紹

電網(wǎng)一次調(diào)頻的目的是通過發(fā)電機(jī)組自身的調(diào)速系統(tǒng)的頻率控制特性，適應(yīng)電網(wǎng)側(cè)用電功率的變化，使兩者達(dá)到平衡從而使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在50Hz附近的一個(gè)允許值范圍內(nèi)。以LM6000燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組為例，其一次調(diào)頻和燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷控制密不可分，一次調(diào)頻的功能設(shè)置在機(jī)組負(fù)荷控制回路中，不可切除，主要包括PFC和RMC調(diào)節(jié)。

3.1 LM機(jī)組PFC和RMC控制邏輯

LM6000燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻功能包括PFC和RMC，其邏輯框圖見圖1。當(dāng)電網(wǎng)頻率升高時(shí)，一次調(diào)頻PFC功能要求機(jī)組快速減負(fù)荷，反之，機(jī)組快速增加負(fù)荷;容量儲備控制RMC功能是指允許機(jī)組運(yùn)行在接近最大出力之下，LM6000機(jī)組可以設(shè)定為低于最大出力0～12.5%，使得機(jī)組在頻率上升或下降時(shí)有適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)空間。圖1中顯示的燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組全天24小時(shí)的運(yùn)行狀況，圖中可以看出由于全天氣溫的變化，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的額定基礎(chǔ)負(fù)荷也是不斷變化的。RMC是按照額定基礎(chǔ)負(fù)荷的百分比設(shè)置的，所以RMC的曲線也是隨時(shí)變化的。具體的邏輯框圖說明如下：①PFC功能啟用，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的出力被鎖定在預(yù)設(shè)的負(fù)荷控制設(shè)定點(diǎn)。②PFC功能啟用，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的出力根據(jù)電網(wǎng)頻率的下降而增加。③PFC功能和RMC功能同時(shí)啟用，RMC設(shè)定點(diǎn)為3%。此時(shí)控制燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組出力至RMC控制點(diǎn)，即機(jī)組運(yùn)行在97%額定基礎(chǔ)負(fù)荷。④PFC功能和RMC功能同時(shí)啟用，RMC設(shè)定點(diǎn)為3%。此時(shí)電網(wǎng)頻率出現(xiàn)下降偏差，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組按照PFC功能控制機(jī)組出力上升直至額定基礎(chǔ)負(fù)荷。⑤PFC功能啟用，燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的出力被鎖定在預(yù)設(shè)的負(fù)荷控制設(shè)定點(diǎn)，此負(fù)荷控制設(shè)定點(diǎn)將小于RMC的設(shè)定點(diǎn)。

3.2 LM機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)置

LM6000燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻功能內(nèi)置于控制器程序中，機(jī)組常規(guī)的參數(shù)設(shè)置及說明如下：

調(diào)速器轉(zhuǎn)速下垂：轉(zhuǎn)速下垂是調(diào)速器的功能，當(dāng)負(fù)荷下降時(shí)降低燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速，調(diào)速器轉(zhuǎn)速下垂功能可以在機(jī)組連接到電網(wǎng)時(shí)提供穩(wěn)定的運(yùn)行工況。

遲滯死區(qū)（不靈敏度）：調(diào)速器系統(tǒng)的死區(qū)或不靈敏度即為在此頻率設(shè)定范圍內(nèi)的頻率變化，不會觸發(fā)燃?xì)廨啓C(jī)出力的調(diào)節(jié)。如果頻率變化超出了此遲滯死區(qū)的設(shè)定范圍，控制系統(tǒng)將自動(dòng)的調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)的出力，出力的變化與頻率變化差成比例。

RMC容量儲備控制：RMC控制的目的是使燃?xì)廨啓C(jī)能夠帶有一定的儲備負(fù)荷運(yùn)行，允許燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組在接近其最大輸出功率的情況下運(yùn)行，而不需要驅(qū)動(dòng)機(jī)組隨著環(huán)境溫度的變化全天基本負(fù)荷隨時(shí)在變化。

PFC一次調(diào)頻控制將控制燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組運(yùn)行在預(yù)設(shè)的負(fù)荷點(diǎn)，如果機(jī)組的頻率超過PFC調(diào)節(jié)遲滯死區(qū)范圍將通過調(diào)節(jié)機(jī)組出力來響應(yīng)頻率的變化以便幫助維持電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定。PFC可以增加機(jī)組的出力至最大控制極限，但是不允許使燃?xì)廨啓C(jī)超溫或過載。同樣的PFC控制也不能將機(jī)組負(fù)荷降至小于0，以防止逆功率。[4]

3.3 LM機(jī)組一次調(diào)頻調(diào)速器調(diào)節(jié)能力

機(jī)組的一次調(diào)頻能力與其自身的性能有關(guān)，如圖2為LM6000機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作示意圖，描述了頻率變化對應(yīng)的機(jī)組出力的調(diào)節(jié)。

圖2中的符號說明如表1所示。

如圖2所示，機(jī)組常規(guī)運(yùn)行在功率設(shè)定點(diǎn)Pset，此時(shí)系統(tǒng)發(fā)生頻率偏差，有以下幾種可能：①頻率偏差在±f0范圍內(nèi)，此時(shí)的頻率偏差在遲滯死區(qū)范圍內(nèi)，機(jī)組控制系統(tǒng)不會發(fā)出調(diào)整指令，機(jī)組還是按照預(yù)設(shè)的功率運(yùn)行。②頻率偏差在-？駐fG范圍內(nèi)，此時(shí)的頻率偏差超過遲滯死區(qū)范圍，機(jī)組的一次調(diào)頻將控制燃?xì)廨啓C(jī)增加出力以維持頻率的穩(wěn)定，機(jī)組的出力變化與頻率偏差為線性調(diào)整關(guān)系。③頻率偏差在+？駐fG范圍內(nèi)，此時(shí)的頻率偏差超過遲滯死區(qū)范圍，機(jī)組的一次調(diào)頻將控制燃?xì)廨啓C(jī)減小出力以維持頻率的穩(wěn)定，機(jī)組的出力變化與頻率偏差為線性調(diào)整關(guān)系。[3]

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生頻率偏差并超過燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組設(shè)定的遲滯死區(qū)范圍后，機(jī)組的一次調(diào)頻將增加或減小機(jī)組的出力來維持頻率的穩(wěn)定，而機(jī)組出力達(dá)到具體調(diào)節(jié)量，是根據(jù)頻率的偏差值、燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)速器的調(diào)節(jié)速率設(shè)置（即調(diào)速器轉(zhuǎn)速下垂設(shè)置）、機(jī)組額定頻率、以及機(jī)組的額定容量有關(guān)。具體的計(jì)算公式如公式1所示。

×100%（1）

公式（1）中的符號說明如表2所示。

以50Hz機(jī)組，額定功率為50MW為例，當(dāng)系統(tǒng)頻率下跌-0.2Hz，調(diào)速器調(diào)節(jié)速率設(shè)定為5%，燃機(jī)的功率調(diào)節(jié)響應(yīng)為增加出力4MW。通過以上計(jì)算可以看出，調(diào)速器調(diào)節(jié)速率越高，在相同的頻率偏差下機(jī)組所需調(diào)節(jié)的出力越小，即機(jī)組的響應(yīng)速度越快其所需的負(fù)荷調(diào)節(jié)量就越小。

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生頻率偏差時(shí)，一次調(diào)頻功能啟動(dòng)，同樣的其響應(yīng)時(shí)間也需要考核。一般機(jī)組的功率變化響應(yīng)時(shí)間規(guī)定的在系統(tǒng)頻率降低100mHz時(shí)機(jī)組增加50%的功率輸出，調(diào)節(jié)時(shí)間為15秒，在系統(tǒng)頻率降低200mHz時(shí)機(jī)組增加100%的功率輸出，調(diào)節(jié)時(shí)間為30秒。

4? 結(jié)束語

與其他類型的發(fā)電機(jī)組相比，LM系列航改型燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組在設(shè)計(jì)之初就內(nèi)置了一次調(diào)頻功能，充分考慮了燃機(jī)機(jī)組自身的特性及客戶的需求。同時(shí)通過以上經(jīng)驗(yàn)，希望能對同類型電廠的運(yùn)行調(diào)試有參考價(jià)值。

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