2×300 MW機(jī)組一次調(diào)頻的研究與應(yīng)用

孫建明，張長(zhǎng)茂，周懷斌，丁玉璋，劉靜波，鄭文國(guó)

（宏晟電熱有限公司，甘肅嘉峪關(guān)735100）

2×300 MW機(jī)組一次調(diào)頻的研究與應(yīng)用

孫建明，張長(zhǎng)茂，周懷斌，丁玉璋，劉靜波，鄭文國(guó)

（宏晟電熱有限公司，甘肅嘉峪關(guān)735100）

通過(guò)對(duì)嘉峪關(guān)宏晟電熱公司2×300 MW機(jī)組一次調(diào)頻功能試驗(yàn)及運(yùn)行情況分析，確定一次調(diào)頻的最佳運(yùn)行方式DEH功率控制，從而使宏晟電熱公司不斷增強(qiáng)單元機(jī)組的穩(wěn)定性和電網(wǎng)事故的協(xié)助處理能力，提高整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，為隨后新建2×350 MW機(jī)組提供參考依據(jù)。

一次調(diào)頻；控制策略；功率控制

1 前言

嘉峪關(guān)宏晟電熱公司2×300 MW機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱宏晟機(jī)組），鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-1025/17.5-YM24，汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的N300-16.7/538/538型，DCS、DEH系統(tǒng)均采用美國(guó)愛(ài)默生Ovation1.8系統(tǒng)。自2005年投產(chǎn)以來(lái)，負(fù)荷的增加或減少都是由甘肅省調(diào)通過(guò)電話下達(dá)，這使得宏晟機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性[1]受到了極大的威脅，為了能夠提高宏晟機(jī)組的安全性能和經(jīng)濟(jì)性能，通過(guò)優(yōu)化機(jī)爐協(xié)調(diào)功能，使得宏晟機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)一次調(diào)頻功能有了理論前提[2-4]。根據(jù)《發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)導(dǎo)則》（Q/GDW669-2011）和《甘肅電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行管理辦法》要求，于2013年11月份引入一次調(diào)頻功能。

2 一次調(diào)頻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

宏晟機(jī)組引入一次調(diào)頻功能執(zhí)行的一次調(diào)頻的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如下[5]：

（1）一次調(diào)頻死區(qū)為±0.033 Hz（±2 r/min）；（2）轉(zhuǎn)速不等率為4%～5%；（3）遲緩率小于0.06%；（4）一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間小于3 s；（5）2.5額定負(fù)荷大于250 MW、小于350 MW的火電機(jī)組，一次調(diào)頻限制幅度≥8%ECR，本機(jī)組最小調(diào)頻幅度為±24 MW；（6）機(jī)組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)小于60 s；（7）當(dāng)電網(wǎng)頻率變化超過(guò)機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)，機(jī)組應(yīng)在15 s內(nèi)對(duì)目標(biāo)出力完全響應(yīng)。燃煤機(jī)組達(dá)到75%目標(biāo)負(fù)荷的時(shí)間應(yīng)不大于15 s，達(dá)到90%目標(biāo)負(fù)荷的時(shí)間應(yīng)不大于30 s。

3 控制策略

3.1 一次調(diào)頻控制策略

宏晟機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)投入DEH功率控制模式。功控模式下，機(jī)組的一次調(diào)頻功能通過(guò)DEH實(shí)現(xiàn)。

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，運(yùn)行人員手動(dòng)投入/切除一次調(diào)頻功能。當(dāng)轉(zhuǎn)速與設(shè)定值（3000 r/min）偏差超過(guò)死區(qū)±2 r/min時(shí)，觸發(fā)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作。在機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，DEH閥控方式下一次調(diào)頻量直接通過(guò)調(diào)頻快速回路直接疊加到調(diào)門總指令并分配到各高調(diào)門；DEH功控方式下一次調(diào)頻量疊加至功率調(diào)節(jié)器設(shè)定值端，并不受變負(fù)荷速率限制，調(diào)節(jié)器輸出與調(diào)頻前饋量疊加后作為調(diào)門總指令分配到各高調(diào)門。

3.2 壓力、負(fù)荷段對(duì)調(diào)頻前饋量的修正

為消除機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中壓力對(duì)調(diào)頻性能的削弱作用和不同負(fù)荷段由于調(diào)門特性差異導(dǎo)致調(diào)頻性能不滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求的情況，宏晟機(jī)組對(duì)一次調(diào)頻前饋回路進(jìn)行了壓力校正、負(fù)荷段校正，一定程度上解決了不同負(fù)荷段、不同運(yùn)行壓力情況下機(jī)組的一次調(diào)頻性能能夠滿足指標(biāo)要求。

4 試驗(yàn)方案

4.1 試驗(yàn)條件

機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，各參數(shù)保持正常，機(jī)組在DEH功率控制方式下運(yùn)行。

汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)正常，調(diào)速汽門可正常調(diào)節(jié)。數(shù)據(jù)采集、顯示、記錄正常，打印機(jī)設(shè)備工作正常。

4.2 機(jī)組運(yùn)行方式

本次試驗(yàn)分別在以下方式下進(jìn)行:DEH閥控、DEH功控。試驗(yàn)過(guò)程中，機(jī)組順序閥方式運(yùn)行。

4.3 一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)置

本次試驗(yàn)轉(zhuǎn)速不等率按照4.5%設(shè)置，其調(diào)頻函數(shù)如表1所示。

4.4 一次調(diào)頻死區(qū)試驗(yàn)

一次調(diào)頻死區(qū)試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

5 試驗(yàn)過(guò)程及數(shù)據(jù)分析

5.1 215MW負(fù)荷下一次調(diào)頻試驗(yàn)

表1 一次調(diào)頻函數(shù)設(shè)置

表2 一次調(diào)頻死區(qū)試驗(yàn)參數(shù)

5.1.1 215 MW負(fù)荷下一次調(diào)頻試驗(yàn)記錄

在215 MW負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)，分別強(qiáng)制機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差為±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，DEH功控方式方式下機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間、調(diào)頻幅度如表3所示。

表3 215 MW一次調(diào)頻數(shù)據(jù)分析

5.1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)機(jī)組在215 MW負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行的一次調(diào)頻動(dòng)作數(shù)據(jù)分析，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差為±7 r/min、±12.8 r/min時(shí)，其死區(qū)、滯后時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間及調(diào)頻幅度等均能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求；通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，DEH功控方式下機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速不等率為4.54%（Δr=7 r/min）、4.31%（Δr=-7 r/min）、4.07%（Δr=12.8 r/min）和4.17%（Δr=-12.8 r/min）；平均轉(zhuǎn)速不等率為4.27%，滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

5.2 240MW負(fù)荷下一次調(diào)頻試驗(yàn)

5.2.1 240 MW負(fù)荷下一次調(diào)頻試驗(yàn)記錄

在240 MW負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)，分別強(qiáng)制機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差為±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間、調(diào)頻幅度如表4所示。

表4 240 MW機(jī)組一次調(diào)頻數(shù)據(jù)分析

5.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)機(jī)組在240 MW負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行的一次調(diào)頻動(dòng)作數(shù)據(jù)分析，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差為±7 r/min、±12.8 r/min時(shí)，其死區(qū)、滯后時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間及調(diào)頻幅度等均能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，DEH功控方式下機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速不等率為3.86%（Δr=7 r/min）、4.25%（Δr=-7 r/min）、4.20%（Δr=12.8 r/min）和4.44%（Δr=-12.8 r/min），平均轉(zhuǎn)速不等率為4.19%，滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

5.3 280 MW負(fù)荷下一次調(diào)頻試驗(yàn)記錄

5.3.1 280 MW負(fù)荷下一次調(diào)頻試驗(yàn)記錄

在280 MW負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)，分別強(qiáng)制機(jī)組轉(zhuǎn)速偏差為±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間、調(diào)頻幅度如表5所示。

表5 280 MW機(jī)組一次調(diào)頻數(shù)據(jù)分析

5.3.2試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)機(jī)組在280 MW負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行的一次調(diào)頻動(dòng)作數(shù)據(jù)分析，其死區(qū)、滯后時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間等均能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求；通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，DEH功控方式下機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速不等率為3.67%（Δr=12.8 r/min）、3.65%（Δr=-12.8 r/min）、4.23%（Δr=12.8 r/min）和4.29%（Δr=-12.8 r/min），平均轉(zhuǎn)速不等率為3.96%，略小于技術(shù)指標(biāo)要求。

6 試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)組運(yùn)行調(diào)整影響

試驗(yàn)記錄表明，在小頻率（轉(zhuǎn)速）擾動(dòng)時(shí)，總閥位指令發(fā)生階躍變化，機(jī)組負(fù)荷變化相對(duì)緩慢，這將導(dǎo)致在網(wǎng)頻變化持續(xù)時(shí)間較短時(shí)機(jī)組調(diào)頻性能相對(duì)較差，將對(duì)一次調(diào)頻積分電量考核造成影響。

根據(jù)汽輪機(jī)廠家核定的滑壓曲線及機(jī)組運(yùn)行情況，試驗(yàn)確定的機(jī)組負(fù)荷及運(yùn)行壓力關(guān)系如表6。

表6 機(jī)組負(fù)荷及運(yùn)行壓力關(guān)系

由于宏晟機(jī)組在正常運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組負(fù)荷/壓力曲線與該曲線有一定偏差，為保證機(jī)組一次調(diào)頻效果，建議在正常運(yùn)行時(shí)將壓力控制在試驗(yàn)確定的負(fù)荷/壓力曲線附近。

依據(jù)《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試規(guī)程》（DL/T 657-2006）中的規(guī)定，300 MW等級(jí)及以下機(jī)組在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間，要求主汽壓力變化小于0.2 MPa，動(dòng)態(tài)變負(fù)荷過(guò)程中主汽壓力變化小于0.5 MPa。本次試驗(yàn)期間設(shè)置轉(zhuǎn)速為階躍變化。在一次調(diào)頻動(dòng)作引起相應(yīng)負(fù)荷變化時(shí)，在網(wǎng)頻波動(dòng)較小（±7 r/min）時(shí)，機(jī)前壓力波動(dòng)幅度在0.2～0.3 MPa之間，對(duì)機(jī)組的擾動(dòng)相對(duì)較??；但在網(wǎng)頻變化較大（±12.8 r/min）的極端情況下，機(jī)前壓力波動(dòng)幅度在0.4～0.6 MPa之間，對(duì)機(jī)組運(yùn)行的擾動(dòng)明顯。建議在網(wǎng)頻變化較大時(shí)加強(qiáng)對(duì)機(jī)組的監(jiān)視，以保證機(jī)組安全運(yùn)行。

由于本機(jī)組目前主要運(yùn)行方式為DEH功率控制，機(jī)組協(xié)調(diào)控制模式不能正常投入，因此機(jī)組在協(xié)調(diào)方式下的一次調(diào)頻性能有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

7 結(jié)論

通過(guò)對(duì)宏晟機(jī)組試驗(yàn)研究，可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）宏晟機(jī)組主要運(yùn)行方式為DEH功率控制，該方式下，機(jī)組的一次調(diào)頻功能主要通過(guò)DEH實(shí)現(xiàn)。

（2）宏晟機(jī)組完成了一次調(diào)頻試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，一次調(diào)頻死區(qū)為±2 r/min。

（3）根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算，宏晟機(jī)組一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速不等率實(shí)際值最大為4.79%，最小為3.41%，平均為4.139%，滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

（4）宏晟機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間均小于3 s。

（5）宏晟機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作后調(diào)頻幅度達(dá)到75%、90%的負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間以及負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)間滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。

（6）宏晟機(jī)組一次調(diào)頻回路通過(guò)壓力校正、負(fù)荷段校正等控制策略的實(shí)施，一定程度上削弱了壓力、閥門特性差異對(duì)調(diào)頻功能的影響。通過(guò)在不同壓力下、不同負(fù)荷段的一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果表明，其能夠在一定程度上彌補(bǔ)壓力偏差、負(fù)荷段對(duì)一次調(diào)頻性能動(dòng)作性能的影響。

[1]張強(qiáng).在300 MW機(jī)組DCS改造中實(shí)現(xiàn)機(jī)組一次調(diào)頻功能[J].山東電力，1997（6）：14-21.

[2]張秋生.大型火電機(jī)組一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置及其對(duì)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響[J].河北電力技術(shù)，2008（7）：1-5.

[3]于達(dá)仁.汽輪發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)特性[J].中國(guó)電機(jī)工程，2004（7）：24-28.

[4]孫文捷.協(xié)調(diào)控制實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)定性及負(fù)荷響應(yīng)的研究[J].華北電力，1995（1）：24-28.

[5]Q/GDW669-2011.火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)導(dǎo)則[S].

Research and App lication of Primary Frequency Regulation for 2×300MW Unit

SUN Jianmin，ZHANG Changmao，ZHOU Huaibin，DING Yuzhang，LIU Jingbo，ZHENG Wenguo
(HongshengElectrothermalCo.,Ltd.,Jiayuguan,Gansu735100,China)

Through analyzing the function test and operation performance of primary frequency control of the 2×300 MW unit in Jiayuguan Hongsheng Electrothermal,the best operation mode of DEH power control was determined,which enhanced the operative stability of the unit and the treatment ability for power grid accidents of the company,improved the safety and economy of the whole power system and provided some references for subsequent construction of the 2×350 MW unit as well.

primary frequency regulation;control strategy;power control

TM761.2

B

1006-6764(2014)12-0011-04

2014－08－29

孫建明（1976－），男，2000年畢業(yè)于鞍山鋼鐵學(xué)院（現(xiàn)遼寧科技大學(xué)）工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)，本科學(xué)歷，工程師現(xiàn)從事電廠的專業(yè)技術(shù)管理工作。