1030MW机组一次调频性能分析及优化

1030MW机组一次调频性能分析及优化
殷兆广
【摘要】通过对某发电厂机组特性分析,结合目前电力市场的相应考核规则和影响机组一次调频的因素,针对机组转速与电网频率对应转速存在偏差而影响机组一次调频效果的问题,通过平移一次调频转速死区,提高了机组转速与电网频率对应转速的吻合性,保证机组一次调频动作与电网要求同步.分析了在目前的考核规则下一次调频死区的大小对一次调频的影响,提出了死区取2 r/min为最合适.分析了高压调节阀的调节速度对一次调频的影响,提出增加蓄能器和提高抗燃油压力以提高高压调阀动作的及时性.通过以上改进提高一次调频动作的正确性和效果,减少了考核.【期刊名称】《浙江电力》
【年(卷),期】2016(035)007
【总页数】4页(P53-56)
【关键词】一次调频;细则;调度考评;死区平移;蓄能器
【作者】殷兆广
【作者单位】浙江浙能舟山煤电有限责任公司,浙江舟山 316131
【正文语种】中文
【中图分类】TM621.3
某发电厂N1030-25.0/600/600超超临界汽轮机组是东方汽轮机厂在N1000-25.0/600/600机组基础上的优化改进型，是国内首次自主技术创优成果。

将原来的4个高压调阀喷嘴配汽优化为2个高压调阀带3%节流的全周进汽。

经过优化，
汽轮机效率得到了提升，但在负荷响应和一次调频性能上尚有不足，在当前的电力市场考核规则下考核压力较大。

机组的一次调频功能由DEH（数字电流控制系统）、CCS（协调控制系统）共同完成。

DEH侧将转速差信号经转速不等率换算后直接叠加在汽轮机流量指令上，CCS侧功率回路中的功率指令亦根据转速不等率进行调频功率定值补偿，且补偿的调频功率定值部分不经过速率限制。

通过提高机组一次调频动作与电网要求的同步性以及高压调节阀动作的及时性，以保证机组一次调频动作正确率和效果，减小考核压力。

1.1 华东区域发电厂并网运行管理实施细则
《华东区域发电厂并网运行管理实施细则》（以下简称《细则》）的一次调频效果是指：当电网频率超出50±Δfsq（机组频率控制死区）且持续时间超过20 s时，一次调频机组在电网频率超出50±Δfsq时段内（最大为60 s）的实际发电出力与起始发电出力之差的积分电量（±ΔQsY）占相应时间内理论计算积分电量
（±ΔQjY）的比值。

一次调频动作正确是指：实际一次调频动作方向与电网一次调频动作方向一致，也就是如果电网一次调频动作要求机组减出力，且机组实际在电网一次调频动作时间段内减了出力即为动作正确。

《细则》对一次调频主要考核一次调频投运率、动作正确率以及一次调频效果。

对于一次调频月正确动作率小于80%的机组，每月考核电量为：
式中：Q一次调频为考核电量；λ动作为机组一次调频月正确动作率；PN为机组额定容量；t考核为1 h；α一次调频为一次调频考核系数，数值为3。

机组一次调频性能指标月平均值DX平均=要求DX平均=达到60%。

对DX平均小于60%的机组进行考核，每月考核电量为2种情况考核电量之和。

式中：Q1一次调频为一次调频性能指标大于0时考核电量；Q2一次调频为一次调频性能指标等于0时考核电量；n为每月电网频率超出50±Δfsq并持续时间超
过20 s的次数；DXi为第i次一次调频效果；ΔQjYi为第i次一次调频理论计算积分电量；ΔQsYi为第i次一次调频实际计算积分电量；α一次调频为一次调频考核系数，数值为3。

从上述分析可以看出：一次调频动作正确率大于80%且平均效果大于60%就不会被考核，否则均要被考核。

1.2 浙江电网统调发电厂调度运行管理规定
《浙江电网统调发电厂调度运行管理规定》（以下简称《调度考评》）的一次调频效果是指：当电网频率超出50±Δfsq且持续时间超过20 s，一次调频机组在45 s 内实际增量部分的积分电量（±ΔQsY）占相应时间的机组一次调频理论计算积分电量（±ΔQjY）的比值。

《调度考评》将考评周期内各发电厂的全厂机组一次调频效果与投运率作为奖励发电厂次月发电量计划的依据。

计算公式为：
式中：ADJj为机组一次调频考评电厂次月奖励计划电量；AQJH为所有考评电厂次月总发电量计划；AQJHj为考评电厂次月发电量计划；ADXj为考评周期全厂机组一次调频效果；ADYj为考评周期全厂机组一次调频投运率；j为考评电厂的个数；K%，K3为考核系数。

从式（4）可以看出对一次调频的考评没有上限，只要低于全网平均效果不论多高都会被考核。

2.1 转速信号对一次调频的影响
发电机组频率与电网频率在并网后是一致的，但是汽轮发电机组一次调频是依据汽轮机转速来调节的。

汽轮机转速经过测量、变送和传输最终送到DEH调节系统，在测量、变送和传输过程中的任一环节都会产生误差，使得用于控制的转速信号不能准确地反映汽轮发电机组的频率，而转速的误差就会导致机组一次调频动作时间与调查考核系统动作时间不同步，造成一次调频动作效果为0或者动作效果不明
显。

如图1所示，一次调频动作前机组转速略高于电网频率对应转速，电网频率对应
的转速于第9 s时超出调频死区，要求关调门进行一次调频。

而机组测量转速比电网频率对应转速高，于第1 s时就超出调频死区，调门快速关小来响应调频并调整到位。

一次调频动作正确判据为：动作前5 s平均负荷与动作后时间段内的负荷比较，若动作方向与电网要求方向一致即为正确，负荷不变化或者方向相反为不正确，动作效果为0。

由图1可知，在电网要求调频动作之前6 s机组一次调频就已经调整到位，导致电网要求动作时前5 s负荷平均值与动作后的负荷将保持一致，根据考核规则要求，将考核此次调频为动作不正确，调节效果为0。

如图2，一次调频动作前机组转速测量值略低于电网频率对应转速。

电网频率于第2 s超出动作死区，要求一次调频动作，而由于机组测量转速低于电网频率对应转速，于第9 s达到动作死区，一次调频才动作，机组调频实际动作时间比电网要求时间晚了8 s，而这8 s内负荷是不发生变化的，电网考核的一次调频有效时间将
减少8 s，此次一次调频效果大幅降低。

另外，若两者转速偏差较大，当电网频率刚刚超出死区，但机组测量转速就在动作死区内，将导致一次调频不动作，调节效果为0。

2.2 一次调频动作死区对一次调频的影响
华东电网要求一次调频死区为2 r/min，部分技术人员因对考核规则不了解，认为降低一次调频动作死区，让一次调频提前动作，就能提高一次调频动作正确率和效果，但这种做法在《华东区域发电厂并网运行管理实施细则》下是适得其反的，而且对机组的安全运行造成不良影响。

（1）死区小于电网要求死区时一次调频调节效果大幅降低甚至降至0。

如图3所示，由于一次调频死区设置小于2 r/min，机组一次调频于第10 s开始
动作，而电网考核调频开始的时间在第12 s，实际动作时间提前于电网考核2 s。

提前2 s动作明显拉低了电网考核前5 s的机组平均负荷，也就是降低了电网考核一次调频动作区间的实际电量变化值，大大降低了一次调频动作效果。

如图4，机组一次调频于第7 s开始动作，而电网考核调频开始的时间在第12 s，实际动作时间提前电网考核5 s。

提前5 s动作明显拉低电网考核前5 s的机组平均负荷，使得电网考核调频开始点前后的负荷一致，导致一次调频效果为0。

（2）降低AGC（自动发电控制）调节精度，增加AGC考核电量。

一次调频死区变小，将增加一次调频动作次数。

一次调频动作影响了AGC正常加减负荷的速率以及电量，导致AGC调节精度下降，增加AGC调节精度的考核电量。

2.3 高压调门调节速度对一次调频的影响
该机组配置2个高压调节门，每个高压调节门配1台油动机和操纵座。

通过伺服阀升高油动机下腔室油压，克服弹簧压力，实现阀门开大。

通过伺服阀降低油动机下腔室油压，在弹簧作用力下实现阀门关小。

由于一次调频动作时间比较短，调门的开关快慢直接影响了一次调频动作的效果，也决定了一次调频动作的成败。

因此，提高伺服阀的质量，提高调阀弹簧的倔强系数和调阀前液压油压力有助于改善一次调频效果。

3.1 提高机组一次调频动作时刻与电网要求动作时刻的吻合度
一次调频死区设置与电网要求不一致将导致机组一次调频动作与电网要求时间不同步，因此严格按照电网一次调频动作要求死区（2 r/min）设定将避免因死区引起的不同步动作。

测量、变送和传输引起的转速误差不可能完全消除，但是可以通过平移机组一次调频动作死区来提高机组调频动作与电网要求的同步性。

具体实现方法是核对电网一次调频动作时机组的转速，测定出机组转速与电网频率转换转速之间的差值，在一次调频的死区上叠加上该差值。

通过校对1 000次一次调频动作时网频与机频的差值，发现该发电厂2台机组电
网频率对应转速与机组转速存在如表1所示关系。

根据机组转速与电网频率对应转速差，结合电网对一次调频死区要求，可设定机组一次调频动作死区，如表2所示。

3.2 提高调门响应速度
提高调门开启速度，关键在于提高高压调阀前的液压油压力。

主要措施包括：在保证设备可靠的前提下尽量提高抗燃油系统压力、增加蓄能器以及选择优质伺服阀。

一般抗燃油系统安装位置与高调阀都有一定距离，由于一次调频是瞬时动作，动作后抗燃油系统压力下降，靠近油动机附近的抗燃油管路压力下降会更多。

靠抗燃油泵重新打压时间有所滞后，因此增加一定数量的蓄能器将能保证在一次调频动作期间有较高的抗燃油压力，并且蓄能器安装位置距离高调阀油动机越近效果越好。

提高调门关闭速度主要是提高弹簧的弹力，根据实际情况可以通过增加垫片等方式提高弹簧的弹力，以保证一次调频动作时调门关闭的及时性。

另外，为提高高调阀的响应速度，选用优质的伺服阀也是非常必要的，优质的伺服阀能保证高调阀及时准确调整到位。

该发电厂1，2号机组增装蓄能器后一次调频动作正确率分别提高了0.08和0.05，一次调频效果提高了0.5和0.3，取得了良好的效果，验证了提高高压调阀动作速率对提高一次调频性能的积极作用。

通过优化与调整，2台机组的一次调频动作正确率和调频效果得到大幅提升，正确率由原来的70%左右提高到80%左右，按《细则》中的考核指标计算，调频效果由1.0左右提升到1.4左右，按《调度考评》计算调频效果由0.8提升到1.0左右。

【相关文献】
[1]张永军，陈波.火电机组一次调频性能分析及优化[J].浙江电力，2010，29（9）:31-35.
[2]张宝.浙江电网火电机组一次调频功能的应用[J].华东电力，2007，35（3）:55-59.
[3]卢勇，贺翔飞，刘友宽，等.云南电网一次调频试验工作现状及策略分析[J].中国电力，2006，39（11）:42-45.。