孫建明，張長茂，周懷斌，丁玉璋，劉靜波，鄭文國

（宏晟電熱有限公司，甘肅嘉峪關(guān)735100）

2×300 MW機組一次調(diào)頻的研究與應(yīng)用

孫建明，張長茂，周懷斌，丁玉璋，劉靜波，鄭文國

（宏晟電熱有限公司，甘肅嘉峪關(guān)735100）

通過對嘉峪關(guān)宏晟電熱公司2×300 MW機組一次調(diào)頻功能試驗及運行情況分析，確定一次調(diào)頻的最佳運行方式DEH功率控制，從而使宏晟電熱公司不斷增強單元機組的穩(wěn)定性和電網(wǎng)事故的協(xié)助處理能力，提高整個電力系統(tǒng)的安全性和經(jīng)濟性，為隨后新建2×350 MW機組提供參考依據(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機組（以下簡稱宏晟機組），鍋爐為哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的HG-1025/17.5-YM24，汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的N300-16.7/538/538型，DCS、DEH系統(tǒng)均采用美國愛默生Ovation1.8系統(tǒng)。自2005年投產(chǎn)以來，負荷的增加或減少都是由甘肅省調(diào)通過電話下達，這使得宏晟機組的安全性和經(jīng)濟性[1]受到了極大的威脅，為了能夠提高宏晟機組的安全性能和經(jīng)濟性能，通過優(yōu)化機爐協(xié)調(diào)功能，使得宏晟機組能夠?qū)崿F(xiàn)一次調(diào)頻功能有了理論前提[2-4]。根據(jù)《發(fā)電機組一次調(diào)頻試驗導(dǎo)則》（Q/GDW669-2011）和《甘肅電網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻運行管理辦法》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)頻負荷響應(yīng)滯后時間小于3 s；（5）2.5額定負荷大于250 MW、小于350 MW的火電機組，一次調(diào)頻限制幅度≥8%ECR，本機組最小調(diào)頻幅度為±24 MW；（6）機組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時間應(yīng)小于60 s；（7）當(dāng)電網(wǎng)頻率變化超過機組一次調(diào)頻死區(qū)時，機組應(yīng)在15 s內(nèi)對目標(biāo)出力完全響應(yīng)。燃煤機組達到75%目標(biāo)負荷的時間應(yīng)不大于15 s，達到90%目標(biāo)負荷的時間應(yīng)不大于30 s。

3 控制策略

3.1 一次調(diào)頻控制策略

宏晟機組正常運行時投入DEH功率控制模式。功控模式下，機組的一次調(diào)頻功能通過DEH實現(xiàn)。

在機組運行過程中，運行人員手動投入/切除一次調(diào)頻功能。當(dāng)轉(zhuǎn)速與設(shè)定值（3000 r/min）偏差超過死區(qū)±2 r/min時，觸發(fā)機組一次調(diào)頻動作。在機組一次調(diào)頻動作時，DEH閥控方式下一次調(diào)頻量直接通過調(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、負荷段對調(diào)頻前饋量的修正

為消除機組正常運行過程中壓力對調(diào)頻性能的削弱作用和不同負荷段由于調(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，宏晟機組對一次調(diào)頻前饋回路進行了壓力校正、負荷段校正，一定程度上解決了不同負荷段、不同運行壓力情況下機組的一次調(diào)頻性能能夠滿足指標(biāo)要求。

4 試驗方案

4.1 試驗條件

機組運行穩(wěn)定，各參數(shù)保持正常，機組在DEH功率控制方式下運行。

汽輪機調(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，打印機設(shè)備工作正常。

4.2 機組運行方式

本次試驗分別在以下方式下進行:DEH閥控、DEH功控。試驗過程中，機組順序閥方式運行。

4.3 一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)置

本次試驗轉(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

一次調(diào)頻死區(qū)試驗結(jié)果見表2。

5 試驗過程及數(shù)據(jù)分析

5.1 215MW負荷下一次調(diào)頻試驗

表1 一次調(diào)頻函數(shù)設(shè)置

表2 一次調(diào)頻死區(qū)試驗參數(shù)

5.1.1 215 MW負荷下一次調(diào)頻試驗記錄

在215 MW負荷點進行一次調(diào)頻試驗，分別強制機組轉(zhuǎn)速偏差為±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，DEH功控方式方式下機組一次調(diào)頻響應(yīng)時間、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 試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)機組在215 MW負荷點進行的一次調(diào)頻動作數(shù)據(jù)分析，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差為±7 r/min、±12.8 r/min時，其死區(qū)、滯后時間、響應(yīng)時間及調(diào)頻幅度等均能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求；通過試驗數(shù)據(jù)計算，DEH功控方式下機組實際轉(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負荷下一次調(diào)頻試驗

5.2.1 240 MW負荷下一次調(diào)頻試驗記錄

在240 MW負荷點進行一次調(diào)頻試驗，分別強制機組轉(zhuǎn)速偏差為±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，機組一次調(diào)頻響應(yīng)時間、調(diào)頻幅度如表4所示。

表4 240 MW機組一次調(diào)頻數(shù)據(jù)分析

5.2.2 試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)機組在240 MW負荷點進行的一次調(diào)頻動作數(shù)據(jù)分析，當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差為±7 r/min、±12.8 r/min時，其死區(qū)、滯后時間、響應(yīng)時間及調(diào)頻幅度等均能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。通過試驗數(shù)據(jù)計算，DEH功控方式下機組實際轉(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負荷下一次調(diào)頻試驗記錄

5.3.1 280 MW負荷下一次調(diào)頻試驗記錄

在280 MW負荷點進行一次調(diào)頻試驗，分別強制機組轉(zhuǎn)速偏差為±2 r/min、±7 r/min、±12.8 r/min，機組一次調(diào)頻響應(yīng)時間、調(diào)頻幅度如表5所示。

表5 280 MW機組一次調(diào)頻數(shù)據(jù)分析

5.3.2試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù)機組在280 MW負荷點進行的一次調(diào)頻動作數(shù)據(jù)分析，其死區(qū)、滯后時間、響應(yīng)時間及穩(wěn)定時間等均能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求；通過試驗數(shù)據(jù)計算，DEH功控方式下機組實際轉(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 試驗數(shù)據(jù)對機組運行調(diào)整影響

試驗記錄表明，在小頻率（轉(zhuǎn)速）擾動時，總閥位指令發(fā)生階躍變化，機組負荷變化相對緩慢，這將導(dǎo)致在網(wǎng)頻變化持續(xù)時間較短時機組調(diào)頻性能相對較差，將對一次調(diào)頻積分電量考核造成影響。

根據(jù)汽輪機廠家核定的滑壓曲線及機組運行情況，試驗確定的機組負荷及運行壓力關(guān)系如表6。

表6 機組負荷及運行壓力關(guān)系

由于宏晟機組在正常運行過程中，機組負荷/壓力曲線與該曲線有一定偏差，為保證機組一次調(diào)頻效果，建議在正常運行時將壓力控制在試驗確定的負荷/壓力曲線附近。

依據(jù)《火力發(fā)電廠模擬量控制系統(tǒng)驗收測試規(guī)程》（DL/T 657-2006）中的規(guī)定，300 MW等級及以下機組在穩(wěn)態(tài)運行期間，要求主汽壓力變化小于0.2 MPa，動態(tài)變負荷過程中主汽壓力變化小于0.5 MPa。本次試驗期間設(shè)置轉(zhuǎn)速為階躍變化。在一次調(diào)頻動作引起相應(yīng)負荷變化時，在網(wǎng)頻波動較?。ā? r/min）時，機前壓力波動幅度在0.2～0.3 MPa之間，對機組的擾動相對較小；但在網(wǎng)頻變化較大（±12.8 r/min）的極端情況下，機前壓力波動幅度在0.4～0.6 MPa之間，對機組運行的擾動明顯。建議在網(wǎng)頻變化較大時加強對機組的監(jiān)視，以保證機組安全運行。

由于本機組目前主要運行方式為DEH功率控制，機組協(xié)調(diào)控制模式不能正常投入，因此機組在協(xié)調(diào)方式下的一次調(diào)頻性能有待進一步驗證。

7 結(jié)論

通過對宏晟機組試驗研究，可得出以下幾點結(jié)論：

（1）宏晟機組主要運行方式為DEH功率控制，該方式下，機組的一次調(diào)頻功能主要通過DEH實現(xiàn)。

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

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

（4）宏晟機組一次調(diào)頻負荷響應(yīng)滯后時間均小于3 s。

（5）宏晟機組一次調(diào)頻動作后調(diào)頻幅度達到75%、90%的負荷響應(yīng)時間以及負荷穩(wěn)定時間滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求。

（6）宏晟機組一次調(diào)頻回路通過壓力校正、負荷段校正等控制策略的實施，一定程度上削弱了壓力、閥門特性差異對調(diào)頻功能的影響。通過在不同壓力下、不同負荷段的一次調(diào)頻試驗結(jié)果表明，其能夠在一定程度上彌補壓力偏差、負荷段對一次調(diào)頻性能動作性能的影響。

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

[2]張秋生.大型火電機組一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置及其對協(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]于達仁.汽輪發(fā)電機組的一次調(diào)頻動態(tài)特性[J].中國電機工程，2004（7）：24-28.

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

[5]Q/GDW669-2011.火力發(fā)電機組一次調(diào)頻試驗導(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。