提高火力发电厂一次调频性能指标合格率的研究

郑怡慧 李登峰

（晋能控股山西电力股份有限公司侯马热电分公司，山西 临汾 043000）

0 引言

电网对并网机组一次调频考核指标的计算和判定是基于电厂PMU装置上传的频率信号和功率信号进行的，但发生一次调频时，电网频率会优先于调节指令的变化，此时要求汽机调门快速动作，及时响应电网需求，所以信号源的准确性和汽轮机阀门动作的快速性是关键。而汽轮机转速差作为一次调频的源信号，存在精度低、测量滞后等问题，严重影响一次调频的快速和准确动作，并且会增加一次调频不必要的动作次数，无法保证一次调频性能指标满足要求。基于此，本文对一次调频性能指标展开深入研究并提出解决方案，具有很高的应用价值。

1 火力发电机组一次调频原理

1.1 一次调频函数

一次调频采用开环控制，一次调频函数发生器作为基础控制器，其原理图如图1所示。

图1 一次调频函数发生器

在图1中，±Δf1之间为死区，范围[-0.033Hz，0.033Hz]，在死区内，一次调频不动作。

当频率偏差超出死区后，一次调频根据一次调频函数发生器指令动作，当调节功率达到最大值±ΔPmax时，一次调频不再继续动作[1]。其中，±ΔPmax与火力发电机组容量有关。

1.2 一次调频重要参数

（1）一次调频死区范围为[-0.033 Hz，0.033 Hz]或[-2 r/min，2 r/min]。

（2）一次调频转速不等率为4.5～5，其越小调节性能越好。

（3）一次调频功率最大值±ΔPmax与机组容量有关，具体如表1所示。

表1 一次调频最大值数据

（4）每转转差对应功率=PN/150。最大转速偏差=±（ΔPmax/每转转差对应功率+2），具体如表2所示。

表2 最大转速偏差和功率/转差数据

1.3 一次调频机组动作逻辑

（1）为快速响应电网频率的变化，一次调频需要快速准确动作。在汽轮机侧DEH中，检测到频率差或转速差超出死区后，一次调频函数发生器发出功率指令，经过限幅后直接叠加在阀门流量指令上，直接驱动高压调节门，减少运算时间，进而实现快速动作[2]。具体逻辑如图2所示。

图2 一次调频DEH侧逻辑

（2）为防止汽轮机侧DEH动作之后，CCS侧功率指令和实际功率出现偏差进行反向调节，影响一次调频性能指标，在CCS投入的情况下，将一次调频动作功率限幅后叠加到CCS负荷指令。一是防止CCS反向调节功率；二是通过锅炉主控调节主汽压力，使锅炉侧能够响应汽机侧由于一次调频带来的主汽压力变化，达到快速稳定的效果[2]。具体逻辑如图3所示。

图3 一次调频CCS侧逻辑

2 一次调频优化方法

2.1 信号源测量装置

对PMU装置、电网一次调频考核数据和发电厂一次调频动作数据进行比较，具体数据如表3所示。

表3 一次调频动作时间数据

通过对数据的比较，发现PMU测量的频率出死区与电网考核数据的起始时间一致，而转速偏差出死区平均有6.25 s延迟，必然会影响一次调频前15 s出力响应指数。为保证信号源的准确性，将转速偏差更换为频 率偏差。频率测量装置与PMU装置的取源点必须相同，测量精度＜±0.002 Hz，要求输出三路模拟量频率信号和一路数字量频率超限信号，分别送至DEH和CCS侧，用于一次调频动作的信号源。

2.2 一次调频逻辑优化

（1）增加一次调频动作前馈，提高一次调频前15 s和前30 s出力响应指数。在小频率差扰动下，一次调频函数转换出的功率指令幅度小、不稳定，由于功率指令和阀门指令的运算、高压调节门伺服动作以及油动机和阀门的机械特性，机组实发功率变化小，无法满足一次调频前15 s和前30 s的出力响应指数。通过分析频率测量装置越限信号，发现对其进行信号处理后，能够准确判断出一次调频是否应该动作。在一次调频动作时，增加前馈分量叠加到阀门流量指令中，能够快速响应一次调频动作，提高一次调频前15 s和前30 s的出力响应指数。具体逻辑如图4所示。

图4 一次调频动作前馈逻辑

（2）增加快动缓回功能，提高一次调频电量贡献率指数。由于频率信号不稳定，频率差变化幅度大，无法维持最大频率差对应负荷功率。通过限制频率差变化的速度，增加最大频率差的维持时间[3]。具体为：频率差为正偏差且大于0.033 Hz时，限制其下降速率；频率差为负偏差且小于-0.033 Hz时，限制其上升速率。具体逻辑（以新华DEH为例）如图5所示。

图5 一次调频快动缓回逻辑

3 应用效果

以山西某电厂300 MW亚临界机组一次调频为例，未采用本文方法进行优化前，电网8月性能考核数据如表4所示。

表4 优化前一次调频性能指标数据

通过更换频率测量装置、增加一次调频前馈和快动缓回功能，机组一次调频性能指标有了质的提升，电网9月考核数据如表5所示。

表5 优化后一次调频性能指标数据

通过对优化前后数据的对比发现，一次调频性能指标合格率，前15 s和前30 s响应指数合格率达到90%，较优化前提升70%；电量贡献指标合格率达到70%，较优化前提升60%，能够很好地满足华北电网一次调频性能要求。

4 结语

针对火力发电机组存在一次调频性能指标合格率低的问题，采取了更换频率测量装置、增加一次调频前馈和快动缓回逻辑等措施。优化后，一次调频三个性能指标均有明显提升，达到了电网的要求，并且大幅减少了一次调频性能考核，实现了火力发电机组一次调频优化的效果。