火電機組一次調(diào)頻特性探討

范華一

(國網(wǎng)能源哈密煤電有限公司,新疆哈密 839000)

火電機組一次調(diào)頻特性探討

范華一

(國網(wǎng)能源哈密煤電有限公司,新疆哈密 839000)

隨著國家電網(wǎng)中大容量機組的數(shù)量不斷增加,國內(nèi)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也不斷改變,維護電網(wǎng)的穩(wěn)定性具有重要的現(xiàn)實意義。電網(wǎng)頻率是衡量電能質(zhì)量的主要標準之一,是電網(wǎng)穩(wěn)定的基礎(chǔ),在實際應(yīng)用中,火電機組一次調(diào)頻特性的優(yōu)劣對維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定具有重要作用。本文就是在介紹火電機組一次調(diào)頻概念的基礎(chǔ)上,對火電機組一次調(diào)頻的參數(shù)和特性進行了分析。

火電機組 一次調(diào)頻 特性

1 一次調(diào)頻概述

所謂一次調(diào)頻[1]，指在火電機組并入電網(wǎng)且參與運行時，由于受到外界作用導(dǎo)致電網(wǎng)頻率不平衡，電網(wǎng)中各機組隨電網(wǎng)頻率變化情況，其調(diào)速系統(tǒng)通過一次調(diào)頻提高或降低機組功率，以使電網(wǎng)頻率恢復(fù)平衡的過程。需要說明的是，電網(wǎng)頻率的變化程度僅限一定范圍內(nèi)。一次調(diào)頻具有頻率調(diào)節(jié)快捷方便特點，但由于受整體發(fā)電機組制約，其調(diào)整量受限。

2 一次調(diào)頻的主要參數(shù)

影響火電機組的一次調(diào)頻性能的因素較多[2-4]，主要從以下幾個指標的設(shè)置方面進行分析：(1)速度變動率σ，作為調(diào)節(jié)系統(tǒng)中最重要的指標，主要反映機組一次調(diào)頻的能力。依據(jù)自動調(diào)節(jié)原理，速度變動率σ近似于調(diào)節(jié)系統(tǒng)中比例帶，既反映了一次調(diào)頻能力又反映了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般情況下，機組對電網(wǎng)調(diào)頻的能力隨著速度變動率σ值增大而越弱，而機組穩(wěn)定性越強；相反，機組對電網(wǎng)調(diào)頻的能力隨著速度變動率σ值減小而越強，而機組穩(wěn)定性越弱。對承擔(dān)基本負荷機組而言，速度變動率σ值設(shè)置較大，以降低電網(wǎng)周波變化對機組功率的影響，從而維持機組能夠長期穩(wěn)定運行。對承擔(dān)尖峰負荷機組而言，速度變動率σ值設(shè)置較小，以分擔(dān)部分由于電網(wǎng)周波變化引起的負荷。通常情況下，火電機組調(diào)速系統(tǒng)的速度變動率σ值設(shè)置為4%左右。(2)調(diào)頻死區(qū)，對其進行設(shè)置主要為防止電網(wǎng)頻率波動范圍較小時，汽輪機調(diào)門頻繁波動而造成設(shè)備運行存在隱患，可見設(shè)置調(diào)頻死區(qū)對機組一次調(diào)頻影響較大。進行調(diào)速系統(tǒng)調(diào)頻死區(qū)設(shè)置，既可以避免電力系統(tǒng)內(nèi)波動頻率小且有周期性的隨機波動，減少閥門位置和調(diào)速系統(tǒng)運行頻率，保證發(fā)電機組穩(wěn)定性，又可以降低由于系統(tǒng)不靈敏區(qū)存在造成頻率和聯(lián)絡(luò)線功率幅值及時間的加重，并且減少二次調(diào)頻的負荷。調(diào)頻死區(qū)的設(shè)置必須合理，若設(shè)置過大，則導(dǎo)致機組喪失部分調(diào)頻功能；若設(shè)置過小，則導(dǎo)致機組運行過于頻繁并造成機組運行存在安全隱患。通常情況下，火電機組一次調(diào)頻死區(qū)的設(shè)置小于±2r/min(士0.0034Hz)。(3)響應(yīng)滯后時間及穩(wěn)定時間，響應(yīng)滯后時間通常反映機組一次調(diào)頻的快速性，穩(wěn)定時間指的是在機組進行一次調(diào)頻并穩(wěn)定電網(wǎng)頻率后，其負荷達到要求值的用時。國家規(guī)定，通常要求響應(yīng)滯后時間不大于3秒，穩(wěn)定時間不大于60秒。機組一次調(diào)頻系統(tǒng)的響應(yīng)滯后時間和穩(wěn)定時間必須按照國家規(guī)定執(zhí)行，否則負荷變化后機組安全穩(wěn)定性無法達標。(4)負荷變化幅度，其參數(shù)設(shè)置是防止調(diào)頻系統(tǒng)頻率過快時導(dǎo)致發(fā)電機出力瞬時增加或者減小造成機組無法安全運行。負荷變化幅度一般有設(shè)置最大值，若頻率過大，機組負荷將在限定的范圍內(nèi)變化，不隨頻率變化而改變。通?；痣姍C組負荷變化幅度設(shè)置大于機組額定負荷的±6%。

3 一次調(diào)頻的特性研究

(1)火電機組典型調(diào)速系統(tǒng)控制方式主要有汽輪機調(diào)速側(cè)一次調(diào)頻、CCS側(cè)一次調(diào)頻和CCS+DEH共同作用下的一次調(diào)頻三種。火電機組采用的DEH(數(shù)字電液調(diào)速系統(tǒng))可完成一次調(diào)頻，并且其進行一次調(diào)頻時具有執(zhí)行機構(gòu)線性度優(yōu)良、控制精度高以及閥門遲緩率低等優(yōu)點，有效的加強了發(fā)電機組轉(zhuǎn)速負載控制的動態(tài)或穩(wěn)態(tài)特性。CCS側(cè)一次調(diào)頻類似于DEH，其調(diào)頻具有調(diào)節(jié)級壓力控制、轉(zhuǎn)速偏差控制以及功率控制等，并且這些控制多數(shù)都在CCS系統(tǒng)中完成，相比于DEH，在汽輪機和鍋爐間協(xié)調(diào)上更具優(yōu)勢。將DEH和CCS結(jié)合使用時，DEH負責(zé)轉(zhuǎn)速偏差控制，CCS負責(zé)調(diào)節(jié)級壓力和功率控制，因此，調(diào)門開度指令實際上是DEH和CCS發(fā)出指令的疊加，但是采用此方式時應(yīng)具體問題具體分析[5-6]。(2)影響一次調(diào)頻能力的參數(shù)分析，主要從改變調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)的時間常數(shù)和改變執(zhí)行機構(gòu)前的限幅進行討論。容器或類型不同的機組其執(zhí)行機構(gòu)時間常數(shù)值不同，一般在0.2-1.5范圍內(nèi)，通過改變調(diào)速器執(zhí)行機構(gòu)的時間常數(shù)發(fā)現(xiàn)，調(diào)門開度指令變化速度隨著時間常數(shù)的增大而降低，隨著時間常數(shù)的減小的增大。在汽輪機調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)閥門指令傳至閥門動作的執(zhí)行之前，指令需經(jīng)過一個限幅，限幅的大小影響著機組參與一次調(diào)頻的特性，研究發(fā)現(xiàn)限幅值相對較小時，其對一次調(diào)頻響應(yīng)速度的抑制作用較強。(3)調(diào)速控制方式對一次調(diào)頻能力的影響，前面研究可知，三種典型的調(diào)速模式分別是僅CCS側(cè)投入一次調(diào)頻、CCS側(cè)和DEH側(cè)同時投入調(diào)頻、CCS側(cè)手動與DEH側(cè)自動同時投入調(diào)頻。通過對比發(fā)現(xiàn)，在對汽輪機輸出功率影響方面，CCS側(cè)和DEH側(cè)同時投入調(diào)頻與僅CCS側(cè)投入一次調(diào)頻差別不大，分析原因可能是CCS側(cè)和DEH側(cè)都有同樣的轉(zhuǎn)速偏差控制，并且CCS側(cè)對轉(zhuǎn)速偏差的響應(yīng)較快，造成DEH側(cè)對調(diào)門開度指令的優(yōu)越性未表現(xiàn)出來。在采用CCS側(cè)手動與DEH側(cè)自動同時投入調(diào)頻時，系統(tǒng)受汽輪機主蒸汽壓力調(diào)節(jié)回路的影響，使用機組原有的蓄熱將汽輪機調(diào)門開度打開，以提高出力力度，同時隨著蓄熱量的降低，汽輪機調(diào)門受功率調(diào)節(jié)回路影響恢復(fù)到原來位置，因此DEH側(cè)并未達到一次調(diào)頻效果。

4 結(jié)語

隨著國家電網(wǎng)發(fā)展迅速，電力系統(tǒng)規(guī)模不斷增大，機組容量日益增高，社會和人們對電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性要求也不斷提高。一次調(diào)頻作為維護電網(wǎng)安全穩(wěn)定、提高電網(wǎng)質(zhì)量效能的重要措施，越來越被人們所重視。當(dāng)前，不斷優(yōu)化一次調(diào)頻功能特性，加大一次調(diào)頻的投入力度，將是電力行業(yè)工作的重中之重。

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