兩級(jí)供熱機(jī)組一次調(diào)頻性能試驗(yàn)及優(yōu)化

徐譽(yù)瑋，雷增強(qiáng)，彭佩

（1.廣州中電荔新電力實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 511340）（2.廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東 廣州 510075）

兩級(jí)供熱機(jī)組一次調(diào)頻性能試驗(yàn)及優(yōu)化

徐譽(yù)瑋1，雷增強(qiáng)2，彭佩1

（1.廣州中電荔新電力實(shí)業(yè)有限公司，廣東 廣州 511340）（2.廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，廣東 廣州 510075）

本文介紹了中電荔新電廠330MW兩級(jí)供熱機(jī)組1號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻的基本實(shí)施情況，并對(duì)該機(jī)組一次調(diào)頻所存在的問(wèn)題進(jìn)行了研究及分析，提出了性能優(yōu)化方案。試驗(yàn)及投運(yùn)效果證明，通過(guò)性能優(yōu)化改善了該機(jī)組的一次調(diào)頻特性，滿足了電網(wǎng)的要求。

兩級(jí)供熱；一次調(diào)頻；轉(zhuǎn)速不等率；調(diào)頻流量函數(shù)

廣州中電荔新電廠1號(hào)機(jī)組為330MW兩級(jí)供熱發(fā)電機(jī)組。汽輪機(jī)選用東方汽輪機(jī)有限公司330MW純凝汽輪發(fā)電機(jī)組，為亞臨界、中間再熱、雙缸雙排汽、雙抽凝汽式機(jī)組[1]。機(jī)組啟動(dòng)方式具有不帶旁路的高壓缸啟動(dòng)和帶旁路的高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)。鍋爐為東方鍋爐廠研發(fā)，系亞臨界、自然循環(huán)、單爐膛四角切圓燃燒、一次中間再熱、擺動(dòng)燃燒器調(diào)溫，平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、露天布置、全鋼構(gòu)架、全懸吊結(jié)構(gòu)、“II”型布置汽包鍋爐。發(fā)電機(jī)采用東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的QFSN-330-2-20型發(fā)電機(jī)，冷卻方式為雙水內(nèi)冷，具有失磁異步運(yùn)行、進(jìn)相運(yùn)行、調(diào)峰運(yùn)行和不對(duì)稱運(yùn)行能力。機(jī)組的分散控制系統(tǒng)采用新華控制工程有限公司的XDC800分散控制系統(tǒng)，DEH控制系統(tǒng)采用GE新華的XDPS-400e控制系統(tǒng)。

電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要任務(wù)之一是對(duì)頻率進(jìn)行監(jiān)視和控制，而發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻功能對(duì)維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定至關(guān)重要，為保證電網(wǎng)安全、穩(wěn)定運(yùn)行，根據(jù)《廣東電網(wǎng)（統(tǒng)調(diào)）發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定》要求，廣東省電網(wǎng)所有統(tǒng)調(diào)的發(fā)電機(jī)組均要求投入一次調(diào)頻功能[2]。目前，機(jī)組的控制系統(tǒng)采用新華公司的DCS系統(tǒng)進(jìn)行一體化控制。一次調(diào)頻是指當(dāng)電網(wǎng)頻率偏離額定值時(shí)，發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制機(jī)組有功功率的增加（頻率下降時(shí)）或減少（頻率升高時(shí)），以使電網(wǎng)頻率迅速回到額定值范圍的特性。

1 機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)指標(biāo)要求

根據(jù)《廣東電網(wǎng)（統(tǒng)調(diào)）發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定》要求，對(duì)中電荔新電廠發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的響應(yīng)速度、調(diào)節(jié)幅度和調(diào)差率以及機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等進(jìn)行定量或定性的技術(shù)要求調(diào)整，具體指標(biāo)如下：

（1）機(jī)組參與一次調(diào)頻的死區(qū)：配置DEH的火電機(jī)組為±0.033Hz（±2r/min）；

（2）火電機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率：4%～5%；

（3）調(diào)節(jié)系統(tǒng)遲緩率：DEH電液調(diào)節(jié)型、機(jī)組容量≥200MW的機(jī)組遲緩率小于 0.07%；

（4）一次調(diào)頻響應(yīng)行為時(shí)間要求：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)，電液調(diào)節(jié)型機(jī)組響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于等于3秒，在電網(wǎng)頻率變化超過(guò)機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)開始的15秒內(nèi)，機(jī)組出力實(shí)際調(diào)節(jié)量應(yīng)達(dá)到△P(△f,t)理論最大值的60%以上。在電網(wǎng)頻率變化超過(guò)機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)開始的60秒內(nèi)，機(jī)組實(shí)際出力與響應(yīng)目標(biāo)的偏差的平均值應(yīng)在理論計(jì)算的調(diào)整幅度的±8%內(nèi)[3～4]。

（5）機(jī)組參與一次調(diào)頻的負(fù)荷最大調(diào)整幅度設(shè)定值：額定負(fù)荷在200（含）～500MW之間的火電機(jī)組，限制幅度大于等于±8%Pn（Pn為額定負(fù)荷，下同），對(duì)于1號(hào)機(jī)組，參與一次調(diào)頻的負(fù)荷最大調(diào)整幅度為±26.4MW。

（6）對(duì)調(diào)速系統(tǒng)、機(jī)組控制系統(tǒng)的技術(shù)要求：對(duì)于采用分散控制系統(tǒng)（DCS）、具有機(jī)爐協(xié)調(diào)控制功能（CCS）的機(jī)組，應(yīng)在DCS中投入頻率校正回路，由DEH、DCS共同完成一次調(diào)頻功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化

2.1一次調(diào)頻控制方式

該機(jī)組采用CCS與DEH系統(tǒng)完成機(jī)爐負(fù)荷與壓力的控制，根據(jù)上文1中第6項(xiàng)要求，應(yīng)該同時(shí)在DCS與DEH側(cè)同時(shí)實(shí)施頻差（其中，頻差=電網(wǎng)額定頻率-實(shí)際電網(wǎng)頻率，下同）或頻率校正，即機(jī)組一次調(diào)頻功能由CCS與DEH共同完成。

2.2頻差-負(fù)荷修正曲線

中電荔新電廠#1機(jī)組容量為330MW，一次調(diào)頻最大負(fù)荷變化幅度為額定負(fù)荷的±8%，調(diào)節(jié)系統(tǒng)轉(zhuǎn)速不等率5%，一次調(diào)頻死區(qū)轉(zhuǎn)速為±2r/min，一次調(diào)頻負(fù)荷下限為最低穩(wěn)燃負(fù)荷，上限為額定負(fù)荷[5]。一次調(diào)頻頻率-負(fù)荷修正曲線設(shè)置如下（按轉(zhuǎn)速不等率為5%，負(fù)荷最大調(diào)整幅度按±8%Pn設(shè)置）。如圖1所示。

圖1 機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷與頻率曲線

2.3一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化

進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)前，對(duì)DEH一次調(diào)頻邏輯進(jìn)行檢查并進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后邏輯圖如圖2所示。

圖2 機(jī)組一次調(diào)頻邏輯

經(jīng)過(guò)分析一次調(diào)頻歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)該機(jī)組主汽壓力波動(dòng)時(shí)，對(duì)一次調(diào)頻影響很大，故在原邏輯中增加了主汽壓力對(duì)一次調(diào)頻量貢獻(xiàn)值，如圖2中主汽壓力回路以及F2（X）所示。

2.4一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

在進(jìn)行一次調(diào)頻前，對(duì)機(jī)組DEH側(cè)一次調(diào)頻邏輯中調(diào)頻負(fù)荷函數(shù)和調(diào)頻流量函數(shù)進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。

（1）DEH中調(diào)頻負(fù)荷函數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)中電荔新330MW發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻頻率-負(fù)荷修正曲線，對(duì)圖2中的調(diào)頻負(fù)荷函數(shù)F1(X)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，調(diào)頻負(fù)荷函數(shù)參數(shù)見表1。

表1 調(diào)頻負(fù)荷函數(shù)F1(X)

（2）DEH中主汽壓流量函數(shù)優(yōu)化

在進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)主汽壓力對(duì)一次調(diào)頻影響較大，故邏輯中增加了主汽壓力對(duì)一次調(diào)頻量貢獻(xiàn)值，以達(dá)到理想的調(diào)頻效果，主汽壓流量函數(shù)F2(X)參數(shù)見表2。

表2 主汽壓流量函數(shù)F2(X)

3 DEH-CCS聯(lián)合一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果

進(jìn)行DEH-CCS聯(lián)合方式的一次調(diào)頻試驗(yàn)，在DEH側(cè)分別強(qiáng)制汽機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min→2997r/min→3000r/min→3003r/min →3000r/min、3000r/min→2992r/min →3000r/min→3008r/min →3000r/min，其對(duì)應(yīng)一次調(diào)頻修正量分別為0MW→-2.2MW →0MW→2.2MW→0MW、0MW→-13.2MW→0MW→13.2MW→0MW，測(cè)定系統(tǒng)的一次調(diào)頻響應(yīng)遲延、最大15秒內(nèi)一次調(diào)頻量、60秒內(nèi)的負(fù)荷及設(shè)定值的最大偏差等，數(shù)據(jù)記錄見表3。

結(jié)果如下：一次調(diào)頻動(dòng)作后，DEH負(fù)荷響應(yīng)遲延在32秒以內(nèi)，調(diào)頻負(fù)荷在5秒內(nèi)過(guò)渡到穩(wěn)定值。從試驗(yàn)情況來(lái)看，一次調(diào)頻的響應(yīng)特性基本上能滿足電網(wǎng)的要求，在60秒內(nèi)的調(diào)頻量為理論調(diào)頻量的81%～119%，調(diào)頻負(fù)荷在7～13秒內(nèi)過(guò)渡到給定值，一次調(diào)頻響應(yīng)特性較好，記錄曲線如圖3所示。

Performance Optimization and Test on Primary Frequency Modulation of Two-stage Heating Unit

The paper introduces the realization of primary frequency modulation for #1 unit of 330MW two-stage heating unit of Zhongdianlixin power. During the test, the problems of primary frequency modulation has been studied and analyzed, and the strategy of optimized performance of primary frequency modulation was therefore presented. Test and practical application shows that the performance of primary frequency modulation was improved by performance optimization and requirement of the power grid can be satisfied.

Two-stage heating; Primary frequency modulation; Speed governing droop; Frequency regulation flow functions

表3 DEH-CCS聯(lián)合控制方式下一次調(diào)頻特性測(cè)試數(shù)據(jù)

B

1003-0492(2015)03-0084-03

TP273