提高機組一次調(diào)頻響應(yīng)的運行策略

王國紅，陸登科

(徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221142)

提高機組一次調(diào)頻響應(yīng)的運行策略

王國紅，陸登科

(徐州華潤電力有限公司，江蘇 徐州 221142)

為提高大容量電網(wǎng)一次調(diào)頻增負荷要求的快速響應(yīng)，通過對大容量機組廠用電負荷運行設(shè)備統(tǒng)計、分類、分析，按照設(shè)備運行性質(zhì)和重要程度，提出“毫秒級切部分廠用電系統(tǒng)”運行策略，根據(jù)策略著重分析當(dāng)高壓電網(wǎng)對機組發(fā)出一次調(diào)頻增負荷指令時，“毫秒級切部分廠用電系統(tǒng)”相關(guān)裝置作出響應(yīng)，快速切除對機組安全運行無影響的旋轉(zhuǎn)容量，瞬時增加機組對電網(wǎng)輸出功率的能力，滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻要求。通過對江蘇省內(nèi)現(xiàn)有運行于高壓電網(wǎng)機組廠用電運行方式進行統(tǒng)計、分析，提出“毫秒級切廠用電系統(tǒng)”方案及其推廣性。

高壓電網(wǎng)；一次調(diào)頻；毫秒級切廠用電；快速響應(yīng)

1 高壓電網(wǎng)一次調(diào)頻運行現(xiàn)狀

一直以來電網(wǎng)的一次調(diào)頻是運行發(fā)電機組的調(diào)頻反饋回路對外界電網(wǎng)負載變化的快速調(diào)節(jié)過程，一般來說電網(wǎng)一次調(diào)頻功能以整臺機組作為控制對象。汽輪機快速響應(yīng)外界負荷、頻率的變化，鍋爐跟隨汽輪機的快速響應(yīng)，滿足汽輪機的要求。穩(wěn)定運行的電力系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)頻率偏離目標頻率時，發(fā)電機組通過調(diào)速系統(tǒng)的自動反應(yīng)，調(diào)整有功出力減少頻率偏差，維護電網(wǎng)運行穩(wěn)定。由于電網(wǎng)中負荷快速的變動所引起的電網(wǎng)頻率變化，需要網(wǎng)內(nèi)運行機組的汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)、機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化情況，利用鍋爐的蓄能，自動改變調(diào)門的開度，即改變發(fā)電機的功率，使之適應(yīng)電網(wǎng)負荷的隨機變動，來滿足電網(wǎng)因負荷變化的一次調(diào)頻過程。近幾年由于新能源的快速發(fā)展，西電東送和北電南送等區(qū)外超長距離直流特高壓并入江蘇電網(wǎng)，江蘇高壓電網(wǎng)運行結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化。當(dāng)超高壓直流發(fā)生閉鎖切除時，電網(wǎng)將瞬時損失較大電源，電網(wǎng)頻率將發(fā)生較大偏差，而用戶對電能質(zhì)量的要求卻在不斷提高，由于每個電力企業(yè)傳統(tǒng)一次調(diào)頻調(diào)節(jié)控制性能不同，對電網(wǎng)調(diào)頻響應(yīng)也不一樣，新形勢下省內(nèi)500kV電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的問題越來越被重視。

2 毫秒級切廠用電策略分析

為了解決區(qū)外高壓來電對現(xiàn)高壓電網(wǎng)運行出現(xiàn)的新問題，防止區(qū)外超高壓來電故障時影響電網(wǎng)安全運行，必須采取強制措施，保證故障發(fā)生瞬間電網(wǎng)頻率在允許范圍。一方面電網(wǎng)自動切除部分社會用電，防止電網(wǎng)拖垮，另一方面通過電網(wǎng)中運行的大機組快速響應(yīng)調(diào)頻要求，增加機組有功出力，快速彌補電網(wǎng)所缺失的電源。當(dāng)系統(tǒng)有較大電能失去，電網(wǎng)頻率發(fā)生較大偏差時，除了利用原有一次調(diào)頻系統(tǒng)調(diào)節(jié)的措施外，新增“毫秒級切廠用電”系統(tǒng)，使電網(wǎng)中大容量機組瞬間切除部分廠用電容量，可以快速向電網(wǎng)增加部分有功電能，減少電網(wǎng)頻率衰減，保障電網(wǎng)運行安全。

3 毫秒級切廠用電效果

3.1 毫秒級切負荷系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)置

毫秒級切負荷系統(tǒng)電站側(cè)按三層架構(gòu)設(shè)置：分別為切負荷控制中心站、切負荷控制子站以及終端用戶負荷控制系統(tǒng)。終端用戶負荷控制系統(tǒng)根據(jù)負荷性質(zhì)分為三類：第一類是常規(guī)大用戶的負荷終端，第二類是燃煤電廠可中斷輔機設(shè)備負荷控制系統(tǒng)，第三類是其它電站可中斷負荷控制系統(tǒng)。

3.2 毫秒級切負荷系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)

電廠可中斷輔機負荷控制系統(tǒng)采用主從式設(shè)計，分為控制主機和執(zhí)行從機 ， 控制主機和執(zhí)行從機之間通過單模光纖進行通信。其中控制主機采用雙套配置， 執(zhí)行從機采用單套配置，每個執(zhí)行從機能同時與雙套控制主機進行信息通信。裝置結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

為了防止兩套主機與從機通信中斷造成兩套主機所統(tǒng)計計算的可切量不一致，兩套主機之間進行光纖通信，實時交換數(shù)據(jù)，當(dāng)兩套主機和從機之間的光纖通道出現(xiàn)交叉中斷造成統(tǒng)計的可切負荷量不一致時，通過取用交換數(shù)據(jù)，使得統(tǒng)計的負荷量一致，保證相同的可切負荷量上送到切負荷控制子站?？刂浦鳈C和執(zhí)行從機均按照標準化設(shè)計，每個控制主機最多能擴展12個執(zhí)行從機，每個執(zhí)行從機最多能監(jiān)控10路可中斷負荷，能跳10路負荷控制開關(guān)。整個系統(tǒng)最大控制能力為同時監(jiān)控 12個可中斷輔機負荷開關(guān)室，共120個可中斷負載。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)圖

表1 可切設(shè)備統(tǒng)計表

雙套控制主機各通過一個2M 的E1電接口與上級切負荷子 站進行實時通信。雙套控制主機還可通過以太網(wǎng)口，通過調(diào)度數(shù)據(jù) 網(wǎng)與省調(diào)D5000進行通信，上傳電廠各個類型的可切負荷量和可切負荷總量。

3.3 毫秒級精準切廠用輔機過程

毫秒級切廠用電系統(tǒng)由監(jiān)控系統(tǒng)、主機單元柜、從機單元柜三大設(shè)備組成。監(jiān)控系統(tǒng)使接受電網(wǎng)調(diào)度中心指令，主機單元柜布置在網(wǎng)控室，主機柜與監(jiān)控系統(tǒng)通過2M通道通信傳輸聯(lián)接。在6kV開關(guān)室布置從機單元柜，從機柜經(jīng)過光纜接受主機指令 。從機單元柜接受指令后，對可切設(shè)備發(fā)跳閘指令，切除可中斷的輔機。過程如下：①執(zhí)行從機采集計算各可中斷輔機負荷的電氣量，進行有功功率計算；控制主機匯集各執(zhí)行從機的可切負荷量，計算電廠的可切負荷總量，把計算結(jié)果通過2M通道實時上送上級切負荷子站。在特高壓直流發(fā)生閉鎖情況下，實時接收上級子站的切負荷指令按照既定 原則切除相關(guān)負載。②控制從機設(shè)線路允切壓板，投入則該線路可切，功率計入可切負荷量；退出該線路可切，功率不計入可切負荷量。

3.4 可切設(shè)備分析

通過對現(xiàn)有600WM及1000WM機組廠用電系統(tǒng)研究分析，其中輸煤、卸煤、制漿、化水、除灰、雨水等輔助系統(tǒng)在機組正常運行短時切除10分鐘，不影響機組正常運行，10分鐘后系統(tǒng)根據(jù)要求亦可以逐步恢復(fù)至正常運行。以彭城電廠2臺1000MW機組為例，可切設(shè)備如表1所示。

通過以上統(tǒng)計，一臺機組在輸煤、卸煤、制漿、化水、除灰、雨水等輔助系統(tǒng)全部運行時按照一運一備的使用原則，運行設(shè)備按80%額定出力，實際可切容量為5624kW。

3.5 毫秒級精準切廠用設(shè)備效果

我公司運行于500kV系統(tǒng)的百萬機組在電網(wǎng)頻率波動時可切旋轉(zhuǎn)容量為0.55萬kW，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，通過對運行于500kV系統(tǒng)的省內(nèi)各家電廠調(diào)研，全省各發(fā)電廠可切旋轉(zhuǎn)容量為20萬kW，按一條600萬kW區(qū)外特高直流線路故障失電計算，全省毫秒級精準切廠用設(shè)備可調(diào)節(jié)電網(wǎng)頻率0.033Hz，可以有效防止電網(wǎng)頻率惡化。

4 結(jié)語

隨著各區(qū)域電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)不斷加強，長距離區(qū)外來電并入省內(nèi)電網(wǎng)，外來電源穩(wěn)定性對本省電網(wǎng)的影響越來越大，加之高壓電網(wǎng)穩(wěn)定性也越來越受到重視，必須從內(nèi)外采取多重措施保護電網(wǎng)，在電網(wǎng)出現(xiàn)事故情況下盡量減少對社會供電的影響，提高電網(wǎng)供電的可靠性。在傳統(tǒng)主要依靠汽輪機完成機組一次調(diào)頻調(diào)節(jié)電網(wǎng)負荷、頻率的情況下，采用“毫秒級切廠用電系統(tǒng)”配合機組一次調(diào)頻對電網(wǎng)頻率進行調(diào)節(jié)，有效的保障了電網(wǎng)安全運行。

TM621

A

1671-0711（2017）05（上）-0099-02