一次調(diào)頻功能對(duì)火電機(jī)組運(yùn)行適應(yīng)性的試驗(yàn)分析

1、-次調(diào)頻功能対火電機(jī)組運(yùn)行適應(yīng)性的試驗(yàn)分析 發(fā)表時(shí) |hj:2002-9-20 作者：張為義 摘要：1 du s隨看大容量機(jī)紐在電網(wǎng)屮的比例不斷增人，以及因電網(wǎng)川電結(jié)構(gòu)變化引起的負(fù)荷峰谷差 逐步加人，人容棗機(jī)紐的運(yùn)行方式也逐步發(fā)生了變化，人容量機(jī)纟fl需要根據(jù)電網(wǎng)中心調(diào)度所 的負(fù)荷需求量和電網(wǎng)的頻率偏差參與電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻。為進(jìn)一步提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、 降低電網(wǎng)頻率的波動(dòng)、增強(qiáng)電網(wǎng)抗事故能力，根據(jù)國(guó)家電力公司華東公司的要求，網(wǎng)內(nèi)各電 廠相應(yīng)開(kāi)展了大機(jī)組一次調(diào)頻功能的試驗(yàn)工作，隨后安徽電網(wǎng)進(jìn)行了一次調(diào)頻聯(lián)調(diào)試驗(yàn)。為 投運(yùn)做好準(zhǔn)備。銅陵電廠#3機(jī)紐為哈爾濱動(dòng)力股份公司牛產(chǎn)的300niw引進(jìn)型機(jī)紐

2、，鍋爐 為強(qiáng)制循環(huán)汽包爐、制粉系統(tǒng)為中間倉(cāng)儲(chǔ)式熱風(fēng)送粉系統(tǒng)。dcs系統(tǒng)為美國(guó)mcs公司的 max1000+plus系統(tǒng)，deh為新華公司的deh-iiia系統(tǒng)。2 ccs、deh系統(tǒng)一次調(diào)頻功能介紹：對(duì)于大容量火電機(jī)組ccs及deh系統(tǒng)均設(shè)計(jì)有一次調(diào)頻功能，盡管不同機(jī)組的ccs 主控系統(tǒng)原理有所不同，但具一次調(diào)頻原理還是相同的。2. 1 ccs系統(tǒng)一次調(diào)頻功能：ccs主控系統(tǒng)采用的是mcs公司的專利技術(shù)deb400直接能量平衡控制系統(tǒng)。ccs主 控系統(tǒng)的sama圖如圖1：ccs系統(tǒng)正常運(yùn)行方式為：agc+deb(玄接能量平ffi)+9d(turbinebase),鍋爐調(diào)壓，ccs至deh的遙控

3、口投入，ccs通過(guò)deh遙控口控制汽機(jī)調(diào)門調(diào)節(jié)功率。ccs主控系統(tǒng) 屮agc的功率指令或運(yùn)行人員的給定功率指令經(jīng)過(guò)限幅及速率限制后為電網(wǎng)頻差所校正的 負(fù)荷指令進(jìn)行迭加，迭加的功率指令送至功率pid調(diào)節(jié)器控制汽輪機(jī)調(diào)門開(kāi)度。其頻差一 功率函數(shù)模塊f(x)|ll|線圖如圖2：頻差信號(hào)來(lái)deh系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，其主要參數(shù)設(shè)直 為：轉(zhuǎn)速不等率：5%,頻差死區(qū)：±2rpim頻差調(diào)節(jié)范圍：±12rpm,負(fù)荷調(diào)節(jié)限幅土 20mw。 當(dāng)頻差信號(hào)在死區(qū)范圍內(nèi)時(shí)，頻差信號(hào)切除，函數(shù)器輸出為0mw,機(jī)組不參加調(diào)頻；死區(qū) 的設(shè)置是為了避免機(jī)組輸出電功率頻繁抖動(dòng)，只冇當(dāng)頻率信號(hào)超出±2rpm

4、時(shí)，機(jī)組才根據(jù) 超出大小參加調(diào)頻，當(dāng)頻差信號(hào)超岀±12rpm時(shí)，函數(shù)器輸出保持±20mw不變。函數(shù)器特 性的斜率代表了電網(wǎng)對(duì)機(jī)組調(diào)頻負(fù)荷分配比例，斜率越大，轉(zhuǎn)速不等率越小，機(jī)紐調(diào)頻能力 越強(qiáng)；斜率越小，轉(zhuǎn)速不等率越人，機(jī)組調(diào)頻能力越弱；300mw機(jī)組通常轉(zhuǎn)速不等率取值 為5%。ccs系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能只冇在deb+tb投入時(shí)才起作用。2. 2 deh系統(tǒng)一次調(diào)頻功能：deh系統(tǒng)一次調(diào)頻功能的頻差功率函數(shù)模塊曲線與ccs系統(tǒng)相同，電網(wǎng)頻差所校 正的負(fù)荷指令直接迭加到deh系統(tǒng)負(fù)荷需求上去控制調(diào)門。3 次調(diào)頻功能單機(jī)試驗(yàn)3. 1單機(jī)試驗(yàn)：選取機(jī)組兩個(gè)比較典型的運(yùn)行工況：機(jī)纟r負(fù)

5、荷分別為9()%ecr、6()%ecr, deh為順 序閥控制，機(jī)組定壓運(yùn)行，acc解除，分別在下列控制方式下進(jìn)行一次調(diào)頻功能試驗(yàn)。頻 差信號(hào)采取強(qiáng)制deh系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速信號(hào)，使轉(zhuǎn)速值上升7rpm或下降7rpm03. 1. 1 deh調(diào)頻投入方式下：ccs系統(tǒng)側(cè)deb投入，鍋爐自動(dòng)調(diào)壓。ccs至deh的 遙控口解除，deh系統(tǒng)功率及壓力調(diào)節(jié)回路解除，一次調(diào)頻功能投入。3. 1. 2 ccs調(diào)頻投入方式下：ccs系統(tǒng)側(cè)deb+汽機(jī)基本+次調(diào)頻功能投入，鍋爐自 動(dòng)調(diào)壓，汽機(jī)調(diào)功。deh側(cè)遙控口投入，deh系統(tǒng)功率、壓力調(diào)節(jié)回路及一次調(diào)頻功能解 除。3. 1. 3 ccs+deh調(diào)頻投入方式下：ccs系

6、統(tǒng)側(cè)deb+汽機(jī)基本+次調(diào)頻功能投入，鍋 爐白動(dòng)調(diào)壓，汽機(jī)調(diào)功。deh側(cè)遙控口投入，deh系統(tǒng)功率、壓力調(diào)節(jié)回路解除，一次調(diào) 頻功能投入。3. 1. 4單機(jī)一次調(diào)頻功能試驗(yàn)數(shù)據(jù)90%ecr工況下：3. 3試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析3. 3. 1 deh調(diào)頻功能投入控制方式下：90%ecr的運(yùn)行工況時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化±7rpm 吋，負(fù)荷變化響應(yīng)較快，功率變化10mw的響應(yīng)吋間均v20s,但汽機(jī)關(guān)調(diào)門吋功率響應(yīng)吋 間比開(kāi)調(diào)門時(shí)要??；冇關(guān)主要參數(shù)變化均不大，此工況下機(jī)組口j滿足一次調(diào)頻的快速要求。 60%ecr的運(yùn)行工況時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化±7rpm時(shí)，負(fù)荷變化響應(yīng)較快，但功率變化量最 大僅5m

7、w,其原因?yàn)樵诓煌呢?fù)荷(壓力)下，相同的調(diào)門變化量改變的負(fù)荷值不同。山于 大部分機(jī)組設(shè)計(jì)為正常運(yùn)行時(shí)功率是ccs通過(guò)deh遙控口控制汽機(jī)調(diào)門調(diào)節(jié)功率，當(dāng)ccs 系統(tǒng)的一次調(diào)頻不投時(shí)，ccs系統(tǒng)對(duì)deh系統(tǒng)一次調(diào)頻功能的作用是反向的，使機(jī)組參加 次調(diào)頻作用不大，因此這種控制方式下一次調(diào)頻功能僅僅適用于功率完全是通過(guò)deh系 統(tǒng)調(diào)節(jié)的機(jī)組。3. 3. 2 ccs調(diào)頻功能投入控制方式下：9()%ecr的運(yùn)行工況時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化±7rpm 時(shí)，負(fù)荷變化響應(yīng)時(shí)間滿足要求，功率變化10mw的響應(yīng)時(shí)間均接近45s,冇關(guān)主要參數(shù) 變化均不大，此工況下機(jī)組可滿足一次調(diào)頻的快速耍求。但在60%ecr

8、的運(yùn)行工況時(shí)，當(dāng) 轉(zhuǎn)速階躍變化±7rpm時(shí)，負(fù)荷變化響應(yīng)較慢，功率變化10mw的時(shí)間均要75s, ccs至deh 的調(diào)門指令變化幅度佼大，機(jī)組功率、汽包水位波動(dòng)較大。這種負(fù)荷丄況及控制方式卜機(jī)組 不宜參加一次調(diào)頻，不利于機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。3. 3. 3 ccs+deh調(diào)頻功能投入控制方式下：90%ecr的運(yùn)行工況時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化 ±7rpm時(shí)，負(fù)荷變化響應(yīng)時(shí)間滿足要求，功率變化10mw的響應(yīng)時(shí)間均v： 30s,功率超調(diào) 量1. 2mw,有關(guān)主耍參數(shù)變化均不大，此工況下機(jī)組町滿足一次調(diào)頻的快速要求。60% ecr的運(yùn)行工況時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)速階躍變化±7rpm時(shí)，結(jié)果表明負(fù)荷變

9、化響應(yīng)基木滿足要求，功 率變化10mw的響應(yīng)時(shí)間均為30s,冇關(guān)主要參數(shù)變化均不大，此工況下機(jī)組可滿足一次調(diào) 頻的快速要求。在ccs+deh控制方式下，一方面由于deh系統(tǒng)側(cè)功率對(duì)頻差響應(yīng)較快， 另方面山于ccs系統(tǒng)側(cè)具有對(duì)功率的校正調(diào)節(jié)作用，兩側(cè)的一次調(diào)頻均投入后，在轉(zhuǎn)速階 躍變化后的初期由于兩側(cè)一次調(diào)頻的迭加作用，調(diào)門開(kāi)大或關(guān)小的速度要大于純deh或純 ccs控制方式下的速度，功率變化響應(yīng)時(shí)間要小于純deh或純ccs控制方式下的時(shí)間， 且隨后由于ccs系統(tǒng)側(cè)具有對(duì)功率的校正調(diào)節(jié)作用，超調(diào)的功率被ccs系統(tǒng)迅速拉回，使 功率較快達(dá)到冃標(biāo)值，且功率不會(huì)有大的超調(diào)量。試驗(yàn)表明這種控制方式是滿足機(jī)

10、組在不同 負(fù)荷下參加電網(wǎng)一次調(diào)頻的授優(yōu)方式，這與安徽省內(nèi)其它300mw機(jī)組的試驗(yàn)結(jié)果是一致 的。4全省聯(lián)調(diào)試驗(yàn)：根據(jù)省公司的布置，2001年12刀21 u 13： 30安徽電網(wǎng)進(jìn)行了一次調(diào)頻聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，電 網(wǎng)頻率擾動(dòng)采用華東天荒坪抽水蓄能電站600mw機(jī)組的抽水機(jī)組跳閘及發(fā)電機(jī)組跳閘來(lái) 實(shí)現(xiàn)。全省共15臺(tái)火電機(jī)組（銘牌總?cè)萘?437mw）參加聯(lián)調(diào)試驗(yàn)，銅陵電廠#3機(jī)組試驗(yàn)時(shí) 的運(yùn)行方式為：ccs系統(tǒng)運(yùn)行方式為acc（agc指令固定）+deb（直接能量平衡）+tb（汽機(jī)基 木）、定壓、順閥運(yùn)行。根據(jù)單機(jī)一次調(diào)頻功能試驗(yàn)結(jié)果，ecs及deh系統(tǒng)一次調(diào)頻功能均 投入（省內(nèi)其它300mw機(jī)組也是采取cc

11、s及deh系統(tǒng)一次調(diào)頻功能均投入的方式）。試驗(yàn) 時(shí)機(jī)組負(fù)荷為70%ecr。4, 1試驗(yàn)方法及結(jié)果：試驗(yàn)分三步進(jìn)行：4. 1. 1 一次調(diào)頻口調(diào)節(jié)試驗(yàn)：一次調(diào)頻功能切除，通過(guò)天荒坪抽水蓄能電站600mw容 量的抽水機(jī)組跳閘，使電網(wǎng)頻率快速上升。目的是了解安徽電網(wǎng)負(fù)荷的頻率響丿應(yīng)特性。此次 h調(diào)節(jié)試驗(yàn)從抽水機(jī)組跳閘開(kāi)始經(jīng)過(guò)25秒電網(wǎng)頻率達(dá)到50. 179h乙 液壓機(jī)組出力由 1886. 6mw降到1838. 3mw,在華東電網(wǎng)的作用下，電網(wǎng)頻率歷時(shí)385秒冋到調(diào)頻死區(qū)。 4, 1, 2電網(wǎng)頻率下降試驗(yàn)：通過(guò)天荒坪抽水蕃能電站600mw容量的發(fā)電機(jī)組跳閘，使 電網(wǎng)頻率下降。通過(guò)發(fā)電機(jī)紐跳閘，經(jīng)過(guò)65

12、秒。電網(wǎng)頻率達(dá)到49. 885hz,由于調(diào)頻機(jī)組 的共同作用，安徽電網(wǎng)調(diào)頻機(jī)纟r出力由3182. 4mw經(jīng)過(guò)105秒上升到3306. 4mw, 一次 調(diào)頻機(jī)組調(diào)節(jié)增124mw,達(dá)到一次調(diào)頻機(jī)組銘牌總?cè)菸莸?. 8%,電網(wǎng)頻率歷時(shí)205秒 冋到調(diào)頻死區(qū)。4. 1. 3電網(wǎng)頻率上升試驗(yàn)：通過(guò)天荒坪抽水蓄能電站600mw容量的抽水機(jī)組跳閘，使 電網(wǎng)頻率上升。通過(guò)抽水機(jī)組跳閘，經(jīng)過(guò)20秒電網(wǎng)頻率達(dá)到50. 104hz,由于調(diào)頻機(jī)紐的 共同作用，安徽電網(wǎng)調(diào)頻機(jī)組出力由333. 9. 7mw經(jīng)過(guò)125秒土升到3230. 4hw, 一次 調(diào)頻機(jī)組調(diào)節(jié)減® 109. 3mw,達(dá)到一次調(diào)頻機(jī)組銘牌總?cè)?/p>

13、坦:的2. 5%,電網(wǎng)頻率歷時(shí)200 秒i叫到調(diào)頻死區(qū)。4. 1. 4 #3機(jī)組聯(lián)調(diào)試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)：4. 2全省聯(lián)調(diào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)一步表明：ccs、deh調(diào)頻功能均投入控制方式下，機(jī)組參加一次調(diào)頻的 負(fù)荷響應(yīng)能力較快，機(jī)組功率波不人，冇關(guān)參數(shù)控制穩(wěn)定，指標(biāo)滿足性能要求；但由于頻率 擾動(dòng)采用電網(wǎng)內(nèi)的機(jī)組跳閘型式，電網(wǎng)頻率上升或下降的速率較慢，便得負(fù)荷增減量達(dá)到理 論值的時(shí)間比單機(jī)試驗(yàn)時(shí)采用轉(zhuǎn)速階躍擾動(dòng)的響應(yīng)時(shí)間慢些（單機(jī)試驗(yàn)時(shí)負(fù)荷增減量達(dá)到理 論值的時(shí)間為3（）秒左右）。試驗(yàn)結(jié)果證實(shí)：當(dāng)華東電網(wǎng)失去600mw發(fā)電/用電容量時(shí)，如 果一次調(diào)頻功能不投入，則電網(wǎng)頻率變化幅度可達(dá)0. 179hz

14、,依靠華東其它省市機(jī)組作用, 全網(wǎng)需用385秒將電網(wǎng)頻率拉回至正常水平；若一次調(diào)頻功能投入，安徽電網(wǎng)一次調(diào)頻機(jī)組 總出力變化量可達(dá)120mw水平，使得電網(wǎng)頻率變化幅度減小為0. 11hz,電網(wǎng)頻率拉回至 正常水平的時(shí)間縮短至200秒，因此一次調(diào)頻功能的作用是很明顯的。5結(jié)論：5.1通過(guò)單機(jī)對(duì)兒個(gè)負(fù)荷工況下不同的控制方式下的試驗(yàn)結(jié)果比較及全省聯(lián)調(diào)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分 析，在ccs、deh調(diào)頻功能均投入控制方式下，機(jī)組參加一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間較快， 機(jī)組功率波動(dòng)不大，冇關(guān)指標(biāo)滿足性能要求；在此控制方式下，一次調(diào)頻對(duì)汽包水位、過(guò)熱 蒸汽溫度、汽機(jī)笫一級(jí)金屬溫度影響并不顯著，汽包水位能控制在設(shè)定值的土 40m

15、m內(nèi)， 對(duì)機(jī)組安全性與穩(wěn)定性的影響較小，是控制系統(tǒng)滿足機(jī)組參加電網(wǎng)一次調(diào)頻的最佳運(yùn)行方 式。頻差功率函數(shù)模塊f(x)的功率限幅值宜設(shè)置為3-4%ecr,如設(shè)置過(guò)大將使汽壓、 水位波動(dòng)大，影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。5. 2機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)如果功率由ccs系統(tǒng)調(diào)節(jié)，ccs系統(tǒng)投入?yún)f(xié)調(diào)后，不能采取單獨(dú)投 deh側(cè)的一次調(diào)頻回路方式，否則在參加調(diào)頻時(shí)市deh系統(tǒng)引起的負(fù)荷增減量將由ccs 系統(tǒng)迅速拉回，機(jī)組達(dá)不到參加一次調(diào)頻功能的要求。ccs系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能只有ccs 系統(tǒng)在tb(turbinc base)方式下才起作用。5. 3同省內(nèi)幾臺(tái)300mw |z|然循環(huán)汽包鍋爐的機(jī)組試驗(yàn)結(jié)果相比，強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐因汽 包容積較小，鍋爐蓄熱能力較小，在汽機(jī)調(diào)門快速關(guān)小時(shí)，主蒸汽壓力上升較慢，幅度不大, 有利于電網(wǎng)高頻率時(shí)機(jī)組參加一次調(diào)頻；在汽機(jī)調(diào)門陜速開(kāi)大時(shí)，主蒸汽壓力卜-降較快，幅 度較人，不利于電網(wǎng)低頻率時(shí)機(jī)組參加一次調(diào)頻。因此對(duì)強(qiáng)制循環(huán)汽包鍋爐的機(jī)組，函數(shù) f(x)在電網(wǎng)負(fù)頻差區(qū)|'可的斜率宜設(shè)査小一些，即轉(zhuǎn)速不等率設(shè)置大一些；h然循環(huán)汽包鍋爐 的機(jī)組則少此相反，函數(shù)f(x)在電網(wǎng)正頻差區(qū)間的斜