大型火电机组一次调频反调问题研究

王若冰

大唐渭南热电有限公司 陕西省渭南市 714000

摘要：本文以某火电厂为例，分析该电厂在一次调频试验中出现的反调情况，提出造成反调问题出现的各种原因，如机组实际转速与设计要求不符等，通过开展对比试验方式，制定出解决大型火电机组一次调频反调问题的具体对策，以供参考。

关键词：大型火电机组；一次调频；反调问题；解决对策

前言：随着社会经济发展速度不断加快，电网系统规模扩大，系统运行期间的稳定性成为各领域重点关注课题。电网频率可直接影响到实际供电水平，需要对电网进行一次调频处理。与普通电网系统相比，大型火电机组运行更加复杂，在一次调频过程中经常会出现反调问题，需要针对此问题进行不断优化与改良。

1. 大型火电机组一次调频重要性及考核分析

1.1大型火电机组一次调频重要性

就目前来看，大型火电机组运行处于特高压交直混联运行状态。随着新能源发电电量逐步增长，直流输电量进一步提升^[1]。电网在调峰运行期间的峰谷差异拉大，功率缺失情况频繁出现，严重影响到电网频率的稳定性。因此为从根本上增强大型火电机组运行稳定性，需要做好机组一次调频工作，确保电网频率始终控制在标准限度之内。

1.2大型火电机组一次调频流程

依照国家级电力部门颁布的电网运行条例以及电力系统网源协调技术规范，大型火电机组新建、扩建、调速系统与运行机组需要开展复合性试验工作，复合周期不宜超过5年。

火力发电机组一次调频试验及性能验收工作需要确保机组协调控制系统具备一次调频功能，在调速期间使用的转速信号转速经过不等率设计函数生成一次调频阀位因子^[2]。阀位因子在汽轮机总阀处生成指令。CCS内功率回路的功率指令需要根据转速不等率函数生成一次调频功率因子，功率因子叠加到目标负荷值，功率因子在不受到速率限制的情况下，机组一次调频负荷响应速度要求需要得到合理管控。

在大型火电机组一次调频性能并网运行考核中，需要严格依照电网所在地区市场发展要求以及管理目标开展。在一次调频贡献值小于0.5的情况下，应当将其标记为不合格，扣罚电量2万千瓦时。

一次贡献频率主要就是指一次理论贡献量与一次实际贡献量的比值。通过收集机组一次调频实际贡献电量、系统频率超过机组一次调频动作死区时间、系统频率进入机组一次调频动作死区时间、机组实际发现功率，计算出一次调频理论积分电量值。通过研究实际计算结果发现，在大型火电机组一次调频积分时长为60s时，频率已返还死区中，频率波动不必统计。

2. 大型火电机组一次调频案例分析

本文以某大型火电厂为例，该火电厂汽轮机组主要分为一次中间再热、两缸两排汽、凝汽式等种类^[3]。为细致分析大型火电机组汽轮机一次调频效果，需要严格遵照地区电网运行准则、火力发电机组一次调频试验验收导则，开展一次调频试验工作。

该大型火电机组的额定功率为320MV，转速不等率为4%。正常运行时，机组采用顺序阀运行方式。

在机组负荷270.97 MW时，需要进行下一次调频试验。实验开始前总阀位的指令为76.6%，开关反馈率为31.95%。在11.09s机组负荷升到最高点后，实际负荷值为382.97 MW，总阀位置量为82.4%。在一次调频后，功率变化量为12MW，计算机组的实际转速为3.5%，一次调频贡献率为105.53%，机组控制指标可满足一次调频要求。但在机组一次调频至11.05s后，机组功率出现反调问题，机组负荷为274.81MW，总阀位指令为78.36%，功率变化额为3.84MW，计算机组实计算数不等率为11.1%.一次调频的贡献率为80.88%。

3. 大型火电机组一次调频反调问题原因

3.1大型火电机组逻辑检查

大型火电机组一次调频主要由DEH与CCS组成。DEH主要就是指转速与频率偏差经过不等于函数计算后，获得的一次调频阀位因子^[4]。为从根本上提升机组一次调频效果，需要将机组原有一次调频阀位因子在机前压力修正函数。一次调频阀位因子流量在修正函数后，形成更加精准的一次调频修正后阀位因子。

CCS主要就是大型火电机组转速与频率之间的差异在不等于函数计算下，生成相应的一次调频功率因子。一次调频功率因子控制逻辑较为复杂，在一次调频功率因子上直接加到目标负荷值，可以不经速率限制。由于在大型火电机组实际运行期间，一次调频工作需要增加负荷，主汽压力值偏差较大，对机组运行期间的安全性造成严重不利影响。同时，在火电机组运行功率增加的情况下，主汽压力偏差值会在调压函数计算时目标负荷进行修正，需要对调压函数值进行合理选择。

大型火电机组一次调频的调压函数需要依照直接能量平衡原理，依照额定负荷与额定主汽压力数值，确定调频过程中的线性关系，并将调压函数死区设定为0.1MPa.

依照大型火电机组一次调频试验期间的实际动作，发现在0.1Hz频差扰动期间，能够引发机组主汽压力变化的值为0.4MPa；主汽压力偏差在经过调压函数计算处理后，获得了6.67MW负荷变化

^[5]。依照一次调频功率因子计算规律，一次调频对应的实际功率变化值为9.48MW，机组计算时得出的目标负荷为2.81MW。此试验结果表明，在大型火电机组一次调频中，调压函数的变化会导致协调工况发生下一次调频反调问题。

3.2大型火电机组一次调频调压函数优化方式

通过对大型火电机组一次调频协调侧进行优化处理，能够最大限度避免因主汽压力偏差出现的一次调频反调问题。为从根本上提升大型火电机组正常状态下压力偏差产生的安全威胁，在机组加减负荷期间，还需要一次调频调压偏差能够被控制在合理范围之内。

具体而言，在大型火电机组内引入一次调频动作信号，将此信号作为实际判断依据。在火电机组正常运行状态下，需要选择适宜的调压函数值。一次调频后，切换一次调频动作调压函数，并将一次调频动作后调压函数的调压死区修改为0.8，进一步调整调压函数斜率，确保机组运行频率满足一次调频动作要求。

在优化大型火电机组一次调频调压函数过程中，此优化方案在大频差以及持续时长运行工况时，也容易出现反调问题。因此需要选择适宜的一次调频动作判断信号，设置大型火电机组正常运行状态下的调压函数。在一次调压动作后，将机组压力切换到当前值回路。由于在一次调频动作发生后，调压回路将不会发生明显作用，相应的反调问题得到解决。

大型火电机组方案优化后，需要重新开展一次调频试验工作，确保调频后的机组不会发生反调问题，确保机组运行安全效益。由于一次调频反调问题发生主要原因为机组协调侧调压回路设置不合理，因此还需要对比分析不同调压回路设置方式，选择出于当地电网考核要求相符的条件函数，不断优化一次调频流程，确保一次调频后，大型火电机组能够满足电网积分电量标准，使其自身的调频稳定性与国际要求相同。

总结：总而言之，在大型火电机组一次调频过程中，调频工作经常会受到各类因素影响出现反调问题，严重影响到机组运行期间的质量与效率。为降低反调问题发生几率，需要做好一次调频速度变动率设计工作，通过使用压力补偿与线性差值函数设计方式，增强一次调频水平，保障一次调频工作与实际设计要求相符。

参考文献：

[1]李飞. 储能系统辅助火电机组调频的建模及控制策略研究[D].华北电力大学(北京),2017.

[2]王刚,郝涛,张江南,刘恪. 火电机组一次调频合格率的影响因素分析[J]. 中国电力,2014,47(02):23-26.

[3]丁冬,杨水丽,李建林,惠东,刘宗歧,李婷婷. 辅助火电机组参与电网调频的BESS容量配置[J]. 储能科学与技术,2014,3(04):302-307.

[4]叶健忠,邹俊雄,龙霏,蔡泽祥. 地区电网火电机组孤网运行频率控制策略研究[J]. 电力系统保护与控制,2012,40(07):123-128.

[5]褚云龙,程松,李云,孙骁强,吴子豪,董文革. 火电机组一次调频及AGC全网试验分析[J]. 电网与清洁能源,2013,29(09):32-38+44.