珙县电厂2×600 MW超临界机组一次调频试验

时间：2024-07-28

兰立刚，郭同书，赵明，朱能飞

(1.四川省电力工业调整试验所，四川成都 610072;2.国电南京自动化股份有限公司，江苏南京 210031)

1 研究背景

随着电网容量的增大和用户对电能质量要求的提高，电网频率的稳定性问题越来越被重视，尤其大容量并网机组的故障跳闸会对电网频率产生很大的冲击。一次调频功能的有效投入，可实现机组负荷对频率的快速响应，维持电网的安全、经济运行，提高电能质量和电网频率的控制水平，迅速消除由于电网负荷变化而引起的频率波动。

由于直流锅炉蓄热能力低、快速响应负荷能力差、难以实现一次调频功能，因此，必须优化锅炉、汽轮机以及发电机之间的协调。采用协调控制系统(CCS)+数字电调控制系统协(DEH)联合控制的方式，使机组在一次调频响应过程中锅炉侧和汽轮机侧协调动作，在CCS逻辑和DEH逻辑中同时加入频率校正回路，共同完成一次调频功能。这样，既能保证一次调频的响应速度，又能避免机组参数的大幅度波动，确保机组安全、稳定运行。

2 一次调频分析及试验

2.1 控制策略

华电四川珙县电厂一期工程2×600 MW机组为超临界W形火焰直流锅炉机组，采用国电南京自动化股份有限公司生产的TCS3000分散控制系统(DCS)，DEH采用东方汽轮机有限公司－日立公司生产的H5000M控制系统，CCS采用以锅炉跟随为基础的协调控制策略。

DEH频差补偿按照4.5%速度变动率设置，如图1所示。流量补偿直接叠加在阀门流量指令上，没有延时的动作特性决定了负荷响应快速直接，其调频能力的大小仅和汽轮机的调门特性有关，因此，DEH侧一次调频能够做到快速响应。由于DEH侧为开环阀控方式，而频差补偿的流量修正值对应的电功率是机组处于额定参数下的对应值，如果机组运行在非额定工况下，对应的电功率会出现偏差，对机组稳定运行影响较大。CCS频差补偿按照5%速度变动率设置，如图2所示。其功率指令补偿直接叠加到机组负荷指令上。当系统采用CCS+DEH同时投入一次调频的方式时，DEH侧能保证一次调频快速动作，而CCS侧则能保证功率回路的准确、稳定调节。

图1 DEH侧频差补偿

2.2 一次调频现场试验

根据四川电网一次调频管理细则要求，600 MW火力发电机组一次调频应满足以下条件:人工死区为±2 r/min内;速度变动率为4% ～5%;一次调频最大负荷调整限幅为±6%机组额定负荷;响应滞后时间小于4 s;15 s内达到理论计算一次调频最大负荷调整幅度的90%。

试验过程应确认DCS和DEH工作正常，机组负荷升至450 MW左右，主汽压力、温度、炉膛负压等重要参数无大幅波动、机组稳定运行。首先要进行DEH一次调频试验，此时DCS处在基本运行状态。DEH一次调频投入，而CCS一次调频不投。在试验过程中，首先强制DEH中间转速信号为3 002 r/min，此时DEH一次调频不动作;接着分别强制转速为3007 r/min和3010 r/min得到负荷响应曲线，如图3所示。转速强制为3007 r/min时，实际负荷在1 s内从418 MW变为386 MW，15 s内降至376 MW;转速强制为3 010 r/min时，实际负荷在1 s内从428MW变为385MW，15s内降至367MW。分别强制转速为2993r/min和2990r/min时得到负荷响应曲线如图4所示。转速强制为2 993 r/min时，实际负荷在2s内从421MW变为425MW，15s内升至434 MW;转速强制为2 990 r/min时，实际负荷在2 s内从424 MW升为427 MW，15 s内升至439 MW。试验曲线表明:由于DEH一次调频补偿函数为阀门流量补偿，各频差点的负荷响应快速，但不能准确反映负荷的补偿。若DEH侧一次调频动作时阀门流量指令加入机前压力偏差补偿，则可改善其补偿精度。

图2 CCS侧频差补偿

DEH侧一次调频试验完成后，机组投入CCS运行方式并投入CCS一次调频。重复强制上述转速点，得到CCS+DEH一次调频负荷响应曲线。升转速负荷响应曲线如图5所示，转速强制为3 007 r/min时，实际负荷在1 s内从424 MW 变为408 MW，15 s内降至404 MW;转速强制为3 010 r/min时，实际负荷在1 s内从425 MW变为405 MW，15 s内降至390 MW;降转速负荷响应曲线如图6所示，转速强制为2993 r/min时，实际负荷在1 s内从414 MW变为415 MW，15 s内升至440 MW;转速强制为2990 r/min时，实际负荷在2 s内从414 MW变为425 MW，15 s内升至450 MW。由试验曲线可知:在非额定工况下，DEH侧一次调频快速动作，滞后时间小于2 s，同时会使实际功率过调，而由于CCS侧转差率设置为5%，一次调频叠加到负荷指令后通过汽轮机功率调节器将实际功率回调至准确的一次调频动作值，且满足15 s内达到一次调频最大负荷调整幅度90%的要求。