大唐国际发电股份有限公司陡河发电厂河北唐山063028
摘要：一次调频属于发电厂需要为电网无偿提供的基本辅助服务，当一次调频不能满足电网要求时要被考核。某些机组一次调频合格率低的原因之一是机组一次调频信号是来自机组转速信号，而电网考核一次调频采用的是频率信号，因此，信号源的差异导致一次调频性能变差。采用高精度频率源进行技术改造，同时进行了逻辑的优化，由此明显提高了一次调频的合格率，基本避免被考核情况的发生。
关键词：火电机组；辅助服务；一次调频；智能变送器
引言
近年来随着风电、水电等新型能源配套政策及利用水平的不断完善，新能源的消纳已成为我国电力能源转型领域亟需解决的问题。火力发电作为我国主要发电方式，其装机容量已突破10亿kW，但参与深度调峰的大容量火电机组数量却不足50%，北方热电机组仅20%左右。因此，深度挖掘火电机组调峰能力，积极探寻火电机组灵活性改造方式，进一步提高火电机组一次调频响应能力已成为当前火电机组灵活性改造的主要任务。
受锅炉及汽轮机本体特性的限制，火电机组深度调峰时运行工况接近稳定运行工况的边界。在机组升降负荷过程中，其运行经济性和一次调频考核指标会随工况变化产生较大波动，长期运行势必带来较大的安全风险和经济损失。因此，如何在稳定压力环境中有效提高机组的变负荷能力，已成为提高一次调频控制品质的基础和关键。
1一次调频的基本原理及构成
1.1一次调频基本原理
一次调频是电网的静态调频特性，其特点是通过并网机组调速系统的静态特性，利用机组的蓄能承担电网负荷变化，最终使电网频率形成一个稳定的频率偏差。一次调频是依靠原动机调速系统自动完成的，其响应时间小于3s。在并网机组调速系统均参与一次调频时，电网负荷扰动量自动按各机组所设转速不等率分配到各机组之上，按照预设的转速不等率承担不同调频负荷[3]。并网机组通常按照机组额定负荷的相对比例来承担一次调频负荷量，因此各机组的转速不等率具有大致相同的数值，对于火电机组一般为4%～5%。
1.2一次调频回路的构成
一次调频控制回路由DEH侧控制回路、CCS侧控制回路和辅助及远传考核系统构成。
1）DEH侧控制回路采取将转速差信号经转速不等率设计函数直接叠加在汽轮机（燃机）调速汽门指令处的设计方法，同时DEH功率回路的功率指令亦根据转速不等率设计指标形成调频功率补偿，且补偿的调频功率定值部分不经过速率限制。需分别在阀位模式和DEH功率回路模式下设计一次调频控制回路。图1为一次调频实现DEH侧典型原理图，机组转速偏差经过阀位函数后直接叠加到综合阀位指令。
2）CCS侧控制回路
具有CCS和AGC功能的火电机组，由DEH、CCS共同完成一次调频功能，即DEH侧采取将转速差信号经转速不等率设计函数直接叠加在汽轮机（燃机）调速汽门指令处的设计方法，而在CCS中设计频率校正回路，且CCS中的校正指令不经速率限制。图2为CCS侧（或功率回路）典型原理图，机组转速偏差或电网频率偏差经过功频函数转换为调频功率指令后，不经过负荷速率和负荷高低限制，直接叠加到功率控制器回路。一次调频修正后，功率指令与实发功率偏差，经过功率控制器回路形成输出到DEH侧的综合阀位指令信号，进而直接作用到各阀门指令之上。
3）远传考核系统
电网调度机构根据“两个细则”对所辖电网内的并网发电厂一次调频进行考核，考核由安装在调度中心的广域动态信息监视分析保护控制系统（WAMAP）自动进行。发电厂的PMU装置，将发电机实时功率及频率信息送给WAMAP系统，由内置于其中专门的辅助服务考核系统，完成对一次调频的考核，考核结果由调度定期下发给发电厂。
1.3存在问题
由以上介绍可见，发电机组进行一次调频控制的信号基准是转速信号，而调度对一次调频进行考核依据的是频率信号。理论上转速信号和频率信号存在着固定的换算关系，但实际上在机组动态运行过程中，转速信号和频率信号存在信号精度和传输控制回路偏差，均会造成两者时间和幅值上不同步，这是导致一次调频合格率偏低的一个重要因素。对机组进行一次调频改造，并对控制逻辑进行优化，是提高一次调频合格率的有效途径。
2滑压运行下的调频优化
理论分析和性能试验表明火电机组在中低负荷段运行时最经济的运行方式即为滑压运行。滑压曲线的设定影响机组的运行经济性和机组可调节性，进而直接影响机组的调频性能。
2.1机组滑压运行
当机组运行在稳定工况且无其他扰动时，其负荷与主蒸汽流量成正比，主蒸汽流量则与高压调节阀开度及主蒸汽压力成正比。在机组运行过程中，汽轮机数字电液（DEH）控制系统会通过调整高压调节阀开度保持负荷稳定，协调控制系统（CCS）则根据滑压曲线调整锅炉侧出力从而满足当前负荷需求。机组主蒸汽压力增大会导致高压调节阀开度减小，这时机组运行经济性会受到影响：主蒸汽压力的升高会提高机组循环热效率，从而提高机组经济性，但同时高压调节阀的节流损失及给水泵的功耗等也相应增加，进而影响机组运行经济性。
2.2确定滑压曲线
目前，已投产机组大多采用机组168h试运行前由汽轮机生产厂家提供的滑压曲线，该曲线大多为1条带有2个拐点的折线。图3为某机组原始滑压曲线，该曲线仅考虑了静态负荷-压力关系，在负荷变化及冬、夏季等外部环境变化时并未做修正。
图3某机组原始滑压曲线
3一次调频改造方案
3.1一次调频问题分析
华能瑞金发电有限责任公司1号机组为350MW超临界发电机组；锅炉为哈尔滨锅炉厂制造的HG-1100/25.4/571/569型超临界压力变压运行直流锅炉。汽轮机为哈尔滨汽轮机厂制造的CLN350-24.2/566/566型超临界中间再热凝汽式汽轮机发电机组。发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司制造的QFSN-350-2YHG型水-氢-氢冷却汽轮发电机；DCS和DEH控制系统均为上海GE新华控制系统有限公司提供的XDPS-400E系统分散控制系统。根据电网考核通报，1号机组一次调频合格率较低，一般为50%～60%，低于电网要求的60%的合格线，经常被考核。通过调取省调考核数据与机组实际运行数据进行分析对比，并针对现场设备运行情况进行全面的排查，发现一次调频合格率偏低有两条主要原因：①调节转速与网上频率测量上有一定的偏差；②转速测量精度不能满足一次调频考核的要求。
3.2改造方案
1）硬件改造
本次改造采用基于数字信号处理器的一次调频高精度频率变送装置，直接从发电机电压互感器采集电压信号，测量出发电机频率后转换为4～20mA信号送给DEH。该变送器对频率信号的测量精度达到0.001Hz，测量精度大于转速信号的测量精度。
2）逻辑优化
DEH控制逻辑内对该变送器输出信号的信号品质、量值区间进行修正及与实际转速偏差进行限制判断后，代替实际转速作为触发一次调频回路的电网有效网频偏差信号。
结语
本文以火电机组多目标智能滑压优化控制技术为基础，对机组滑压运行实施静态和动态的实时修正，并充分结合凝结水辅助变负荷技术挖掘机组各系统的蓄热潜能，以保证机组在各有效负荷段内均有较好的调频性能。现场实际应用效果表明，该一次调频综合优化控制策略可以有效提高机组运行的经济性，实现机组更灵活的负荷调节方式，为维护电网频率稳定提供良好调频手段和调频思路。
参考文献：
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