机组一次调频.doc

火电机组一次调频火电机组一次调频 1 1 概述概述 汽轮发电机组并列运行时 其转速由电网频率决定 额定电网频率 50Hz 对应着机组额定转速 3000r min 基本保持不变 通过上下平 移汽轮机调节系统的静态特性曲线 可改变机组的负荷 必须指出的 是 并网运行的各机组在外界负荷变化时 首先反应的是电网频率的 变化 这时各机组的调节系统根据频差立即参与调节作用 迅速按其 静态特性承担一定的的负荷变化 使之与外界负荷相平衡 以减少电 网频率的变化 这一连续过程即为机组的一次调频 一次调频不能维 持电网频率不变 只能缓和电网频率的改变过程及程度 必须通过同 步器或其它方式改变机组负荷指令 使机组输出功率改变 以恢复电 网频率 这一过程称为二次调频 只有经过二次调频后 才能精确地 使电网频率保持恒定 显然 由于有了一次调频的存在 二次调频的 负担就大大减轻了 从负荷控制来看 一次调频属于频差前馈的负荷 粗调方式 二次调频属于负荷反馈的负荷细调方式 2 2 带旋转阻尼的液压调节系统中一次调频的实现带旋转阻尼的液压调节系统中一次调频的实现 2 2 1 使用旋转阻尼的出口油压作为转速感受信号使用旋转阻尼的出口油压作为转速感受信号 旋转阻尼联结在汽轮机主轴上 主油泵出口的压力油经可调针型 阀节流后通到旋转阻尼的一次油室 油室中的油压 即一次油压 与 阻尼管内油柱所产生的离心力相平衡 一次油压 p1 与转速 n 的关系 可以根据油压与阻尼管内油柱所产 生的离心力相平衡的关系求得 R2 p1 R 2dR 2 R22 R12 2 b1 2 R1 或 p1 bn2 式中 R2 R1 为阻尼管的内外径 为角速度 为油的密度 旋转阻尼尺寸较小 故一次油压较低 其变化也较小 如上汽厂 125MW 汽轮机额定转速时一次油压为 0 22MPa 3420r min 时一次油压 为 0 286MPa 2 2 2 带旋转阻尼的液压调节系统的一次调频带旋转阻尼的液压调节系统的一次调频 通过绘制四方图可得到汽轮机调节系统的静态特性曲线 即 转 速 n 功率 P 的关系曲线 同步器能将静态特性曲线上下平移 使得 机组在并列运行时 并列运行时所有机组为同一转速 改变机组功率 同时它能及时根据电网频率 即机组转速 变化进行一次调频 是一 次调频的液压型频差调节器 采用反向放大工作原理 具体调频过程 如下图示 当机组在静态曲线 B 点时 转速为 n2 额定转速 功率 为 P2 旋转阻尼感受一次油压为 p2 若此时系统负荷减少 则电网频 率上升 机组转速同时上升到 n1 旋转阻尼感受一次油压从 p2上升到 p1 一次油压的变化输入同步器 经同步器反向放大 使同步器输出二 次油压下降 经过错油门使油动机开度减小 最终油动机通过杠杆或 凸轮等传动机构关闭相应调门 机组功率从 P2 自动下降为 P1 工作点 从静态曲线 B 点移至 A 点 随着机组功率的下降 电网频率逐渐恢复 下降 一段延时后 工作点又将从 A 点回到 B 点 当电网频率下 降时 一次调频过程恰好相反 由上可知 一次调频是液压调节的汽轮机的固有特性 因为频率 的变化必定引起一次油压的连续变化 而一次油压的变化最终将引起 调门开度的变化 使机组功率及时适应外界负荷的需要 不管机组工 作在哪一点 一次调频的功能是时刻存在的 2 2 3 速度变动率与迟缓率对一次调频作用的影响速度变动率与迟缓率对一次调频作用的影响 n P P1P2 P n1 n2 n 一次调频示意图 A B 速度变动率 是指在某一同步器位置所对应的静态曲线下 独立 运行机组从零负荷至额定满负荷时的转速差与额定转速 3000r min 的比值 n max n min n 0 n n 0 式中 n max n min n 0分别为零负荷转速 额定满负荷转速及额定转速 事实上 速度变动率就是静态特性曲线的斜率 因此 速度变动率的 大小决定了机组一次调频能力的大小 即 越大 特性曲线越陡 调 频能力越小 越小 特性曲线越平 调频能力越大 如下图 对一 次调频的影响所示 随着 的减小 P1 P2 P3 图中 P3 最大 相对一次调频能力最强 根据 对一次调频的影响 对带基 本负荷的机组 为保持稳定其 应选大一些 使电网频率变化时负荷 变化较小 即减小一次调频的动作 而带尖峰负荷的机组 其 应选 小一些 以快速恢复频率 由于机械的摩擦及间隙等原因 调节系统输入发生变化到调节阀 开始动作存在着一定的迟延 使调节系统静态特性曲线并非简单的单 值函数 而是存在着近于平行的上行和下行特性 这种现象称为迟缓 现象 由于迟缓现象的存在 使得孤立运行机组在同一功率下其上行 和下行的转速存在一定偏差 n 它与额定转速n 0的比值称为调节系 统的迟缓率或不灵敏度 对于并列运行机组 由于转速决定于电网频 n P P1P2 P2 n1 n2 n 对一次 调频影响 A B n n2 n1 n B P1P2 P1 P A n n2 n1 n B P1 P3 A 较大 适中 较小 P2 率 不能任意摆动 迟缓率表现在功率的自发变化 即同一转速在上 行 下行曲线上对应着不同的功率 对于迟缓率大的系统 必将延长 一次调频的响应时间及过程 并且在一次调频结束时 机组功率较调 频前会有一定量的漂移 3 3 新华数字电液调节系统 新华数字电液调节系统 DEH ADEH A 的一次调频 的一次调频 近年来 新建大型火电机组都采用了数字电液调节系统 部分容量 较小的老机组也逐步开始进行 DEH 改造 大大提高了汽轮机运行的可 靠性 稳定性和安全性 也在很大程度上减轻了电厂运行人员的工作 强度 同传统的液压调节系统相比 DEH 的调节方式发生了质的变化 DEH 由计算机控制部分和 EH 液压执行机构组成 油动机位置可由 DEH 的计算机精确控制 汽轮机实现了真正的数字控制 目前 老机组改 造大都采用了上海新华电站控制工程公司生产的 DEH A 型高压纯电 调数字电液调节系统 3 13 1 DEHDEH 的转速测量的转速测量 DEH 采用数字转速测量原理 转速测量由测速传感器 磁阻传感器 及测速齿轮 测速卡及端子板组成 传感器输出脉冲频率 f 为 f nZ 60 n 60 60 n 其中 Z 为测速齿轮齿数 n 为汽轮机转速 即传感器输出脉冲频率 f 与 转速相等 测速卡对传感器来的电压型脉冲信号进行光电隔离及整形 处理 处理后信号与标准频率信号进行比较 最后得出测量值 与站 控板通讯 将测量数据传给上位机 为保证测速的可靠性 测速通道采用 3 重冗余配置 在 DEH 的控 制逻辑中对 3 个转速信号进行高选 高值作为转速的最终测量值 WS 同时对 3 个转速信号进行质量判断 WS 同时可作为高调门转速控制 OPC 保护及一次调频的测量值 同旋转阻尼测速相比 数字测速的精度及灵敏度有了很大程度的 提高 精度可达 1r min 3 23 2 DEHDEH 的一次调频的一次调频 3 2 13 2 1 一次调频校正值一次调频校正值 X X 的生成的生成 在 频差计算及初负荷 页中 汽轮机额定转速 WSR 3000r min 与转速 WS 进行偏差运算 偏差 E WSR WS 频差 功率校正函数 f X 折线表 根据偏差 E 得出一次调频功率校正 值 Y 当机组并网且一次调频功能投入时 Y 作为 DEH 的一次调频校正 值 X X 同时用于 DEH 方式切换计算及以硬接线方式送至 DCS 的 CCS 系 统作为负荷控制回路的频差校正 当 WS 小于 WSR 时 X 0 3 2 23 2 2 调频校正值调频校正值 X X 转化成调门附加指令转化成调门附加指令 在 MW IP 回路及 FDEM 流量指令 页中 调频校正值 X 直接与 DEH 的流量给定值 REFDMD 相加形成流量给定中间值 REF1 具体可参考下图 DEH 指令生成原则过程 DEH 指令生成原则过程 3 2 33 2 3 方式切换时用调频校正值方式切换时用调频校正值 X X 对流量给定中间值的修正对流量给定中间值的修正 DEH 在 LOCAL 状态时 为减少控制方式切换时调门扰动 避免流 量指令 FDEM 突变 DEH 设计了 方式切换时的 REFDMD 变化流程 因 调频校正值 X 与方式切换后的 REFDMD 直接相加 切换时必须考虑一次 调频的影响 即在各切换值中去掉一次调频分量 从 DEH 指令生成原 则过程可知 给定值 REFDMD 由流量给定中间值 REFTMP15 经高低负荷 限制判断形成 而 REFTMP15 又由流量给定中间值 REFTMP 及各切换值 经方式切换形成 方式切换详见下表 TARGET 操作员输入目标值有效性判断 TARGET3 目标值的变化 ODMD3 转速目标值过临界 DEMAND 求偏差 E 操作员输入RATE值 小选 RATE的选择 RATE 或 形成流量给定中间值 REFTMP 方式切换时形成流量给定中间值 REFTMP15 高低负荷判断形成给定值 REFDMD REFDMD REFDMD 频差计算值 与X相加后的给定中间值 REF1 经功率回路后的给定中间值 REF2 经调压回路后的给定中间值 转速控制 形成设定点中间值 REFIMP4 经定压修正及阀限后的流量指令 FDEMFDEMCOR 修正的流量指令 及计算 单 多阀切换 形成各阀门指令 单阀函数f x 单阀函数f x 单阀函数f x 单阀函数f x 方式切换时REFDMD变化流程 仅一种方式切换时 切换方式TAGTRIPBROPBRCL 切换方式描述未挂闸或逻辑跳机解列瞬间 保持0 2s 并网瞬间 切换时 瞬间 REFTMP15 0 3000r min FDEMTMW CMWINIT 切换后REFTMP15值REFTMPREFTMPREFTMP 切换方式TAGVPLLCLMWICLMWIOP 切换方式描述阀位限制投入脉冲功率回路投入脉冲功率回路切除脉冲 切换时 瞬间 REFTMP15 MWPERK VPOSL X MW X REF2 X 切换后REFTMP15值REFTMPREFTMPREFTMP 切换方式TAGMWOUTIPIOPMWOUTIPICL 切换方式描述功率回路切除调压回路 切除脉冲 功率回路切除调压回路投入脉冲 切换时 瞬间 REFTMP15 PIPID X PIMW X 切换后REFTMP15值REFTMPREFTMP 注 FDEMTMW 流量给定跟踪MW值 CMWINIT 功率初值 MWPERK 功率系数 VPOSL 阀限 REF2 给定中间值 调压PID给定值 PIPID 调压PID输出值 PIMW 根据调节级压力折算功率 3 2 43 2 4 萧山萧山 1 1 机机 DEHDEH 频差频差 功率校正函数功率校正函数 f X f X 的设置的设置 国电华东公司对火电机组一次调频技术要求设置如下 汽轮机调 节控制系统的转速 频率 死区暂按 2r min 0 033Hz 设置 汽轮 机调节控制系统的转速不等率取 4 5 调频的最大机组负荷变化暂 按 6 MCR 为限幅 一次调频作用产生的有功功率对频率变化的响应时 间 15s 萧山 1 机经通流改造后 机组额定功率为 130MW 因此调频的最 大机组负荷变化为 7 8MW 速度不等率取 5 死区 2r min 因 5 n 3000 N 130 当 N 7 8MW 时 计算可得 n 9 即转速偏差达 9rpm 时一次调频达到极限 因设置死区 2r min 则因使转速偏差达 11rpm 时一次调频达到极限 E WSR WS 作 为 f X 的输入信号 调频校正值 X 作为 f X 的输出信号 根据以上数 据 则得 X 0 867E 1 734 MW 当 11 E 2r min 时 X 0 867E 1 734 MW 当 2 E 11r min 时 X 0 当 2 E 2r min 时 X 7 8 MW 当 E 11r min 时 X 7 8 MW 当 E 11r min 时 由此可看出 f X 为 5 段折线函数 当 E 11r min 时 一次调频达极限 值 7 8MW 由于 DEH 系统对流量要求响应快 且 X 直接叠加于流量给定 值 REFDMD 因此能满足响应时间的要求 3 2 53 2 5 机组协调时根据调门流量非线性对机组协调时根据调门流量非线性对 X X 进行系数校正进行系数校正 频差 功率校正函数 f X 输出的是根据频差要求的实际功率校正值 MW 值 因此当 DEH 在 LOCAL 方式且功率回路投入时 调频结果就 是使机组有功等于负荷输入目标值加上一次调频值 实际运行中 DEH 主要处于 REMOTE 方式 受机组协调系统控制 DEH 功率回路 调压回 路均撤除 因此协调时 DEH 属阀位控制方式 阀位受协调的 CCS CCS 控制 由于 DEH 阀位 0 130 与机组负荷 0 130MW 属 于非线性关系 此时若将 X 直接与流量给定值 REFDMD 相加 则频差 功率校正值成为阀门的阀位校正值 必将造成过调或欠调 实际情况 多为过调 因此考虑在 X 与流量给定值 REFDMD 相加前进行系数校正 当功率回路投入时 系数 k 1 0 当协调时 k 1 0 具体视阀位 负荷 特性 可在额定工况下根据阀位变化时计算负荷的变化量获取 3 2 63 2 6 机组协调时机组协调时 CCSCCS 的频差校正的频差校正 机组协调时负荷控制是由 CCS 功率控制回路完成的 如 DEH 投入 了一次调频 而 CCS 未对机组负荷进行频差校正 系统将会振荡 比 如 DEH 在一次调频作用下使机组负荷增加时 CCS 会将机组负荷重新拉 回到原值 因此在 DEH 投入一次调频时 必须同时在 CCS 进行频差校 正 校正方法很简单 萧山 1 机是在 CCS 系统内将机组负荷与 X 值相 减作为功率控制器的测量值 为使一次调频时 CCS 与 DEH 协调动作 可对 CCS 的 X 输入值进行适当滤波 CCS 加入频差校正后 一方面防止调频时 CCS 因