一次调频最新技术的发展(2017)(2)

2017年3月 1 一次调频最新技术的发展 孙玮山东电力研究院首席工程师国家注册安全工程师教授 专业总工程师 内容简介 1 电力调度中心对一次调频检测的手段和方法 2 电力调度中心对一次调频主动扰动试验的装置和规则 3 DEH DCS现在的一次调频中存在的最大的问题分析和对策 4 DEH DCS中一次调频最佳化逻辑和组态 1 电力调度中心对一次调频检测的手段和方法 PMU示意图 发电厂安装同步相量测量装置 PMU PhasorMeasurementUnit 构建电力系统实时动态监测系统 WAMS WideAreaMeasurementSystem 通过调度中心主站实现对电力系统动态过程的监测和分析 国家电网公司各省电力调度中心的一次调频性能考核系统通过PMU自动判定机组本月各次一次调频动作是否合格 累计分数 并进行考核 因此 省电力调度中心的一次调频性能考核系统通过PMU判定一次调频的基准 对有时间标签的电量的面积积分 就是各台机组进行一次调频试验是否成功的基准 PMU的硬件结构图 PMU的通信协议为IEEEC37 118 2005 2 电力调度中心对一次调频主动扰动试验的装置和规则 电力调度中心通过南瑞系统发出一次调频试验信号 经过RTU转成4 20mA的扰动信号 经过扰动装置 该信号施加在DEH系统的试验位 在DEH系统的控制下 机组的响应通过PMU传回电力调度中心 规则 1 每月不定时扰动1次以上 2 如果本月电网有频率超出一次调频死区 50 0 033Hz 且持续在6秒及以上 同时最大频率偏差达到50 0 1Hz的波动 则调度中心的一次调频性能考核系统对机组在这次波动产生的一次调频响应进行分析评判 否则 以上述扰动的效果进行分析评判 3 如果该机组分析评判结果不合格 则扣若干发电量 各个省有所不同 4 该试验由于是通过扰动装置 因此与后面将要介绍的第3部分内容无关 3 DEH DCS现在的一次调频中存在的最大的问题分析和对策 一次调频函数设置中常见的错误 这是1台1000MW机组中一次调频函数 其转速不等率为5 则拐点应该计算如下 1000MW 0 05 3000转 6 67MW 转 而60MW 6 67MW 转 9转 国家电网科 2011 1649号文中5 1中规定 计算不等率时 该技术指标不计算调频死区影响部分 即许多电厂把死区2转计算在内 把拐点设置为11转是错误的 现在一次调频最大的问题是信号的同源和精度 一次调频信号来自DEH的转速卡 由于DEH的转速卡的量程为0到1万转 转速卡只有千分之一的精度 远低于10万分之一的精度 即没有办法达到0 1转的分辨率 因此机组一次调频的组态中 一次调频的函数死区常常没有按照规程设置在 2转 而是设置在 1 6转 造成了机组每个月的一次调频动作次数比正常情况增加1倍以上 对机组造成扰动 影响汽轮机调门的使用寿命等 电网谐波对一次调频的干扰 在分布式发电系统 风力发电 太阳能光伏发电等 大规模并网的地区 各种电力电子设备如并网逆变器 有源滤波器 无功补偿装置等的集中应用 使得局部电网电压波形畸变严重 而这些地区的电网又常处于偏远的电力系统末端 系统的稳定性较差 容易发生各种电网故障 引起电网电压骤降 相位跳变 三相电压不对称等问题 影响到对作为控制基准的电网基波正序电压频率 相位和幅值的检测 DEH DCS时间标签与PMU时间标签不一致 XX年02月16日11时 国家电网公司某电网对三家统调电厂的网频曲线进行了比对 发现某公司的网频明显低滞后于其他厂 频率大约滞后2 3秒 造成机组一次调频动作时间与调度时间不一致 导致该公司一次调频在触发时间上与调度记录不一致 进一步调取该公司XX年2月16日数据分析 调度记录与泽华PMU监听记录对比 调度统计20次 10次合格 PMU统计7次 6次合格 其中PMU动作时间与调度动作时间一致的只有4次 由于调度中心考核一次调频的合格率是以PMU的信号为基准 所以保持与PMU的时间标签一致是1个非常关键的问题 PMU上传数据会出现丢包情况 多次出现数据丢失 直接影响电厂一次调频考核合格率 见表 540次记录中 数据丢包17次 这表现为记录中功率等一系列数据为0 机组流量特性曲线对一次调频的影响 这是某厂某机组优化后的顺序阀流量特性配汽曲线 对策1 采用PMU监听装置进行一次调频 PMU装置和频率数据抓取发送装置 所述的频率数据抓取发送装置用于对PMU装置的频率数据进行解析并发送至发电机组的DCS或DEH 使发电机组根据所述接收到的频率数据进行一次调频 频率数据抓取发送装置的输入端连接PMU装置或者PMU装置与调度中心间的通信网络 频率数据抓取发送装置的输出端连接发电机组的DCS或DEH 这样利用PMU装置检测的频率数据 通过频率数据抓取发送装置对PMU装置进行所需频率数据的抓取 并把频率数据发送到发电机组的DCS或DEH 发电机组的DCS或DEH以此数据为一次调频标准 从而使一次调频更加精准 河南省电力公司电力科学研究院 按照国家电网公司的标准要求 PMU装置都应具备同时和多个主站通信的功能 因此 可以增设一个模拟主站 和PMU装置通信 通信完全按照国家电网公司标准进行 来自PMU的一次调频信号与调度中心收到的作为判据的一次调频信号完全同步 即二者的时间标签完全一致 这点非常重要 对策1的特点 对策1的特点 PMU技术指标中对于电网谐波抗干扰能力要求为 叠加10 的13次及以下的谐波电压 基波电压幅值测量误差标准不变 由于PMU本身对电网谐波具有很强的抗干扰性 使得机组的一次调频不受电网谐波的影响 监听 采集 一次调频信号精度很高 与PMU完全一致建议该装置与DEH的接口增加4 20mA硬接线方式 这是河南某厂使用这种方法的结果对比 同时 PMU报表与调度报表格式一致 计算结果吻合 为向调度申请数据核对 考核减免提供了依据 对策2 直接采样电网周波进行一次调频 从电气侧的57 7V的PT信号 与送至PMU信号为同一路 送入A D采样回路 采用锁相环 phase lockedloop PLL 技术或常规的电压过零检测 数字锁相环芯片的高精度的检测技术和自动频率跟踪技术 可以使电网周波采样精度可以达到0 001Hz 锁相环技术与电网谐波污染 虽然使用了锁相环技术 但是相位差计算可以使用时域的过零点法 也可以使用频域的DFT 快速傅立叶分析 方法 时域方式是常规的典型设计 使用标准的正弦波控制压控振荡器 在这种方式下 但如果有电网谐波干扰 电网信号波形发生畸变 过零点的偏移给会相位差的计算带来了较大的误差 使用频域的DFT 快速傅立叶分析 方法进行相位差的求解 可以有效地减少影响电网谐波污染对基波相位差的计算 对策2的特点 该对策与DEH系统的接口为4 20mA硬接线方式符合电厂热工人员的习惯 该对策采样的信号虽然与PMU输入信号同源 但是与PMU输出信不一定一致 即不一定与调度中心的一次调频判据信号同源 二者之间可能有误差 对策3 使用49 8 50 2Hz的小量程频率变送器替代转速信号进行一次调频 安装在电气网频柜上的 与送至PMU信号为同一路 的49 8 50 2Hz的小量程频率变送器接收电网的电网频率 并将所述电网频率转换成电流信号 将所述电流信号送入控制系统DEH DEH根据所述电流信号输出一次调频动作信号 并将一次调频动作信号发送给汽轮机组 汽轮机组根据一次调频动作信号执行一次调频动作 一次调频动作考核标准是以网频为目标 使用49 8 50 2Hz的小量程频率变送器替代转速信号和使用普通的千分之一精度的A D卡 采样精度高于0 001Hz 可以达到一次调频的网调一致性和高精度信号 提高一次调频动作的准确率 对策3特点 该对策与DEH系统的接口为4 20mA硬接线方式符合电厂热工人员的习惯 该对策采样的信号虽然与PMU输入信号同源 但是与PMU输出信不一定一致 即不一定与调度中心的一次调频判据信号同源 二者之间可能有误差 如果有电网谐波干扰 电网信号波形发生畸变 因为这种对策是在时域方式下进行 过零点的偏移会给相位差的计算带来了较大的误差 对策4 使用2950 3050r p m的窄量程转速卡进行一次调频 一次调频信号使用2950 3050r p m的窄量程转速卡 在这个小量程范围内 就可以使用千分之一精度的普通精度的转速卡件 完成对0 1转的精确测量 一次调频的函数死区可以按照规程设置在 2转 明显提高机组一次调频动作的准确率 对策4的特点 该对策与DEH系统的接口为4 20mA硬接线方式符合电厂热工人员的习惯 该对策符合国家能源局的国能安全 2014 161文 防止电力生产事故的二十五项重点要求 文件要求 即重要的信号必须 三取中 或 三取二 如果有电网谐波干扰 电网信号波形发生畸变 因为这种对策是在时域方式下进行 过零点的偏移会给相位差的计算带来了较大的误差 4 DEH DCS中一次调频最佳化逻辑和组态 机前压力补偿的一次调频方法 规程对此有要求 例如 华电集团热控可靠性评估细则 3 3 3条 对一次调频负荷补偿曲线F x 的动作量采用下述公式进行压力修正 MW MW1 K Pt Pe式中 MW为压力修正后的功率动作量 要限幅 MW1为原设计的功率动作量 Pe为额定机前压力 Pt机前压力 K为系数 一般取1 2这样就可实现一次调频的压力补偿 另外 一次调频负荷补偿曲线F x 的动作量经压力补偿后要加入高低限 并且在一次调频动作时 机前压力要进行闭锁 采用上述技术特征 参与电网一次调频的机组将按照电网要求的负荷变化量进行一次调频动作 可以改善电网供电质量 能满足电网对机组一次调频要求 一次调频优先AGC等负荷指令的调节方法 负荷指令增加时 若一次调频动作是正向调节 则负荷指令不闭锁 输出实时负荷指令 若一次调频动作是负向调节 则负荷指令闭锁 保持当前负荷指令 负荷指令减少时 若一次调频动作是负向调节 则负荷指令不闭锁 输出实时负荷指令 若一次调频动作是正向调节 负荷指令闭锁 保持当前负荷指令 这样 在网频波动时 优先进行一次调频调节 稳定一次调频的动作幅值 避免由于机组负荷指令与一次调频的不同向而对一次调频实际动作幅值产生的衰减 以减少稳定电网频率的时间 维护电网的稳定安全运行 基于一次调频动作幅值的超临界机组锅炉主控控制方法 当一次调频补偿量 P在设定幅值范围内时 利用锅炉蓄热实现负荷的变化需求 锅炉主控不进行调节 同时兼顾机组负荷调节速率 若一次调频前负荷指令设定值变化速率超过设定的速率范围时 对锅炉主控进行调节 使风 煤及水动作 保证运行参数的稳定 确保负荷控制的需求 这样可以有效提高机组在一次调频小幅度波动时的稳定性 通过对一次调频动作幅值大小的判断和机组负荷变化率的判断实现对机组负荷变化的不同反应 保证锅炉侧不拒动 不快速频繁动作 又确保需要动作时的风 煤 水调节达到要求 能确保机组AGC和一次调频的性能达到电网考核要求 也能保证机组的安全运行 基于幅值保持的一次调频优化控制 面积补偿 方法 当机组转速偏差信号 n的绝对值在设定范围之内时 未达到系统调度考核动作值 系统输出为机组转速偏差信号 n经过一次调频补偿量函数f x 补偿后 产生的负荷补偿量 P1 当机组转速偏差信号 n的绝对值在设定范围之外时 达到系统调度考核动作值 根据机组转速偏差信号 n的正负确定系统的最终输出量 并根据设定的滞后时间确定系统最终增量输出量的持续时间 在一定的时间内 例如 200秒 这个输出值根据 n的变化绝对值只增不减 当 n消失后 这个输出值按照某个速率减到0 这样可以解决火电机组一次调频考核指标差等实际难题 能够有效满足电网对于机组一次调频的要求 满足调频调峰需求 直吹燃烧 大滞后 机组一次调频快速响应方法 获取电网频差信息 并利用调频负荷增量函数及一次风压定值补偿函数生成一次风压定值补偿量 将一次风压定值与生成的一次风压定值补偿量叠加 生成一次调频补偿后的一次风压定值 并将所述一次调频补偿后的一次风压定值输出给一次风压控制系统 这样的一次调频方法通过锅炉一次风压的一次调频补偿回路快速补充锅炉蓄热 实际上就是利用磨煤机内残存的煤粉进行快速控制 提高了机组响应一次调频的速度和持续性 高调门全开的滑压运行机组实现一次调频快速动作方法 利用调门开度限制实现汽轮机一次调频功能的方法 包括补汽阀开度限制处理方法和高压调门开度限制处理方法 补汽阀开度限制处理方法是利用补汽阀开度限制来实现平时补汽阀关闭 一次调频要求加负荷时才开启的控制方法 高压调门开度限制处理方法是利用高压调门开度限制来实现调门全开滑压运行方式下一次调频功能的控制方法 这样 能使补汽阀平时处于关闭状态 而在一次调频动作的情况下为了快速增加负荷才开启 从而提高机组运行经济性和设备安全性 对于高压调门全开滑压运行的汽轮机组 能够实现一次调频动作时快速减少负荷 满足一次调频性能要求 热电联产机组一次调频控制方法 因为热电联产机组高中压缸对外供热 常规的一次调频组态对汽轮机调门施加的动作幅度而增加的蒸汽量 有一部分没有用于发电做功 而是用于供热了 使得一次调频动作不能满足电网的要求 所以必须给予补偿 根据供热量的大小转换为增量因子K 与一次调频的动作幅度相乘 通过安全限幅块后 加在DEH的输出上 由于机组的供热方式不一样 可能为高压缸供热 或中压缸供热供热 或低压缸供热 因此对外供热的蒸汽对机组发电量影响的大小也是不同的 所以这个增量因子K要根据热电联产机组当时的供热情况