火电机组一次调频讲稿

西北电网并网机组一次调频培训 1 概述 电网的调频包含三个概念 自然调频 一次调频和二次调频 自然调频和 一次调频构成了电网的调频特性 它决定着电网频率的稳定性 1 1 自然调频 自然调频是电网的动态调频特性 其特点是利用电网中旋转惯量的蓄能 首先承担电网负荷的变化 在这一过程中 电网频率偏差将随时间逐渐增大 自然调频的过程是自然完成的 不需要任何调整手段 其响应时间约为零点几 秒 虽然庞大的旋转惯量有稳频作用 但它却不能取代一次调频 由一次调频 决定的电网静态调频特性才是电网频率稳定的基础 1 2 一次调频 一次调频是电网的静态调频特性 其特点是通过电网中各机组调速系统的 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态 频率偏差 一次调频依靠原动机调速系统自动完成 无需电网调度部门进行干 预 其响应时间约为几秒 当电网中所有机组的调速系统都参与一次调频时 电网将负荷扰动按各机 组的不等率分配到各台机组上 不等率小的机组将承担较多的负荷分配 电网 中各机组通常按容量相对值承担一次调频量 各机组的不等率具有大致相同的 数值 一般为 4 5 1 3 二次调频 电网频率的准确性主要靠电网的二次调频来保证 过去 二次调频通常由 指定的部分机组完成 这些机组称为调频机组 二次调频是电网调度通过手动 或自动方式对电网频率的干预过程 将电网的负荷变化转移到由预先指定的调 频机组来承担 消除一次调频过程留下的频率偏差 使电网频率回到额定值 同时非调频机组根据一次调频承担的负荷变化量 将按其静态特性自动恢复 负荷又回到扰动前的数值 随着机组自动化程度的提高 越来越多的机组具备 AGC 功能 可以不同程度参与电网的二次调频 二次调频的响应时间约为几十 秒至一分钟 电网中不参加一次调频的机组越多 电网的自平衡能力越差 自平衡能力 差的电网 二次调频任务加重 对二次调频的响应速度要求更高 综上所述 一次调频过程是有差的比例调节 二次调频由于有积分作用 调整结果没有静差 电网频率是通过一次调频和二次调频来共同保证的 而机 组参与电网一次调频的程度 又必须与电网的发展和运行水平相一致 如果电 网中的并网机组不投入一次调频或一次调频的指标不能满足电网的要求 这些 机组将会给电网安全运行带来极大的危害 同样对机组本身的运行带来极大的 危害 可能导致电网供电质量不合格 电网震荡 汽轮机超速等事故 2 一次调频参数设置 2 1 转速不等率 转速不等率也叫速度变动率 指汽轮机单独运行时 汽轮机空负荷时所对 应的最大转速和额定负荷时所对应的最小转速之差 与汽轮机额定转速之比 转速不等率即为汽轮机转速与负荷静态控制特性曲线的斜率 转速不等率 越小 机组参与电网一次调频所承担的负荷变动量越大 上式表示汽轮机从额定负荷到空负荷变化时的转速升高值与汽轮机额定转 速 3000r min 之比为速度变动率 若此时汽轮机转速由 3000r min 升高到 3150r min 速度变动率 即为 5 2 2 一次调频量 一次调频量和频差信号 调频系数有关 计算公式如下 调频系数 K 与速度变动率 之间的转换关系用下式表示 在我国 额定转速 N0 3000r min 因此 上式简化为 当 5 时 K 0 667 r min 2 3 迟缓率 汽轮机调速系统的迟缓率是指在调速系统中由于各部件的摩擦 卡涩 不 灵活以及连杆 绞链等结合处的间隙 错油门的重叠度等因素造成的动作迟缓 程度 2 4 转速 频率 死区 为了在电网频率变化较小的情况下提高机组运行的稳定性 一般在电调系 统设置有转速 频率 死区 机组一次调频死区指系统在额定转速附近对转速 的不灵敏区 设置转速不灵敏区的目的是消除因转速不稳定引起的机组负荷波 动或调节系统摆动 转速不稳定指转速测量系统的精度不够引起的测量误差 一次调频函数的设置见下图 330MW 机组的一次调频函数 f x 2865 20 2988 20 2998 0 3002 0 3012 20 3135 20 600MW 机组的一次调频函数 f x 2865 36 2988 36 2998 0 3002 0 3012 36 3135 36 2 5 电网对并网机组一次调频参数设置的技术要求 并网机组一次调频基本参数设置要求见下表 一次调频设置参数要求值 转速不等率 4 5 转速 频率 死区 2r min 0 033Hz 一次调频量限幅6 额定负荷 迟缓率 0 06 稳定时间 45 秒 响应时间 滞后时间 3 秒 响应时间 完全响应时间 15 秒 3 协调控制系统 CCS 的一次调频校正回路 一次调频回路一般都在 DEH 实现 但应在 CCS 进行补偿 只要频差信号不 为零 一次调频回路将始终影响负荷控制回路的输出 最终使机组的实发功率 与负荷指令不相等 由于协调控制系统都有功率闭环校正回路 其输出一般都 用于汽机主控回路 如果不对 DEH 的一次调频作用在 CCS 上进行补偿 CCS 的 功率闭环校正回路将把这一过程视为内扰 由于比例积分的调节作用 又会把 负荷控制回路的输出拉回 4 并网机组一次调频试验 并网机组的一次调频试验是检验机组一次调频能力的重要试验 试验应反 映机组的一次调频参数是否正确 一次调频的贡献量是否满足电网要求等方面 的内容 一次调频报告是电网核查并网机组一次调频能力的重要技术文件 并 网发电厂要认真组织试验的相关技术环节 真实反映机组能力 做好一次调频 试验工作 4 1 一次调频试验依据的相关技术标准和文件 4 1 1 火电工程调整试运质量检验及评定标准 1996年版 4 1 2 电力建设安全工作规程 DL 5009 1 2002 4 1 3 火力发电厂基本建设工程启动及竣工验收规程 1996年版 4 1 4 火电机组启动验收性测试验导则 1996年版 4 1 5 模拟量控制系统验收测试规程 DL 2006 4 1 6 西北电网发电机组一次调频运行管理办法 4 1 7 西北电网发电机组一次调频运行考评管理办法 4 2 一次调频试验条件 4 2 1 电网频率稳定在试验规定的范围内 4 2 2 机组负荷 50 100 设备无异常 稳定运行 4 2 3 协调控制系统控制参数经过优化 调节品质扰动试验合格 4 2 4 一次调频校正回路参数按要求设置完成 4 3 一次调频试验方法 分两种情况 电网频率升高 0 15HZ 时 机组一次调频响应能力 电网频 率降低 0 15HZ 时 机组一次调频响应能力 由于网调不进行实际频率的变化 要求电厂自己改变频率 因此试验当中由控制人员在组态内部改变频率值 引 发一次调频动作 4 4 一次调频试验方案 考虑到一次调频时 DEH 侧的快速动作必然会影响到机组的压力迅速变化 为保证机组的稳定和安全 只采取一种试验方式 即 当 CCS 在投入方式下 机组所有子控制系统处于自动 DEH 控制处于遥控方式 投入一次调频回路 而 CCS 解除后 一次调频回路解除 4 5 一次调频试验报告反映的内容 4 5 1 一次调频试验报告的数据要实事求是 除真实反映试验状态 也要反映 电网对并网机组一次调频运行管理方面的内容 下面的报告格式及数据表格仅 供参考 频差 X 由 0 0 MW 36MW 试验时间 09 年 3 月 23 日 7 17 00 至 7 30 00 频差变化幅度 36MW 试验计算时间 540s 频率变化持续时间 517s 开始时实际负荷指令 510 0MW 开始时实际负荷 509 71 MW 一次调频响应滞后时间 3s 1s 频率变化完成时 实际负荷指令 464 60 MW 频率变化完成时 实际负荷值 464 88 MW 频率变化完成时 实际负荷变化量 36 03 MW 稳定时间 频率变化完成后 26s 频率变化完成后 26 秒时 实际负荷值 464 95 MW 频率变化完成后 26 秒 实际负荷变化 量 36 56MW 试验期间压力最大偏差 0 57MPa 负荷最终变化量 36 36MW 频差 X 由 36MW 0 0MW 试验时间 09 年 3 月 23 日 7 17 00 至 7 30 00 频差变化幅度 36MW 试验计算时间 600s 频率变化持续时间 600s 开始时实际负荷指令 464 00MW 开始时实际负荷 464 86MW 一次调频响应滞后时间 3s 2s 频率变化完成时 实际负荷指令 510 46 MW 频率变化完成时 实际负荷值 510 86 MW 频率变化完成时 实际负荷变化量 36 40MW 稳定时间 频率变化完成后 20s 频率变化完成后 20 秒时 实际负荷值 507 86 MW 频率变化完成后 20 秒时 实际负荷变 507 77MW 化量 试验期间压力最大偏差 0 62MPa 负荷最终变化量 36 86MW 4 5 2 试验报告要有试验记录的数据变化趋势 趋势时间 数据和数据表格内 容相符 下面的一次调频历史趋势仅供参考 4 5 2 一次调频试验结论 4 6 一次调频的优化策略 4 6 1 为保证一次调频的响应速度 增加频差X的微分环节 4 6 2 将上述的微分环节作为锅炉主控的前馈引入 以加快给煤的速度 保证 主汽压力的稳定 5 影响一次调频贡献量的原因分析 5 1 并网发电企业对 西北电网发电机组一次调频运行考评管理办法 和 西 北电网发电机组一次调频运行管理办法 理解不深刻 未能认真履行两个办法 的文件精神 5 2 发电企业对本企业热工 运行等重点专业的管理工作监管不到位 一次调 频的投 退管理缺失 未能使一次调频的投入做到常态化 5 3 新并网机组未能从思想上重视一次调频的重要性 5 4 锅炉 汽轮机 发电机及其辅机的设备缺陷因素对一次调频控制指标的影 响 5 5 煤种因素对一次调频控制指标的影响 5 6 无法定期开展一次调频调节品质试验工作 优化控制参数 不能及时发现 问题并整改 导致控制系统因素对一次调频指标的影响 5 7 当 AGC 和一次调频都投入的情况下 AGC 和一次调频存在反调现象 导致 控制系统因素对一次调频指标的影响 6 一次调频综合指标及考核度量办法 6 1 要求一次调频未经网调允许不得退出 否则根据退出时间长短考核电量 6 2 性能考核 表征一次调频贡献量的指标中 最重要的四项指标是 转速 频率 死区 响应时间 稳定时间 速度变动率 6 3 一次调频正确动作率 当某台机组并网运行时 在电网频率越过机组一次 调频死区的一个积分期间 如果机组的一次调频功能贡献量为正 或者机组的 一次调频动作指令表明机组在该期间机组一次调频动作 则统计为该机组一次 调频正确动作1 次 否则为不正确动作1 次 7 结束语 一次调频两个办法的实施 会对各发电厂一次调频的奖惩结果差异很大 机组协调控制系统的调节品质即使投运效果良好 如果想获得电网的奖励 也 需要加强机组的安全性和设备可靠性管理 加强对热工 运行 燃料等重点专 业的管理工作 才能保证一次调频的投入和考核满足电网的要求 建议各发电公司在考虑一次调频的奖惩条件时要根据机组的现状 制定一 个兼顾机组的安全性和经济性的综合控制方案 一次调频 1 定义 一次调频和二次调频 在电网并列运行的机组当外界负荷变化引起电网频率改变时 网内各运行机组的调节 系统将根据各自的静态特性改变机组的功率 以适应外界负荷变化的需要 这种由调节系 统自动调节功率 以减小电网频率改变幅度的方法 称为一次调频 一次调频是一种有差调节 不能维持电网频率不变 只能缓和电网频率的改变程度 所以我们增减某些机组的负荷 以恢复电网的频率 这一过程称为二次调频 二次调频的 实现方法有以下三种 1 电网调频由中心调度所调度员根据负荷潮流及电网频率 给各厂下达负荷调整命令 由各发电单位进行调整 实现全网的二次调频 2 采用自动控制系统 AGC 由计算机 电脑调度员 对各厂机组进行遥控 来实 现调频全过程 参与该系统的各机组必须具有协调控制系统 3 在机组调节系统中设有二次调频功能 以频率为闭环 一次调频二次调频 快速性快慢 是否闭环调节否是 电力系统调频问题 传统电力系统的调频采用多次调频措施配合使用 一次调频由发电机的调速器实时调节 目的是完成 负荷实时跟踪 将频率变动控制在允许的范围之内 二次调频由调频机组负责 目的是消除功率不平衡 使频率回复到 50 Hz 三次调频通过合理安排发电计划 减少不平衡发生的机会 在电力市场中 调频措施有三种 1 一次调频 在电力市场中 在市场电价的一个更新周期内 电价保持不变 可以采用与频率挂 钩的罚款 津贴方法来实时地改变发电机与用户的结算电价而促使发电机和用户迅速地调整发电量和用电 量来加速不平衡的过渡过程 将频率的变动控制在允许的范围之内 从而实现一次调频的目的 2 二次调频 在电力市场中 频率偏 50 Hz 意味着发电机已有部分电能积压或不足 发电机已经 蒙受了一定的经济利益损失 同时频率偏离 50 Hz 对发电机设备的健康运行也产生较大的影响 所以发电 厂必然主动调整以将积压 不足的电能出清 从而最终使得频率回复到 50 Hz 实现二次调频的目的 3 三次调频 在电力市场中 发电容量长期紧张或者发电容量长期过剩将造成电价长期偏高或偏 低 最终导致资金的合理流动 因此市场机制将自发地解决三次调频问题 2 液调机组与电调机组在一次调频功能实现上的区别 2 1 液调机组的一次调频 电力生产对发电用的汽轮机控制系统提出了两个基本要求 一是保证能够随时满足用 户对对电能的需要 二是使机组能够维持一定的转速 保证供电的频率和机组本身的安全 汽轮发电机组的电功率与汽轮机的进汽参数 排汽压力 进汽量有关 如果汽轮机的进 汽参数和排汽压力都保持不变 那么机组发出的电功率基本上与汽轮机的进汽量成正比 当电力用户的用电量 即外界电负荷 增大时 汽轮机的进汽量应增大 反之亦然 如果 外界电负荷增加 或减少 时 汽轮机进汽量不做相应增大 或减小 那么 汽轮机的转 速将会减小 或增大 为使汽轮发电机组发出的电功率与外界电负荷相适应 机组将在另 一转速下运行 这就是汽轮机的自调整性能 若仅依靠自调整性能 汽轮机转速则会产生很大的变化 因为外界电负荷的变化是很 大的 仅依靠汽轮机的自调整性能 不但不能保证电能质量 电频率 电压 发电机组并 列亦困难 因此必须在汽轮机上安装自动控制系统 利用汽轮机转速变化的信号对汽轮机 进行控制 2 1 1 直接控制 图 1 5 是汽轮机转速直接控制系统示意 当汽轮机负荷减小而导致转速升高时 离 心调速器的重锤 1 向外张开 通过杠杆 2 关小调节汽阀 3 使汽轮机的功率相应减小 建 立起新的平衡 当负荷增加时 转速降低 重锤向内移动开大调节汽阀增大汽轮机的功率 由此可见 调速器不仅能使转速维持在一定的范围内 而且还能自动保持功率的平衡 该系统是利用调速器重锤的位移直接带动调速汽阀的 所以称为直接控制系统 由于 调速器的能量有限 一般难以带动调节汽阀 所以应将调速器滑阀的位移在能量上加以放 大 从而构成间接控制系统 2 1 2 间接控制 图 1 6 是最简单的一级放大间接控制系统示意 在间接控制系统中调速器所带动的 不是调节汽阀 而是错油门滑阀 转速升高时 调速器 1 的滑环 A 向上移动 通过杠杆 2 带动错油门滑阀 5 向上移动 这时错油门滑阀套筒上的油口 m 和压力油管连通而下部的油 口 n 则和排油口相通 压力油经过油口 m 流入油动机 3 活塞的上腔 油动机活塞在上下油 压力差作用力的推动下 向下移动 关小调节汽阀 4 转速降低时 调速器滑环向下移动 带动错油门滑阀向下 这时油动机活塞下腔通过油口 n 和压力油路相通 而上腔则通过油 口 m 和排油口相通 活塞上下的压力差推动活塞向上移动 开大调节汽阀 2 2 电液调节系统中的一次调频 以新华控制工程公司的 DEH 为例 其控制结构原理见图 1 额定转速 实际转速 根据实际阀位反 算的流量指令 功率转换系数 F F x x 实际功率 P PI ID D T T 功率回路投入 调门指令 功率给定 前馈 yes no 图1 DEH中一次调频原理图 一次调频因子 其中汽轮机额定转速 一般为 3000 r min 与实际转速的差值经函数 f x 转换后生成一 次调频因子 直接叠加到根据实际阀位反算的流量指令 投入功率回路时相当于功率给定 上 当投入功率回路时 一次调频因子直接加在有功功率的给定值上 同时作为前馈加在 PID 调节器输出上 当不投功率回路时即阀位控制方式 一次调频因子直接流量指令上 在 DCS 系统投入协调控制时 DEH 在阀位控制方式中已经加入一次调频 只需将一次调 频因子加在负荷给定的速率限制块之后 让协调不反调即可 这种控制方案可以保证一次 调频的响应时间和稳定时间满足一次调频管理规定的要求 150 600MW rpm MWX 150 n n rpm 2 2r rp pm m 600MW 11rpm rpm11 36MW 36MW 图图 2 一一次次调调频频函函数数 液调机组与电调机组一次调频的比较 液调机组没有死区限制 没有限幅限制 有差即调 电调机组中的一次调频是作为一 个单独的附加功能用相应的 DCS 控制系统组态加入的 其死区 限幅 对应函数 转速不等率 都可以根据工程师对一次调频的认识进行修改 甚至是在线修改 可以 很好的实现一次调频功能的同时保证机组安全 2 3 不投入一次调频的表现形式 2 3 1 在运行操作画面中加入投切开关想投入就投入 不想投入就不投入 2 3 2 将死区加的很大 使一次调频基本不动作 2 3 3 在一次调频函数中加入限幅 使一次调频动作时只动作很小的幅值 不满足一次 调频管理规定的相关条款 2 3 4 在转速偏差后或一次调频函数后加速率限制块 2 3 5 只在功率控制情况下有一次调频 2 3 6 协调控制时加在速率限制之前 2 4 电厂不投入一次调频的错误思想 2 4 1 很多电厂的领导认为电网中大部分机组不投入一次调频功能 自己投入一次调频 功能本机组承担的负荷改变过大会对机组有较大冲击 按照 华北电网发电机组一次调频 运行管理规定 的要求 网内机组都应投入一次调频功能 同时管理规定允许参与一次调频 的负荷变化幅度进行限制 一次调频不会对机组设备产生较大冲击 也不会影响机组安全 在液调机组中曾经出现过由于一次调频动作导致机组收到严重冲击的情况 主要原因是同 步器向上的富裕行程过大 一次调频没有限幅 2 4 2 有一些电厂领导认为自己的机组投入一次调频不利于机组抢负荷 当网频偏高 一次调频投入时自动关小调门开度以降低负荷 而不投入一次调频的机组可以抢负荷并且 不受一次调频的限制 事实上网内机组负荷大小应当服从调度指令 不能以一厂私利影响 整个电网安全 对于这种情况调度会给以严厉制止 2 4 3 机组投入协调控制时为了减小电网频率对机组协调控制的扰动而将一次调频功能 切除 协调控制系统在调整参数时 为了分清干扰的来源 可以短时间的把一次调频切除 正常投运的协调控制系统应当满足由于一次调频动作产生扰动 2 3 汽轮机液压控制系统的静态特性 由直接和间接控制的工作原理可以看出 汽轮机负荷变化时 其转速也会相应地发生变化 在稳定状态下 汽轮机地功率与转速之间的关系 称为汽轮机控制系统的静态特性 一次调频转速不等率 定义为 n n0 100 式中 n 机组空负荷时和满负荷时的转速差值 r min n0 机组额定转速 r min 汽轮机调速系统的静态特性曲线是一条负荷不断增大转速不断降低的连续倾斜的曲线 其倾斜度可用调节系统的转速不等率 表示 是调节系统最重要的指标 即反应一次调 频能力的强弱 又表明稳定性的好坏 越小一次调频能力越强 但是稳定性越差 越大 一次调频能力越弱 稳定性越强 按照一次调频管理规定的要求火电机组转速不等率一般 为 4 5 水电机组的转速不等率一般为 3 4 转速不等率 的实际意义 以转速 不等率 5 为例 是当实际转速 网频 比额定转速大 150 r min 时 机组应将负荷从 100 降到 0 反之如果当实际转速 网频 低于额定转速 150 r min 时机组应将负荷从 0 降到 100 在一次调频转换函数中 确定了函数超出死区后直线的斜率 频率的变化显然是不希望的 为了补偿频率的变化 在调节