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摘要：发电机组一次调频功能是提高电网应对突发扰动能力、改善电网频率稳定性的重要手段。对火电厂 330 MW 发电机组一次调 频存在的不同问题进行了深入分析总结， 提出了相应的优化方案。引入主汽压的修正， 采用新滑压曲线及功率调节器加前馈、 AGC 反向闭锁、阀门流量特性曲线的优化等， 现场实践结果表明， 提出的优化方案是可行的， 改进后的机组一次调频效果良好， 一次调频考核电量有所减少; 有效提高了火电机组一次调频能力， 改善电网频率性能指标， 增强电网稳定性。
关键词：一次调频,主汽压修正,新滑压曲线,功率调节器加前馈,AGC 反向闭锁,阀门流量特性,电网稳定性
Optimization of Primary Frequency Regulation Control For a 350 MW Thermal Power Unit
Ding Liyuan1. Wu Dong2. Wang Hongwei2. Fei Shigang1
( 1. Hubei Huadian Xisaishan Power Generation Co., Ltd., Huangshi, Hubei 435001. China;
2. Hubei Xisaishan Power Generation Co., Ltd., Huangshi, Hubei 435001. China)
Abstract: The primary frequency regulation function of generator set is an important means to improve the ability of power grid to cope with
sudden disturbance and improve the frequency stability of power grid . The different problems existing in primary frequency regulation of
330 MW generator set in thermal power plant are deeply analyzed and summarized, and the corresponding optimization scheme is put forward.
Introducing the correction of main steam pressure, adopting the new slip pressure curve, power regulator plus feedforward, AGC reverse
blocking, and the optimization of valve flow characteristic curve, the field practice results show that the proposed optimization scheme is
feasible, the improved unit has a good effect of primary frequency regulation, and the power of primary frequency regulation assessment is
reduced. The primary frequency regulation capability of thermal power units is effectively improved, the frequency performance index of power grid is improved, and the stability of power grid is enhanced.
Key words: primary frequency regulation; main steam pressure correction; new slip pressure curve; power regulator plus feedforward; AGC reverse blocking; valve flow characteristics; power grid stability
引言：当前随着新能源发电的大规模投运， 特高压直流的 输入和外送， 各区域电网容量不断增大和结构愈趋复杂， 电网的安全稳定运行日趋重要。并网机组的故障跳闸和 直流联络线的故障闭锁， 会对电网频率产生较大的冲击， 电网调度系统以及自动发电控制 (AGC) 调节的滞后性 将无法满足电网稳定运行的要求。入网机组一次调频功 能的有效投入， 则可以弥补这一不足[1]。因此， 电网公 司对发电机组一次调频的调节性能指标要求不断提高， 相应的考核规则和激励政策日趋严苛， 探索一次调频优 化和安全控制对电网的安全性意义重大。《国网 (调/4) 910—2018 国家电网公司电力系统一次调频管理规定》 对机组一次调频的考核要求，合格率较低的发电机将面临 着严重的电量考核，上网竞争力严重受限。湖北省电力公 司 《关于印发 2017 年度湖北电网机网协调工作计划的通知 (调控【2017】 17 号文) 》要求， 从 9 月份开始所有省 调机组一次调频合格率必须达到 70%， 否则进行重考核。
经调研， 某发电厂一期是两台 330 MW 的燃煤机组， 由于机组投运年限较长， 原有的一次调频控制功能设计 不合理， 导致一次调频一直无法满足“两项细则”考核 要求， 所以进行机组的模拟量协调控制系统及一次调频 的优化， 提升机组的自动化水平势在必行。为了满足一 次调频的要求， 很多学者对各并网机组的一次调频性能 优化做了大量研究， 有些从频率信号同源性及动态调频 参数、滑压参数等[2-7] 的优化方面做了调整和应用， 有些 从运行方式的改变上做出了探索[8- 10]， 都取得了不错的 成效， 但以上方式都需要大量时间完成试验、或对现场 设备进行改造换型， 各方面成本相对较高。
本文针对某发电厂 330 MW 机组实际情况， 对其一 次调频存在的问题进行了总结归纳， 并针对问题逐一采用内部逻辑控制策略修改和进行流量特性试验的方式加 以解决， 避免了设备更换改造， 缩短了整改周期， 提高 了可行性和通用性。
1 机组一次调频存在的主要问题
( 1) 频率信号不稳定， 精度不高， 产生的调频分量 过小， 满足不了调度小扰动考核的技术要求。
( 2 ) 压力偏低， 造成负荷变化量偏小; 高负荷区段， 主汽压力实际值偏离额定值较大时， 因主汽压力偏低造 成一次调频动作不合格[11]。
( 3) 滑压曲线设计不合理。该厂机组采用滑压控制， 参与深度调峰时主蒸汽压力远低于正常值， 造成一次调 频动作时， 调节气门的变化无法满足调频负荷的要求。
( 4) 一次调频响应时间过长， 响应速度慢， 不满足 细则规定的响应速度小于 3 s[12]。
( 5) 一次调频反调现象。主要由于 AGC 是电网的二 次调频功能， 对电网频率变化的时间响应尺度要远低于 机组侧自动完成的一次调频。在机组投入 AGC 方式运行 时， 容易出现 ACC 调节指令和一次调频动作负荷之间作 用反向的情况[12- 14]。
( 6) 阀门流量特性未按要求定期整定， 机组调节阀 门流量特性不佳。一次调频动作时， 阀门开度不满足负 荷快速变化的要求， 不能达到目标动作幅度[15- 17]。
在 2018 年 7 月份开始针对该厂一期机组一次调频控 制功能存在的不合理方面进行了优化， 以#1 机组为例说 明 (#2 机组同步进行)。具体步骤见第 2 节。
2 机组一次调频控制策略优化
2.1 引入主汽压修正
引入主汽压对调频分量的修正， 并调整函数。调频 是根据机组的额定参数设计， 当主汽压力低于额定压力 时， 相同的频差输出的调频阀位增量， 不能响应成相同 的调频负荷， 因此需要对主汽压力进行校正， 以达到调 频负荷响应的准确性。
修正时取实际主汽压比额定主汽压， 所得结果取倒 数后乘以调频分量作为新的调频分量输出， 也就是使调 频分量适当放大 (此处用实际主汽压比额定主汽压再取 倒数， 而不是直接用额定主汽压比实际主汽压， 是避免 实际主汽压为 0 的情况)。例如， 当实际主汽压只有额定 主汽压 1/2 时， 二者的比值取倒数后为 2. 再去乘以调频 分量， 相当于将调频分量放大了一倍， 故而减少了由于 主汽压力偏低导致的调频负荷不足的现象。 DCS 组态框 图如图 1 所示。
2.2 引入新滑压曲线
原滑压曲线设计中， 主汽压力控制在较低的范围， 尽量开大调门开度， 避免节流损失。由于高调门在 90% 开度以上时主汽通流量几乎不再变化， 此时若一次调频 动作， 要求改变频率， 调门虽然有动作， 但由于主汽通 流量几乎无变化， 使得汽机转速和负荷几乎无变化， 不 能及时改变频率， 造成响应不及时， 调门有动作但效果差。
新滑压曲线尽量保持主汽压力在较高范围， 相应降 低调门开度， 保持调门开度的裕量充足。新滑压曲线框 图如图 2 所示， 新、旧滑压曲线对比如图 3 所示。
2.3 加入前馈环节
汽机功率调节器加入前馈， 用调功分量来影响机指 令， 加快响应速度， 如图 4 所示。
2.4 AGC 动作相反锁定
由于机组最终负荷指令为 AGC 负荷指令加上一次调 频分量。经过观察历史趋势， 发现一次调频动作时， AGC 指令的变化方向有时与之相反， 如在机组降负荷过 程中因网频低需要一次调频增加负荷， 则一次调频贡献 量会被负荷下降抵消部分或全部[18-20]， 造成最终的负荷 指令变化小甚至与调频作用相反。现通过设置一次调频 指令优先逻辑， 先判断出 AGC 变化方向与调频动作方 向， 再闭锁反向 AGC 负荷指令[21-22]。
( 1) 方向相同时， 则 AGC 指令不锁定， 二者同时起 作用， 为最终的负荷指令;
( 2) 方向相异时， 则 AGC 指令 30 s 内保持不变， 由 调频的动作影响最终的负荷指令。如图 5 所示。
2.5 阀门流量特性曲线的优化
在机组大修后及时进行流量特性试验及配阀参数调 整， 使机组的调频效果恢复至原有水平。当一次调频触 发调门动作但主汽流量及负荷响应不明显时， 改善调门 特性尤为重要。优化后调门流量管理函数及调门流量曲 线分别如表 1 ~ 2 所示。
3 应用效果
表 3 所示为近几年月度考核电量， 在 2018 年 7 月份 开始对#1 、2 机组进行控制策略优化后， 除开停机 (表格考核电量为 0) 和设备故障 (2018 年 9 月、 2022 年 4 月) 外， 一次调频考核电量有所减少。也就是说， 通过 对机组一次调频的部分控制功能进行优化后， 一次调频 的能力有所提升。
4 结束语
机组的一次调频指标性能如何能继续提升到更高的 标准， 除了对控制策略进行优化， 定期进行阀门流量特 性曲线试验外， 还需要增设一次调频专用装置提升机组 的一次调频能力。由于调度侧一次调频考核系统， 采用 电力系统同步相量测量装置 (PMU) 送出的高精度电网 周波信号来考评一次调频动作死区， 给出动作指令[11] 。 电厂用汽轮机转速 (或频率) 来进行控制， 转速信号精 度远低于电网周波系统， 造成偏差太大。因此， 机组一 次调频测量信号， 可采取更换高精度频率变送器或增加 同源频率测量装置， 测得更高精度的频率控制信号， 来 输入 DEH 和 CCS 作为调频动作依据， 减少误动概率和 次数。
一次调频是电网与电源连接最主要的控制功能， 但 火电机组运行工况变化复杂， 锅炉、汽轮机、电网等相 关因素相互影响造成一次调频合格率不稳定， 个别机组 合格率提升困难， 同时一次调频过程中存在节流损失和 机组调频性能互为矛盾的现象， 因此优化一次调频功能 的设计， 增强机组的一次调频能力， 提高一次调频投运 时机组的安全性， 是保证电能质量、维护电网安全的方 向。随着新能源容量增加， 火电机组一次调频技术面临 更多挑战， 这就需要结合网源实际情况， 不断创新和学 习提升技术能力， 因情施策， 提出切实有效的方法改善 其一次调频性能， 这也是一项需长期坚持的工作任务。
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第一作者简介：丁丽瑗 (1988- )， 女， 硕士， 工程师， 研究领 域为火电厂节能减排技术、自动控制技术， 已发表论文 3 篇。
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