火电机组一次调频功能实现与优化研究

火电机组一次调频功能实现与优化研究

邢路平曹子飞王友龙

华电莱州发电有限公司  山东莱州  261400

摘要：火电机组在经过并网后必然要参与到一次调频活动中，通过这一调频功能来有效调节电网生产运行频率。目前的火电机组在参数整定方面就相当注重一次调频效果，所以本文中简单介绍了火电机组一次调频功能的逻辑实现技术流程，然后为该功能设置相应参数内容，并研究介绍相关考核方法，希望全面提升火电机组的一次调频能力水平。

关键词：一次调频；功能实现；技术优化流程；参数设置；考核方法

火电机组虽然电能生产能力较强，但是大量电能无法正常储存，必须送到电网侧通过用电户及时消耗掉。不过，考虑到用电户的用电需求并不稳定，因此火电机组生产电能可能出现过剩情况，导致电网运行频率较高，无法稳定在50Hz。所以为保证电网频率稳定，还需要实现一次调频功能，建立技术性优化生产工作流程。

一、火电机组一次调频功能的设计逻辑提出

一般来说，火电机组中都会配置协调控制子系统，该子系统在生产运行过程中会基于侧投入功率建立形成自动控制技术方式，确保机组负荷与系统控制工作实施到位。所以说，火电机组中的一次调频功能都交由技术供给侧共同完成。在体现调频功能优越性过程中，相应的开环控制机制也能够实现快速响应，确保一次调频技术应用到位。另外，调频功能表现出的设计逻辑为闭环控制，它在修正目标负荷方法基础上进一步稳定最终负荷，有效防止调节作用无法被有效体现这一尴尬情况发生。在修正负荷指令方面，负荷速率限制是相对较小的，这主要是因为总负荷指令可以叠加在负荷调节功能上。结合上述设计逻辑提出，就能了解火电机组中一次调频功能的实现相对复杂，其中调节协调控制好子系统是关键。要参考预先设定转速分析频率调节情况。

二、火电机组一次调频功能的优化方法

（一）一次调频功能允许条件的提出

如果火电机组中存在汽轮机跳闸不跳闸、机组并网以及转速状态正常等等情况，则说明一次调频功能优化工作可以正常开展。例如，在火电机组正常并网以后，需要自动投入一次调频功能，避免人工手动退出。在一次调频控制过程中，需要确保火电机组的转速以及频率计算到位，避免发生频率偏差问题。在这里，需要参考频率差异变化来分析计算机组汽轮机转速情况，得出不等率结果。一般来说，要参考应用一次调频功率补偿算法，确保指令有效叠加，保证机组负荷变化率有效限制到位。从某种程度来讲，也需要结合调频功率来分析提出补偿量，形成完整的计算过程。

在系统控制条件下，要建立良好的阀控技术体系，结合频率偏差与机组转速问题来思考提出不等率计算，要结合综合阀位补偿信号来展开分析，确保火电机组中汽轮机函数有效修正，专门针对综合阀位修正值进行有效调整，有效提高系统控制水平。

（二）一次调频功能的优化方法

在一次调频功能优化前，需要明确多点技术条件，例如协调技术方式，保证机组并网优化，同时调整汽轮机转速，分析其正常运行状态，保证无故障。在实现一次调频功能之前，需要结合发电机组分析调频动作变化，有效建立系统频率偏差以及转速偏差信号分析机制。从一定程度来讲，需要确保调频技术内容有效优化，建立不等率补偿机制，分析机组负荷给定值。在机组总负荷指令影响下，也需要确保汽轮机主控调节到位，专门按照阀控技术方式来优化提出控制方案，确保机组一次调频功能有所优化。

再例如，一次调频系统直采光伏电站并网点的电压、电流，计算并网点的有功功率，通过快速测频算法计算出并网点的频率，当电站并网点频率越过死区后启动一次调频控制功能，根据有功—频率下垂特性计算出有功目标值，如有功实测值超出有功目标值死区范围外，将一次调频有功目标值按照预置的有功控制策略分配并下发控制指令给光伏逆变器，光伏逆变器执行相应的有功控制指令后完成一次调频控制。

在功能参数设置方面，主要希望解决以下3点问题：

第一，需要解决转速不等率问题。如果火电机组中汽轮机单机处于生产运行状态中，则需要结合空负荷转速与满负荷转速分别展开分析，了解转速差以及额定转速比值，建立形成转速不等率百分比。一般来说，这一百分比范围应当控制在3%～5%范围内，在分析转速偏差基础上了解机组转速变化，思考其中的不等率设置偏小问题。在经过一次调频动作以后，需要结合机组贡献负荷量较大情况来调节电网，保证机组调节速度控制在合理范围内。从某种程度来讲，需要结合负荷低频振荡来调整转速不等率，避免转速不等率设置过小，一般不等率控制在4.5%为最佳水平。

第二，需要解决转速死区问题。结合转速偏差某限值来分析调频功能生效过程，设定转速不等率负荷调节机制。如果火电机组中电网要求转速死区范围为±3r/min，则需要有效消除转速频率范围内的波动情况，保证测量系统精度有所优化，减少测量误差问题。在负荷高频波动条件下，还需要进一步思考负荷量增减变化情况，必要时设置阶跃式增减技术分析机制。

第三，需要解决调频限幅问题。基于调频动作分析叠加负荷指令变化，做好速度限制处理工作。在机组调频负荷上下限值发生变化后，也需要调整限制幅度，确保限制幅度有效控制到位。当然，不同机组容量不同，所要求的机组额定负荷也有所不同。例如，如果是250MW以上的火电机组，它的限制调频幅度应该控制在10%Pn以上；如果是500MW以上的火电机组，它的限制调频幅度应该控制在6%Pn以上

[1]。例如，要首先判断有功功率偏差ΔP是否大于Padd总线，如果ΔP＞Padd总线，即当前所有可调的逆变器有功功率满发也无法满足有功功率增加的要求。

三、火电机组一次调频功能的考核方法与结论

（一）火电机组一次调频功能的考核方法

在并网条件下，需要了解火电机组调频功能的优化过程，形成一套完整的、有效的考核方法，保证电网一次调频到位。如果电网频率调节过量，则容易发生调频死区情况，必须结合一次调频优化来建立并网发电机组运行机制，不断优化调频功能。

如果是在深度调峰期阶段，则需要确保30s内出力响应指数始终控制在75%理论值范围上下。这一调节过程主要基于指数指标减少50%作为条件来展开操作，确保调频时间能够按照60s计算，同时保证调频动作有效优化。在60s范围内，还需要确保达到稳定理论值，提高深度调峰能力水平。

（二）火电机组一次调频功能的优化结论

在火电机组一次调频功能优化过程中，也需要结合机组中不同工况、不同扰动量来分析提出响应机制，例如3s响应机制，保证火电机组在1分钟内达到稳定状态。就调频功能表现过程而言，一般控制机组一次调频的转速不等率始终控制在5%范围内。如此操作可以保证机组性能满足正常生产要求，为并网运行管理工作条件、内容优化丰富夯实基础[2]。

四、火电机组一次调频功能的优化提升建议

最后谈火电机组一次调频功能的优化提升建议，它主要围绕以下两点建议展开：

（一）采用同源一次调频信号

要采用同源一次调频信号，确保火电机组一次调频功能有所优化，其中所选取数据内容比较丰富，主要基于频率信号计算与转化来分析不同信号源之间的偏差情况。在分析火电机组一次调频动作正确率下降情况时，还需要对机组PMU相量测量装置展开同源改造分析，有针对性地安装频率同源装置。在这一过程中，需要结合功率信号反映实际负荷变化量来进行分析，有效提高机组一次调频动作正确率，如此对于满足电网一次调频要求非常利好[3]。

（二）优化一次调频逻辑

要对一次调频逻辑进行优化，基于一般机组协调控制逻辑分析设置压力拉回回路。如果压力设定值与实际值之间存在较大数据偏差，则需要改变机组负荷命令，确保压力偏差调整到位，减小负荷调频影响，对压力拉回回路内容进行优化。如果要保证一次调频调节性能优化，还需要分析机组安全问题，建立良好的协调控制技术方式。

总结：

在本文中简单讨论了火电机组中一次调频功能的有效实现以及优化过程，分析调频能力要求改善情况。在确保机组绝对安全运行的前提条件下，就需要不断优化调整调频能力，提升电网安全稳定运行效率，确保电网侧以及电厂侧能够同步开展生产活动。

参考文献：

[1] 朱邦那. 火电机组一次调频功能实现与优化[J]. 中国科技纵横,2022(19):96-98.

[2] 朱波,王峥,朱溯寒,等. 新型电网结构下火电机组深度调峰控制策略的研究与应用[J]. 电工技术,2023(11):50-55.

[3] 高嵩,李军,宋辉,等. 提升火电机组一次调频性能的火电-储能一体化系统研究[J]. 电力系统保护与控制,2023,51(21):116-125.