6B燃气轮机负荷控制与一次调频功能的实现

随着大容量机组在电网中地比例不断增加，电网用电结构变化引起地负荷峰谷差逐步加大，而用户对电能质量地要求却在不断提高，电网频率稳定性地问题越来越被重视.大容量火电机组需要根据中调地AGC指令和电网地频率偏差参与电网地调峰、调频.为提高电网运行地稳定性，降低电网频率地波动，增强电网抗事故能力.目前发达国家电网频率变动允许范围是0.1Hz，我国电网频率变动允许范围是0.2Hz，因此许多重要产品地质量比不上经济发达国家.电能质量越高，电网也越安全.特别是电力走向市场地大环境下，各电网均开展了以省为实体地电网地区负荷偏差控制，即 ACE控制. 各省电力公司为快速满足ACE 偏差最小化地要求，大力发展自动发电控制（AGC）机组. “AGC”机组是指参与电力调度通信中心地频率和有功功率自动控制地机组.1 ，基本概念 1.1 一次调频对于电网中快速地负荷变动所引起地周波变动，汽轮机调节系统、机组协调控制系统根据电网频率地变化情况利用锅炉地蓄能，自动改变调门地开度，即改变发电机地功率，使之适应电网负荷地随机变动，来满足电网负荷变化地过程这就是一次调频.现代广义地电网一次调频功能，需考虑汽轮机、锅炉、发电机及电网间地相互配合与制约关系，应以整台机组作为控制对象.从功能上既要有传统电网一次调频地快速性，又要有现代控制地整体协调性.汽轮机快速响应外界负荷、频率地变化，锅炉跟随汽轮机地快速响应，满足汽轮机地要求.稳定运行地电力系统，其电源和负荷功率必须是动态平衡地.当电源功率或负荷发生变化造成变化时（以功率不足为例），系统地频率就会随之降低，系统中地负荷设备会因为频率下降而影响其有功地吸收.与此同时，系统中运行地同步发电机组，也会按照其调速系统地静态特性增加调门开度，弥补系统中功率地不足.1.2 速度变动率速度变动率是指汽轮机由满负荷到空负荷地转速变化与额定转速之比,其计算公式为:δ=(n1 - n2)/n×100%，式中n1：汽轮机空负荷时地转速, n2: 汽轮机满负荷时地转速, n：汽轮机额定转速.对速度变动率地解释如下:汽轮机在正常运行时,当电网发生故障或汽轮发电机出口开关跳闸使汽轮机负荷甩到零,这时汽轮机地转速先升到一个最高值然后下降到一个稳定值,这种现象称为“动态飞升”.理论上，转速上升地最高值由速度变动率决定,一般应为4～5 %.若汽轮机地额定转速为3000转/分,则动态飞升在120～150转/分之间.三河发电有限责任公司速度变动率取5 %.1.3 响应滞后时间和稳定时间图1 响应滞后时间和稳定时间示意图如图1所示，响应滞后时间：当电网频率变化达到一次调频动作值到机组负荷开始变化所需地时间，图中Δt为响应滞后时间.为保证机组一次调频地快速性，根据《华北电网发电机组一次调频运行管理规定》要求Δt应小于3秒.稳定时间：机组参与一次调频过程中，在电网频率稳定后，机组负荷达到稳定所需地时间，图中t1为稳定时间.为保证机组一次调频地稳定性，根据《华北电网发电机组一次调频运行管理规定》要求t1应小于1分钟.1.3 负荷变化幅度机组参与一次调频地负荷变化幅度，是考虑当频率变化过大时，机组负荷不再随频率变化，以保证机组稳定运行.但是，变化幅度限制地越小，一次调频能力越弱，根据《华北电网发电机组一次调频运行管理规定》要求限制幅度大于机组额定负荷地±8%.AGC机组在CCS内设置地一次调频调节量计算式为：式中n0=3000r/min；No为额定功率；δ＝5％.所以，350MW级AGC机组在（50±0.1）Hz频率范围内参与一次调频时，机组一次调频负荷调整地最大允许范围为±14MW/0.1Hz机组参与一次调频频率调节死区为（3000±2）r/min，即调节地频差死区为±0.033Hz.电网固定机组一次调频范围为（50±0.1）Hz，即（49.9～50.1）Hz, 当频率低于49.967 Hz时，ΔN＝140×〔50－(Hz+0.033)〕（MW）, 当频率高于50.033 Hz时，ΔN＝140×〔50－(Hz-0.033)〕（MW）.在此范围内CCS系统参与电网一次调频能力最大为±9.38MW，超过该区间运行人员手动快速调节负荷满足电网频率需要.2、一次调频技术指标A.静态指标：☆转速不等率δ设置为5%;☆动作死区设置为±0.033Hz;☆调频功率最大限幅不低于6%Pe;n n n -=∆0%10000⋅∆⋅∆=n n N N δ 理论目标值：MW N n n N 40600300005.0)212(100fr =⋅⨯-=⋅∆⋅=∆δ B.动态态指标：☆响应滞后时间小于3秒;☆10s 内达到理论值地60%;☆30s 内达到理论值地100%;☆稳定时间小于1分钟;N∆C.评价标准：一次调频响应指数：实际变化积分电量与期望变化积分电量之比.)s (N Ts11)s (N fr fe ∆⋅+=∆期望调频功率变化值n∆tN∆tn∆N∆ttfrN ∆fr632.0N ∆T3、需要明确地几个要求1. 机组参与一次调频地控制方式：实现目标：可选方式： DEH: a.开环方式；b.功率闭环方式；c.前馈+功率闭环方式CCS: a.功率闭环方式；b.前馈+功率闭环方式DEH+CCS： DEH前馈+CCS功率闭环DEH-NTK方式：协调投入时，采用“DEH开环+CCS功率闭环”方式若DEH未投遥控，采用“DEH前馈+功率闭环”方式或者“DEH开环”2.《规定》14条(二)：当一次调频动作与AGC地变负荷方向相反时，发电机组应优先执行一次调频地变负荷任务.3.《规定》14条(三)：机组一次调频系统频率控制信号应采用电网实际频率，频率信号测量精度应≤0.01Hz.4.《规定》15条(一)：机组参与一次调频地负荷范围为机组核定地正常运行出力范围.5.《规定》10条：在役机组A级检修或连续2次B级检修后，以及机组实施一次调频系统相关改造后，由省电科院应进行一次调频性能检测.对检修后未进行性能试验或试验结果达不到指标要求地机组，省调按一次调频功能未投入统计考核.6. 一次调频性能检测试验必须进行大幅度频差地一次调频动作试验，即频率阶跃变化±0.2Hz地扰动试验.四、影响一次调频性能地主要因素1. 控制方式不合理，未实现“前馈+闭环”控制方式.2. 控制参数设置不合理，尤其是DEH侧前馈信号地设置.3. 对调频功率设定值输出进行速率限制，影响系统地响应速度.4. 频率信号精度差或测量不准，与调度侧信号差别较大.5. 机组出现异常，主汽压力、功率控制不稳定.6. 协调控制系统控制品质较差，机组AGC跟踪性能差.7. 汽轮机高压调门流量特性差，存在调节死区.版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, including text, pictures, and design. Copyright is personal ownership.Zzz6ZB2Ltk 用户可将本文地内容或服务用于个人学习、研究或欣赏，以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法及其他相关法律地规定，不得侵犯本网站及相关权利人地合法权利.除此以外，将本文任何内容或服务用于其他用途时，须征得本人及相关权利人地书面许可，并支付报酬.dvzfvkwMI1Users may use the contents or services of this article for personal study, research or appreciation, and othernon-commercial or non-profit purposes, but at the same time, they shall abide by the provisions of copyright law and other relevant laws, and shall not infringe upon the legitimate rights of this website and its relevant obligees. In addition, when any content or service of this article is used for other purposes, written permission and remuneration shall be obtained from the person concerned and the relevant obligee.转载或引用本文内容必须是以新闻性或资料性公共免费信息为使用目地地合理、善意引用，不得对本文内容原意进行曲解、修改，并自负版权等法律责任.Reproduction or quotation of the content of this article must be reasonable and good-faith citation for the use of news or informative public free information. It shall not misinterpret or modify the original intention of the content of this article, and shall bear legal liability such as copyright.。

机组一次调频功能的研究与实现随着机组容量的不断增加和市场经济的进一步深入，电网的供电质量要求也越来越高，要求电网频率非常稳定，满足各用户的要求。

随着计算机技术的应用，机组DEH由原来的液调方式改为电调方式，一次调频功能也由电调实现，虽然机组协调、AGC等功能投入运行，但由于一次调频功能一般为运行人员控制它的投切，致使大部分机组未投入，造成电网频率频繁超限。

2002年4月29日青岛会议后，我省开始一次调频功能的恢复工作，6月3日青岛电厂＃2机组率先进行了一次调频试验，到现在为止，大部分电厂已经投入了一次调频功能，但也有部分电厂还没有完成该功能的恢复工作。

1.基本思想一次调频功能是在电网由于机组或其他原因造成电网频率超限的情况下，单元机组利用锅炉蓄能，快速增减负荷，以弥补电网负荷缺口，保证电网安全、稳定。

2.名次解释a)电网频率特性电网频率是一个频繁变化的参数，也是电网运行的重要监视参数。

主要包括三部分：低频区为每天根据用户的生活习惯和作息时间而变化的部分，由计划运行的机组根据电网预测分配负荷，使系统负荷在发电机组之间实现经济分配；高频区是由于用电负荷较小随机变化而造成的，由AGC 功能随时完成调整；另外是由于系统内机组跳闸或大用户发生跳闸时，电网频率发生瞬间变化，一般变化幅度较大，变化周期在10秒到2～3分钟之间，要求网上机组的负荷能够在允许的范围内快速地调整，以弥补网上的负荷缺口，保证电网频率的稳定，这就是一次调频功能要完成的任务。

在液调机组中由液压系统的同步器根据机组的转速直接反应，为进一步提高机组的可控性和控制精度，现在的机组普遍采用电调系统，控制精度明显提高，机组的协调控制也具备了条件，其中一次调频作为DEH 系统软件部分的一个功能之一，在前一段时间内被大家忽略一直未投入运行，造成电网频率频繁超限。

b) 转速不等率机组转速不等率(δ)：是指机组调节系统给定值不变的情况下，机组功率由0至额定值对应的转速变化量（Δn ）与额定转速（n 0）的比值，通常以百分数形式表示。

蒸汽轮机及燃气-蒸汽联合循环机组一次调频技术分析摘要：本文将详细介绍燃气-蒸汽联合循环机组一次调频技术的基础操作要求，通过专业的研究与分析，精准找出蒸汽轮机与燃气-蒸汽联合循环机组运用一次调频技术的操作过程，过程内容包含明确操作原理、控制发电机组并网状态及分析调频特性等，再根据试验操作结果，确认燃气-蒸汽联合循环机组的使用状态，确保蒸汽轮机可持续运用效果。

关键词：一次调频技术；循环机组；燃气-蒸汽联合；蒸汽轮机引言：当前电力系统运行期间的重要任务为控制监视频率变化，发电机组一次调频技术的应用状态直接影响电力系统的实际操作效果，相关部门要合理规划发电机组的应用形式。

蒸汽轮机与燃气-蒸汽联合循环机组属新型发电方式，可高效运用一次调频技术，确保电力系统监视控制效果。

1蒸汽轮机及燃气-蒸汽联合循环机组一次调频技术的操作要求首先，当前蒸汽轮机与燃气-蒸汽联合循环机组在使用一次调频技术时，要适当明确火电机组内部调速系统的转速，该项数值需保持在5%以内。

明确一次调频技术的运用区域，将调频死区控制在0.033Hz左右。

其次，若电网频率的内部变化超出调频死区控制范围，则电液调节类机组的实际响应时间要保持在3s以内；当电网频率变化范围超出机组的一次调频死区范围时，则要在超出该范围的15s以后，明确机组实际调节量，将理论调节量与实际调节量进行科学比对，将液压调节机组与机械调节机组的调频目标值进行合理调整，尽量在15s以内使各项数值的误差控制在合理范围中。

最后，蒸汽轮机与燃气-蒸汽联合循环机组在使用一次调频技术时，若电网的变化频率保持稳定，可适当观察机组负荷的变化范围，并明确一次调频技术的运用时间，将该时间设定在60s左右。

2蒸汽轮机及燃气-蒸汽联合循环机组一次调频技术实践运用2.1明确操作原理在科学控制蒸汽轮机与燃气-蒸汽联合循环机组下的一次调频技术时，要明确技术操作原理，合理规范技术操作内容。

具体来看，燃气-蒸汽联合循环机组在采用一次调频技术时，需恰当关注电网频率与额定值相偏离后，发电机组内部的调节控制系统会增加自动控制机组内的有功功率，使电网频率的变化范围始终处在额定范围中。

标准技术 / S t a n d a r d T e c h n o l o g y148近些年来，随着我国对环保提出更高的要求，发电企业引进了大量联合循环燃气轮机，带来更高的供电效率和环保指标。

在之后的发展过程中，燃机在我国电网种所占的比例越来越高，因此燃机本身是否能够安全地参与电网一次调频是十分重要的。

文章主要是以某电力公司的联合循环燃机机组一次调频为例，对一次调频功能进行分析和试验，以此来为其他相似工程提供一定的借鉴。

1　一次调频应满足的技术要求在燃机一次调频中，需要满足以下几个方面的技术要求：首先，火电机组调速系统转速不等率不能够高于5%。

其次，火电机组的一次调频死区不能够超过±0.033 Hz。

再次，如果电网频率的变化超出一次调频死区范围，此时电液调节型机组的响应时间不能够超过3 s。

同时，在电网频率变化超出机组的一次调频死区范围时，由此开始的15 s 内，整个机组的实际调节量需要达到理论调节量的75%以上。

另外，机械调节型机组和液压调节型机组需要在15 s 内响应一次调频目标值。

最后，在整个机组参与一次调频的过程中，当电网频率稳定之后，机组负荷最终达到稳定所需要的时间就是一次调频稳定时间，应该在60 s 之内。

2　燃机一次调频的控制策略在电力公司中，之所以需要进行一次调频，主要是为了促使电网发电和用电处于平衡，同时促使电网频率能够稳定在50 Hz 左右。

一般来说，电网的一次调频需要通以下步骤：首先需要以机组本身的频率特点为基础，对整个电网进行控制；其次需要对电源的输电功率进行调节，促使该功率可以和机组用电功率的变化相适应。

因此，对机组本身负荷进行控制是电网一次调频的核心和基础。

对于联合循环机组来说，对机组负荷的调控主要可以通过两个方面来进行，即通过燃机负荷来进行调控和通过汽轮机负荷来进行调控。

由于汽轮机负荷控制主要是通过控制汽轮机调门来进行的，因此文章主要对燃机进行分析。

在对燃机的负荷调控中，一般可以通过两种回路来进行控制：第一种是通过温度来进行控制，另一种是通过机组的转速以及输出功率来进行控制。

燃气轮机的自动控制技术PB13209120 王储摘要：燃气轮机是热机发动机的一种，通常意义上的燃气轮机指的是燃气涡轮引擎。

燃气轮机在船舶、车辆、发电机组等领域被广泛应用。

随着工程科学的发展，燃气轮机也取得了一些技术上的突破，燃气轮机的自动控制技术同样得到了很大程度的发展。

关键词：燃气轮机；自动控制技术1.燃气轮机的组成燃气轮机包括电子控制器、液压执行装置、相关软件三部分。

电子控制器主要是用来控制软件和机组状态等方面的信息。

通过数学运算和判断的方式控制信号的输出，使得机器可以安全有效的运行。

现在的电子控制器大多联网使用，与云数据搭配，一些多个设备共同监控的监控操作系统不断通过各种方法满足其技术需要。

液压执行装置是链接电子控制器和控制燃机的纽带。

电子控制器的相关信息必须通过液压执行器才能得到执行。

控制软件则是燃机数控系统软件的一部分。

这个软件通过电子控制器搜集和发布各种信息，计算机也要通过通讯接口才能完成处理信号、监视机器的各种状态、处理历史记录、控制各种计算等工作。

控制的功能具体包括利用滤波平滑和消颤的方式采集各种模拟量、频率量和开关量信号；机械故障检测；传感器的故障诊断等各种功能。

最重要的目的就是让机器在安全允许的范围内运行，满足负荷方面的需求，保证机械的使用寿命，确保经济效益。

编写软件要求设计人员对系统结构，电子硬件，控制规律等方面都有全面的理解和把握。

即便如此，软件的研制效率依然不高。

稳定性和可靠性是燃机控制规律设计中最主要的因素。

补充：燃气轮机结构原理有效出力=透平产生动力-压缩机驱动力2.燃气轮机自动控制技术启动控制：此时应该充分考虑大气温度变化以及气压的影响。

相关程序在设计的过程中也要充分考虑到气压和温度的因素，因地制宜的进行启动设置。

通过采用简单的启动供油规律，和涡轮后温度的限制，启动时间通常较为缓慢。

加、减速控制：这种控制方式有很好的安全性。

这种方式被广泛应用，不过其使用需要消耗大量时间。

燃气轮机及联合循环一次调频控制分析摘要：当前，人们对能源的需求也越来越大，因此对燃气轮机的要求也在不断的提高和更新。

目前国内的燃气轮机机组主要是采用定子结构，定子是由转子叶片和定子外的旋转部件构成的一个整体。

本文主要研究燃气轮机及联合循环一次调频控制分析。

关键词：燃气轮机；联合循环；一次调频；控制分析引言由于单级的燃气轮机换热器效率低，所以为了解决这一问题，需要将单级的换热器进行改进，它具有三个优点:一是它的功率比较大，而且体积较小，二是它的重量较轻，三是其可靠性高，并且能承受高温。

本文针对传统的换热管式燃气轮机的二次调频系统的研究现状，提出了一种新的控制方案，并对该控制系统的控制做详细的分析说明。

一、相关理论概述燃气轮机的主要作用就是将燃气的热能转换为机械能，从而实现对燃料的利用和输送[1]。

在实际的生产中，由于工质的特性和工作环境的不同，会产生很多的热交换，因此需要对其进行优化处理。

目前常用的燃气轮机的热力系统有两种，一种是直接加热，另一种是间接冷却。

其中最常见的有三种，分别为蒸汽涡轮式、离心式、喷射式。

这三种方式都属于传统的热力设备，但是它们的缺点在于效率低，而且运行成本较高。

本文所研究的循环一次调频控制系统，采用的是离心循环调频控制技术，它具有节能环保的优点；同时它还可以提高机组的可靠性以及稳定性，减少了维修维护的费用；另外，该方法也能有效地防止故障的发生与扩大，保证了机组的安全可靠。

二、燃气轮机及联合循环一次调频控制分析（一）联合循环一次调频控制方法在联合循环调频控制系统中，主要有两种控制方法:主回路控制和副系统控制。

主控单元通过对机组的运行状态进行监测，并根据数据的变化情况，采取相应的措施对其实施调节，使整个过程处于最佳的工作状况[2]。

主控单元的作用是将各个工况下的工况信息传递给副控制器，从而实现对各机段的操作和调整。

同时，也可以将副控单元的参数反馈给PLC，然后再把这些信号传输给单片机，进而完成对各机段的监控任务。

燃机一次调频控制对策及应用分析发布时间：2021-05-07T06:31:25.801Z 来源：《福光技术》2021年2期作者：王成宇[导读] 近年来，随着我国对环保提出更高的要求，发电企业引进了大量联合循环燃气轮机，带来更高的供电效率和环保指标广东大唐国际肇庆热电有限责任公司广东肇庆 526105摘要：近年来，随着我国对环保提出更高的要求，发电企业引进了大量联合循环燃气轮机，带来更高的供电效率和环保指标。

在之后的发展过程中，燃机在我国电网种所占的比例越来越高，因此燃机本身是否能够安全地参与电网一次调频是十分重要的。

文章主要是以某电力公司的联合循环燃机机组一次调频为例，对一次调频功能进行分析和试验，以此来为其他相似工程提供一定的借鉴。

关键词：燃机；联合循环机组；一次调频功能1 燃气机概述纵观欧美等发达国家的发电体系，燃气机组占比均不小于燃煤机组，两者共同承担着基本负荷和中间调峰的重任。

据统计，以天然气为主要燃料的燃气轮机联合循环机组发电量所占份额在美国己达到 14%，而在英国和日本更是高达 30% 以上。

反观我国，虽然专家曾建议将燃气比重至少发展至 12% 以上，但在经历了近二十年努力后，这一比重仅从 3.9% 增加至 5.9%。

即使国家政策近几年强调以天然气等洁净能源作为未来能源发展主体但显然道路还很漫长。

相比于燃煤电站，燃气电站有着诸多优点：供电效率高、结构紧凑、比投资额小、建设周期短、用水用地少、运行自动化程度高、起停速度快、污染少，有利于电网调峰需要和维护电网安全等。

随着燃气轮机及其联合循环机组在我国能源体系中占比不断增加，将会在改善我国电网灵活性、电力能源结构、环境污染治理等领域都具有战略性意义，并且可以和新兴的超临界二氧化碳循环等概念相结合，取得良好的设计效果。

高参数燃机在启动时间方面远优于传统燃煤电厂，以 GE 公司生产的 H 级燃气轮机联合循环单轴机组为例，机组在热态 ( 停机时间 <8h)/ 温态 ( 停机时间 8-72h)/ 冷态 ( 停机时间 >72h) 的启动响应时间分别为30min/65min/110min；二拖一多轴布置机组对应分别为 33min/70min/115min。

汽轮机一次调频分析作者：佚名转贴自：电力安全论坛点击数：7 更新时间：2008-8-20山西太原第一热电厂#13机组2000年完成了纯电调改造，采用新华DEH-IIIA系统，其计算机部分采用分散型控制系统DEH-IIIA，液压部分采用高压抗燃油电液伺服控制系统EH。

DEH改造结束，进行了转速控制、功率控制及供热抽汽的控制试验。

试验结果，转速控制精度为±1rpm，功率控制精度为±1.5MW，供热抽汽压力的控制精度达到±0.02MPa，满足供热机组的控制要求。

DEH并具有以下功能：1) 汽机挂闸、2) 手/自动转速、负荷控制、3) 摩擦检查、4) 主汽门、调汽门严密性试验、5) 103%、110%及机械超速试验、6) 同期、7) 并网后自动带负荷、8) 主汽压控制、9) 高低负荷限制、10) 快速降负荷、11) 一次调频、（速度变动率δ=4.5%）12) 功率回路、13) 调压回路、14) 协调控制、15) 阀门活动试验、16) 单多阀切换、17) 低油压试验、18) AST电磁阀试验、19) 喷油试验、20) ATC启动。

在投入实际运行的DEH功能中，一次调频功能未进行在线试验，太一#13机一次调频主要技术指标如下：1) 转差Δ=WSR—WSWSR为基准转速（3000r/min）WS为实际转速2) 转差功率关系F（X）Xrpm —135 —15 0 +15 +135Y（阀门目标值）—300 0 0 0 +300注：当投入MW回路或CCS、AGC时，Y值显示为实时功率值。

3) 一次调频的范围为了增强机组调节的稳定性，防止频差出现较小变化就引起机组功率的波动，转差为±15r/min时一次调频不参与。

根据汽轮机制造厂设计速度变动率δ=4.5%，给定一次调频输出函数，并发出调门指令，控制调汽门参与一次调频。

4) 一次调频控制方式a：CCS or AGC+一次调频该方式下CCS闭环控制，DEH开环控制。