劉俊奕

（廣州恒運(yùn)企業(yè)集團(tuán)股份有限公司，廣州 510730）

0 引言

隨著電網(wǎng)容量的增大、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜以及用戶用電結(jié)構(gòu)的多樣性，電力系統(tǒng)一次調(diào)頻功能以其快速、實(shí)時(shí)的優(yōu)勢越發(fā)顯現(xiàn)其重要性。機(jī)組一次調(diào)頻的投入是穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，對于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)電自動調(diào)度、提高電能質(zhì)量、維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行能夠起到重要作用［1］。特別是在電力系統(tǒng)突然發(fā)生大的有功缺額時(shí)，通過發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻作用可以縮短電網(wǎng)頻率波動的過渡時(shí)間和減少頻率的偏差，能有效穩(wěn)定動態(tài)過程中電網(wǎng)頻率［2］［3］。我國各大區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)營商越來越重視并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻效能，并先后出臺了要求較高的一次調(diào)頻性能考核管理規(guī)定。規(guī)定指出:“并網(wǎng)發(fā)電廠均具備一次調(diào)頻功能并投入運(yùn)行”，“一次調(diào)頻正確動作率按機(jī)組考核”。對于一次調(diào)頻月正確動作率低下，造成較多的電量考核，不僅給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失，而且無法保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。為此，我們對恒運(yùn)電廠一次調(diào)頻動作情況進(jìn)行長時(shí)間的跟蹤分析，找出一次調(diào)頻正確動作率低下的原因，并提出整改優(yōu)化方案。經(jīng)過一段時(shí)間的調(diào)整，該廠一次調(diào)頻正確動作率有了大副度的提高，滿足了“兩個(gè)細(xì)則”的要求。

1 恒運(yùn)電廠一次調(diào)頻的現(xiàn)狀

1.1 機(jī)組概況

恒運(yùn)電廠在役共有D廠2×300MW和C廠2×210MW四臺機(jī)組。鍋爐均為亞臨界、中間再熱、自然循環(huán)汽包爐，制粉輸送系統(tǒng)都采用中速磨直吹式形式;D廠汽機(jī)型號是N300-167(170)-537/537，高中壓缸合缸、雙缸雙排汽?？芍袎焊讍?，電液調(diào)節(jié)汽輪機(jī)。C廠汽機(jī)型號是N210-12.7-535/535，為超高壓、中間再熱、單軸、三缸雙排汽電液調(diào)節(jié)汽輪機(jī)。機(jī)組的控制系統(tǒng)采用新華XDSP400。

1.2 一次調(diào)頻控制策略

恒運(yùn)電廠一次調(diào)頻采用功率回路(CCS)+調(diào)速側(cè)前饋(DEH)的控制策略［4］。其中:DEH是執(zhí)行級，有差，開環(huán)調(diào)節(jié)，保證調(diào)頻快速性;CCS為校正級，無差、閉環(huán)調(diào)節(jié)，保證調(diào)頻的持續(xù)性和精度。為了保證調(diào)節(jié)品質(zhì)，一次調(diào)頻的轉(zhuǎn)速信號及功率信號均做了三取中值處理，由DEH及CCS系統(tǒng)共用，保證了兩側(cè)信號判斷的一致性。

DEH側(cè)調(diào)頻邏輯如圖1所示。

圖1 DEH側(cè)一次調(diào)頻邏輯圖

由額定轉(zhuǎn)速與三取中后的實(shí)際轉(zhuǎn)速相減，得出轉(zhuǎn)差信號，經(jīng)GAP死區(qū)運(yùn)算后，乘以轉(zhuǎn)速不等率G，得出機(jī)組調(diào)頻功率增量，再乘以主汽壓力修正信號(額定汽壓/實(shí)際汽壓)，經(jīng)LIM調(diào)頻幅度限制后，形成調(diào)頻閥位控制信號，直接疊加在閥位控制指令上，使調(diào)門動作，滿足調(diào)頻的快速性。

CCS側(cè)調(diào)頻邏輯如圖2所示。

圖2 CCS側(cè)一次調(diào)頻邏輯圖

轉(zhuǎn)差信號通過函數(shù)發(fā)生器FG轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的調(diào)頻功率，經(jīng)速率限制RL，及調(diào)頻幅度限制后，疊加到機(jī)組負(fù)荷指令上，形成最終的實(shí)際負(fù)荷指令，確保調(diào)頻的指令和控制精度。一次調(diào)頻主要參數(shù)有:

一次調(diào)頻死區(qū):±2r/min(0.034Hz);轉(zhuǎn)速不等率:δ=5%;

一次調(diào)頻負(fù)荷上限:+20MW;一次調(diào)頻負(fù)荷下限:+20MW。

1.3 存在的問題

在“兩個(gè)細(xì)則”試運(yùn)過程中，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)我廠一次調(diào)頻正確動作率不高，無法滿足電網(wǎng)基本要求，存在如下問題［5］:

(1)系統(tǒng)頻率變化越過一次調(diào)頻動作死區(qū)時(shí)，CCS指令不動作，機(jī)組負(fù)荷不動作;

(2)系統(tǒng)頻率變化越過一次調(diào)頻動作死區(qū)時(shí)，CCS指令動作正確，DEH綜合閥位動作正確，但機(jī)組負(fù)荷動作過于遲緩;

(3)電網(wǎng)頻率與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號有不一致的時(shí)刻，使機(jī)組調(diào)頻動作早于或晚于系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的動作時(shí)刻。

2 恒運(yùn)電廠一次調(diào)頻分析

FG的參數(shù)見表1。

表1 FG的參數(shù)

根據(jù)實(shí)際運(yùn)行反映的問題，調(diào)用各個(gè)機(jī)組實(shí)時(shí)曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)以下問題。

2.1 DEH及CCS邏輯參數(shù)設(shè)計(jì)不匹配

通過邏輯分析發(fā)現(xiàn)，DEH側(cè)的邏輯為:轉(zhuǎn)差經(jīng)死區(qū)運(yùn)算后乘以轉(zhuǎn)速不等率，然后疊加到綜合閥位指令中。這種信號是帶階躍響應(yīng)的有差調(diào)節(jié)，而CCS側(cè)的FG參數(shù)無階躍響應(yīng)。例如:當(dāng)死區(qū)為±2轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)速為3003轉(zhuǎn)時(shí)，DEH側(cè)調(diào)3轉(zhuǎn)負(fù)荷，而CCS調(diào)1轉(zhuǎn)負(fù)荷;當(dāng)系統(tǒng)頻率越過一次調(diào)頻死區(qū)后，DEH疊加到機(jī)組的一次調(diào)頻功率大于CCS的調(diào)頻功率，使系統(tǒng)產(chǎn)生功率反調(diào)現(xiàn)象，如圖3所示。

2.2 汽機(jī)調(diào)門流量特性曲線不合適

圖3 CCS與DEH一次調(diào)頻反調(diào)曲線

由于汽輪機(jī)的機(jī)械功率正比于其進(jìn)汽流量，而進(jìn)汽流量又正比于蒸汽壓力與進(jìn)汽閥門有效開度之積。因此，當(dāng)機(jī)組定壓運(yùn)行時(shí)，增加進(jìn)汽閥的有效開度，即可增加機(jī)組功率。通過對“調(diào)頻過程中綜合閥位動作正確，而機(jī)組負(fù)荷不動作”的情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這種情況大多發(fā)生在機(jī)組負(fù)荷較高時(shí)，此時(shí)GV1、GV2已經(jīng)全開，應(yīng)由GV3動作漲負(fù)荷，但由于GV3預(yù)啟閥行程過大，造成GV3雖然動作，但實(shí)際進(jìn)汽量并未增加，負(fù)荷不動作。

2.3 高負(fù)荷時(shí)機(jī)組蓄熱較小，且升降負(fù)荷工況不一致

一次調(diào)頻的本質(zhì)是利用鍋爐的蓄熱，通過汽輪機(jī)調(diào)門的快速響應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。由于高負(fù)荷時(shí)，鍋爐蓄熱不能滿足調(diào)頻的能量需求，因此在高負(fù)荷段功率對調(diào)門的響應(yīng)過于遲緩。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在高負(fù)荷段，機(jī)組升/降負(fù)荷的熱力參數(shù)存在很大的差異。

實(shí)驗(yàn)在盡量保證機(jī)組燃燒、主汽壓力穩(wěn)定的情況下，強(qiáng)制綜合閥位，使機(jī)組從195MW降至190MW，再從190MW升至195MW，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

從表2數(shù)據(jù)中可以看出，降負(fù)荷過程中主汽壓力上升不明顯，單位綜合閥位值降負(fù)荷能力較大;但在升負(fù)荷過程中主汽壓力下降明顯，單位綜合閥位值升負(fù)荷能力較小。這表明同一負(fù)荷點(diǎn)，機(jī)組調(diào)頻負(fù)荷在不同方向所對應(yīng)的綜合閥位變化值不同。再者，由于綜合閥位對應(yīng)的負(fù)荷曲線是非線性的，相同的調(diào)頻負(fù)荷在不同負(fù)荷點(diǎn)對應(yīng)的綜合閥位值也不同。所以，在調(diào)頻邏輯中，升負(fù)荷與降負(fù)荷過程應(yīng)分別處理，且應(yīng)引入負(fù)荷修正曲線。

2.4 反饋、測量信號誤差大

恒運(yùn)電廠實(shí)發(fā)功率反饋信號是三個(gè)功率變送器送至DEH系統(tǒng)，三取中判斷后再由DEH通過硬接線送至CCS，其間經(jīng)過了DEH的AO和CCS的AI硬通道。檢查發(fā)現(xiàn)，實(shí)發(fā)功率信號由DEH系統(tǒng)送至CCS系統(tǒng)后，其數(shù)值偏低了0.6MW，造成CCS系統(tǒng)調(diào)節(jié)存在偏差，影響一次調(diào)頻品質(zhì)。

另外，核對了網(wǎng)頻與機(jī)組轉(zhuǎn)速的一致性。由于恒運(yùn)電廠轉(zhuǎn)速采集卡的精度是±1轉(zhuǎn)，這對一次調(diào)頻來說，±2轉(zhuǎn)的調(diào)頻死區(qū)存在著問題:當(dāng)轉(zhuǎn)速為3002.4轉(zhuǎn)時(shí)，采集卡只認(rèn)為是3002轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速到3002.5時(shí)，則認(rèn)為是3003轉(zhuǎn)。這樣往往出現(xiàn)其中一側(cè)已經(jīng)滿足一次調(diào)頻動作條件，而另一側(cè)還沒有觸發(fā)一次調(diào)頻的現(xiàn)象，從而影響了調(diào)頻效果。

3 對一次調(diào)頻進(jìn)行優(yōu)化

針對以上發(fā)現(xiàn)的問題，采用以下措施對DEH/CCS側(cè)調(diào)頻邏輯進(jìn)行優(yōu)化，如圖4所示。

圖4 恒運(yùn)電廠一次調(diào)頻控制系統(tǒng)優(yōu)化方框圖

(1)加入動態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)。在CCS側(cè)的一次調(diào)頻修正量后加入一個(gè)對象動態(tài)補(bǔ)償環(huán)節(jié)(圖4虛框部分)，再引至功率調(diào)節(jié)回路。引入該慣性環(huán)節(jié)目的是補(bǔ)償發(fā)電機(jī)組滯后，且此補(bǔ)償環(huán)節(jié)理論上等同于發(fā)電機(jī)組的滯后環(huán)節(jié)［5］。這樣可以使功率控制器入口的有功功率的設(shè)定值與發(fā)電機(jī)組功率同步變化，確保控制器的輸出Ref不至于因一次調(diào)頻作用而產(chǎn)生過調(diào)或反調(diào)。

(2)加入轉(zhuǎn)速修正。我們在轉(zhuǎn)速三取中值后，加一轉(zhuǎn)速修正偏置，修正后的轉(zhuǎn)速f0減額定轉(zhuǎn)速f0形成的轉(zhuǎn)速信號Δf代表頻差，由DEH和 CCS共用，以確保機(jī)組與網(wǎng)頻一致。

(3)調(diào)頻升負(fù)荷與降負(fù)荷采用不同的修正系數(shù)。對調(diào)頻升負(fù)荷與降負(fù)荷加了不同函數(shù)f(x)修正，并經(jīng)過動態(tài)補(bǔ)償，修正升/降負(fù)荷時(shí)所對應(yīng)綜合閥位值不同的問題。

此外，還對個(gè)別機(jī)組的GV3的閥門流量特性曲線做了修改，減小了調(diào)門預(yù)啟的行程，增強(qiáng)了機(jī)組負(fù)荷對調(diào)門的響應(yīng)能力。

經(jīng)過邏輯優(yōu)化及參數(shù)整定，機(jī)組的一次調(diào)頻能力有了很大幅度的提高，如圖5所示。在“兩個(gè)細(xì)則”系統(tǒng)考核中電量考核有了大幅下降，保證了企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益免受損失。

圖5 優(yōu)化后一次調(diào)頻動作機(jī)組功率與頻差曲線

4 結(jié)束語

電力系統(tǒng)一次調(diào)頻在電網(wǎng)突發(fā)大負(fù)荷變化時(shí)，能夠起到快速地提供有功功率支援、減少二次調(diào)頻動作、穩(wěn)定電網(wǎng)頻率的作用。但影響一次調(diào)頻動作的因素很多，對一次調(diào)頻參數(shù)優(yōu)化是一個(gè)長期動態(tài)的過程，要經(jīng)過長時(shí)間不斷的跟蹤才能達(dá)到理想的效果，達(dá)到保證電網(wǎng)安全的目的。

［1］ 李家川.基于機(jī)理建模的超臨界機(jī)組一次調(diào)頻的研究［D］.保定:華北電力大學(xué)，2008.

［2］ 廣東省電力調(diào)度中心.廣東電網(wǎng)一次調(diào)頻與AGC優(yōu)化控制策略研究項(xiàng)目、研究報(bào)告［R］.廣州:廣東省電力調(diào)度中心，2006.

［3］ 文學(xué)，張昆.南方電網(wǎng)一次調(diào)頻現(xiàn)狀研究［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，(3).

［4］ 韓富春.電力系統(tǒng)自動化技術(shù)［M］.北京:水利電力出版社，2003.

［5］ 于達(dá)仁，郭鈺鋒.電網(wǎng)一次調(diào)頻能力的在線估計(jì)［J］.中國電機(jī)程學(xué)報(bào)，2004，(3).