陳 剛，謝 軍

(1.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102；2.江蘇國華陳家港發(fā)電有限公司，江蘇鹽城224000)

某公司一期工程為2×660 MW燃煤機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠SG-2073/26.15-M626型超超臨界壓力直流鍋爐，汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠N660-25/600/600型超超臨界中間再熱四缸四排汽凝汽式汽輪機(jī)。發(fā)電機(jī)為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的QFSN-660-2型三相同步、水氫氫冷卻、靜態(tài)勵(lì)磁汽輪發(fā)電機(jī)。單元機(jī)組控制系統(tǒng)采用的DCS產(chǎn)品為國電智深控制技術(shù)有限公司的EDPF-NT+控制系統(tǒng)，設(shè)計(jì)包含DAS、BMS、MCS、SCS等系統(tǒng)。汽機(jī)控制系統(tǒng)采用上海汽輪機(jī)有限公司和西門子聯(lián)合設(shè)計(jì)的DEH控制系統(tǒng) （數(shù)字控制部分采用西門子T3000分散控制系統(tǒng)）。一次調(diào)頻實(shí)現(xiàn)模式為DEH+CCS，DEH側(cè)作用為快速響應(yīng)一次調(diào)頻負(fù)荷，CCS側(cè)作用為改變鍋爐側(cè)能量，以達(dá)到與汽機(jī)側(cè)的能量平衡[1]。江蘇省電網(wǎng)一次調(diào)頻相關(guān)技術(shù)規(guī)范規(guī)定：（1）一次調(diào)頻死區(qū)不大于±0.033 Hz。（2）轉(zhuǎn)速不等率應(yīng)按照火電機(jī)組為5%、水電機(jī)組為3%、燃機(jī)機(jī)組為5%進(jìn)行設(shè)置。（3）一次調(diào)頻負(fù)荷限幅不小于6%額定負(fù)荷（Pe）。（4）一次調(diào)頻響應(yīng)滯后時(shí)間小于3 s。（5）一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)至該次擾動(dòng)調(diào)頻幅度90%的響應(yīng)時(shí)間小于15 s。（6）一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間小于1 min。

該汽輪機(jī)組控制系統(tǒng)采用的是西門子公司技術(shù)的先進(jìn)模塊化組合設(shè)計(jì)。機(jī)組啟動(dòng)方式為高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)，高中壓缸進(jìn)汽量分別由兩個(gè)高調(diào)門及兩個(gè)中調(diào)門控制。啟動(dòng)過程由啟機(jī)順控SGC自動(dòng)控制，由高中壓缸缸體和轉(zhuǎn)子的熱應(yīng)力計(jì)算出的溫度裕度值決定汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)的升速率及升降負(fù)荷率。當(dāng)機(jī)組同期并網(wǎng)后，汽輪機(jī)可根據(jù)機(jī)組運(yùn)行要求投入限壓模式（負(fù)荷控制方式）或初壓模式（壓力控制方式）。當(dāng)機(jī)組在限壓模式下且主汽壓力未低于保護(hù)值（為主汽壓力設(shè)定值-1.5 MPa）時(shí)，負(fù)荷控制方式起作用，一次調(diào)頻回路正常動(dòng)作；當(dāng)機(jī)組在初壓模式下時(shí)，此時(shí)負(fù)荷控制器的負(fù)荷設(shè)定值會(huì)疊加一個(gè)偏置，使其輸出增大，因?yàn)檫M(jìn)汽設(shè)定值為壓力控制回路和負(fù)荷控制回路輸出的小選值，所以此時(shí)負(fù)荷控制器的輸出不起作用，即一次調(diào)頻回路也不起作用。

1 DEH側(cè)一次調(diào)頻控制邏輯分析

如圖1所示，當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)并且負(fù)荷大于初始負(fù)荷時(shí)，轉(zhuǎn)速設(shè)定值等于額定轉(zhuǎn)速值（PSF30），此時(shí)PSF30為50 Hz，頻差等于額定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速（NT）的差值。頻差經(jīng)過慣性函數(shù)（此慣性函數(shù)由并網(wǎng)信號(hào)（GLSE）閉鎖，即只有在并網(wǎng)信號(hào)來之后，此爬坡函數(shù)才發(fā)揮作用，否則輸出被置為0）后，進(jìn)入死區(qū)限制模塊，死區(qū)設(shè)定值（TOTPF）為 0.033 33 Hz（2 r/min）。 死區(qū)限制模塊的輸出作為經(jīng)過死區(qū)和頻差高低限之后的模擬頻差信號(hào)（PSF380），PSF380 由一次調(diào)頻投入信號(hào)（PSFE）進(jìn)行閉鎖。

圖1調(diào)頻試驗(yàn)投切及頻差產(chǎn)生

在進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí)，通過一次調(diào)頻測(cè)試投入信號(hào)，將機(jī)組頻率信號(hào)切換為試驗(yàn)?zāi)M電網(wǎng)頻率（PFY20），以獲得試驗(yàn)需要的頻差信號(hào)。如圖2所示，當(dāng)增負(fù)荷信號(hào)為1時(shí)，PFY20為49.891 7 Hz；當(dāng)降負(fù)荷信號(hào)為1時(shí)，PFY20為50.108 3 Hz。當(dāng)一次調(diào)頻參數(shù)測(cè)試信號(hào)DEHPFT為1時(shí)，PFY20輸出結(jié)果對(duì)應(yīng)于初始值為49.85 Hz，終值為50.15 Hz，上升速率為0.2 r/min的斜坡函數(shù)。

圖2一次調(diào)頻測(cè)試環(huán)節(jié)

轉(zhuǎn)速不等率（STATPF）是表征一次調(diào)頻特性的基本參數(shù)，反映了汽輪機(jī)功率變化與電網(wǎng)周波變化之間的靜態(tài)放大倍數(shù)。按照一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)范，該機(jī)組額定負(fù)荷660 MW下，轉(zhuǎn)速不等率應(yīng)設(shè)置為5%，即轉(zhuǎn)速變化5%（150 r/min）對(duì)應(yīng)著負(fù)荷100%的變化（調(diào)門的全開或全關(guān)）[2]。

如圖3所示，組態(tài)中額定負(fù)荷 （PNOM）設(shè)置為700 MW,轉(zhuǎn)速不等率應(yīng)設(shè)置為0.053 030 3。PSF380經(jīng)過與額定轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速不等率的換算得出一次調(diào)頻負(fù)荷指令（數(shù)值為百分比），此一次調(diào)頻負(fù)荷指令經(jīng)過一次調(diào)頻負(fù)荷限幅±6%PNOM，得到限幅后的一次調(diào)頻負(fù)荷指令（PSF390Y）。當(dāng)進(jìn)行一次調(diào)頻特性參數(shù)測(cè)試試驗(yàn)時(shí)，因?yàn)椴恍枰啓C(jī)發(fā)生實(shí)際動(dòng)作，所以一次調(diào)頻特性參數(shù)測(cè)試信號(hào) （DEHPFT）為 1時(shí)會(huì)切換使PSF390Y為0，即汽輪機(jī)不響應(yīng)此調(diào)頻負(fù)荷指令。

圖3一次調(diào)頻負(fù)荷指令

當(dāng)電網(wǎng)頻率過高或過低時(shí)，為保護(hù)汽輪機(jī)，一次調(diào)頻回路將限制汽輪機(jī)動(dòng)作，其中過高頻率設(shè)定為50.5 Hz，過低頻率設(shè)定為49.5 Hz。 當(dāng)電網(wǎng)頻率在49.5～50.5 Hz之間時(shí)，一次調(diào)頻回路正常動(dòng)作；否則，一次調(diào)頻超馳保護(hù)回路動(dòng)作，最終的一次調(diào)頻負(fù)荷分量經(jīng)過超馳保護(hù)回路上下限幅，即當(dāng)電網(wǎng)頻率超限初始階段，超馳保護(hù)回路會(huì)先快速動(dòng)作一部分負(fù)荷，使頻差盡可能減小。在電網(wǎng)穩(wěn)定的情況下，該回路不會(huì)起作用。

經(jīng)過限幅和超馳保護(hù)回路的一次調(diào)頻負(fù)荷分量作為轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器的比例前饋（XP），直接疊加至轉(zhuǎn)速負(fù)荷控制器的輸出，進(jìn)而通過改變進(jìn)汽設(shè)定值直接動(dòng)作汽機(jī)調(diào)門，從而實(shí)現(xiàn)DEH側(cè)快速響應(yīng)一次調(diào)頻。

2 CCS側(cè)一次調(diào)頻策略設(shè)計(jì)分析

CCS側(cè)設(shè)有一次調(diào)頻投入按鈕，只有當(dāng)一次調(diào)頻按鈕投入時(shí)，一次調(diào)頻負(fù)荷指令才能起作用，此一次調(diào)頻負(fù)荷指令是由DEH側(cè)限幅后的一次調(diào)頻負(fù)荷指令通過硬接線輸入到DCS側(cè)協(xié)調(diào)控制器。因?yàn)镈EH側(cè)限幅后的一次調(diào)頻負(fù)荷指令為對(duì)應(yīng)于額定負(fù)荷的百分比信號(hào)，所以CCS側(cè)一次調(diào)頻負(fù)荷指令的量程應(yīng)設(shè)置為換算出的負(fù)荷量，此一次調(diào)頻負(fù)荷指令經(jīng)過限幅限制之后構(gòu)成一次調(diào)頻功率信號(hào)，限幅函數(shù)是指CCS側(cè)一次調(diào)頻功率的允許范圍，其上限函數(shù)為：負(fù)荷上限值×1.04－負(fù)荷指令；下限函數(shù)為：負(fù)荷下限值－負(fù)荷指令×0.96。

一次調(diào)頻功率信號(hào)直接與負(fù)荷指令疊加后作為鍋爐主控指令的前饋信號(hào)，另外一次調(diào)頻功率信號(hào)的微分環(huán)節(jié)也作為鍋爐主控指令的前饋信號(hào)，作用就是在一次調(diào)頻響應(yīng)初期是鍋爐主控快速動(dòng)作，減小鍋爐側(cè)的響應(yīng)慣性時(shí)間，使鍋爐側(cè)與汽輪機(jī)側(cè)能量盡快達(dá)到平衡。因?yàn)镈EH側(cè)負(fù)荷控制回路為閉環(huán)控制，所以只需要接受CCS側(cè)發(fā)出的經(jīng)主汽壓力偏差校正之后的負(fù)荷指令信號(hào)，且負(fù)荷指令信號(hào)為限幅限速后的AGC設(shè)定值或本地負(fù)荷指令，不需要疊加一次調(diào)頻功率信號(hào)[3]。陳家港發(fā)電廠機(jī)組的一次調(diào)頻特性參數(shù)如圖4所示。

圖4一次調(diào)頻特性參數(shù)曲線

一次調(diào)頻功能定值3 000 r/min（50 Hz），死區(qū)設(shè)置為±2 r/min（±0.033 3 Hz）；一次調(diào)頻輸出的最大上下幅度±6%（±39.6 MW），相對(duì)應(yīng)的偏差為±0.183 3 Hz（±11 r/min）。圖中斜線速率相當(dāng)于5%的轉(zhuǎn)速不等率。

3試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）450 MW負(fù)荷段0.066 67 Hz頻差增、減負(fù)荷測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

增負(fù)荷測(cè)試。 19∶30∶23，增負(fù)荷信號(hào)為 1，一次調(diào)頻增負(fù)荷試驗(yàn)開始，模擬頻差為0.066 67 Hz，一次調(diào)頻負(fù)荷指令為8.8 MW，初始負(fù)荷為450.018 3 MW。高壓調(diào)門開度為25.8%，主汽壓力設(shè)定值為19.86 MPa，實(shí)際值為 19.67 MPa。19∶30∶25，負(fù)荷為 452.766 3 MW，響應(yīng)滯后時(shí)間為 2 s。 19∶30∶38，負(fù)荷為 456.8881MW，負(fù)荷增量為 6.869 8 MW，負(fù)荷增加 78%。 19∶30∶46，負(fù)荷為457.804 1 MW，負(fù)荷增量為7.785 8 MW,負(fù)荷增加88%，負(fù)荷響應(yīng)至90%時(shí)間為23 s。高壓調(diào)門開度為27.8%，主汽壓力為19.54 MPa。負(fù)荷響應(yīng)至90%時(shí)間大于15 s，原因?yàn)樵谠囼?yàn)開始之前，主汽壓力低于設(shè)定值0.19 MPa，鍋爐側(cè)能量不足，所以試驗(yàn)開始后，負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間過長。 19∶31∶17，負(fù)荷為 458.7201 MW，負(fù)荷增量為8.7081 MW，負(fù)荷增加99%，負(fù)荷響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間為54 s。減負(fù)荷測(cè)試。19∶33∶33，降負(fù)荷信號(hào)為1，一次調(diào)頻降負(fù)荷試驗(yàn)開始，模擬頻差為-0.066 67 Hz，一次調(diào)頻負(fù)荷指令為-8.8 MW，初始負(fù)荷為450.018 3 MW,高壓調(diào)門開度為25.2%，主汽壓力設(shè)定值為 19.86 MPa，實(shí)際值為 19.80 MPa。 19∶33∶35，負(fù)荷為 447.270 4 MW，響應(yīng)滯后時(shí)間為 2 s。 19∶33∶48，負(fù)荷為 440.400 6 MW，負(fù)荷下降量為 9.6 MW。 19∶33∶59，負(fù)荷為440.400 6 MW，負(fù)荷響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間為26 s。

（2）600 MW負(fù)荷段0.066 67 Hz頻差增、減負(fù)荷測(cè)試結(jié)果如圖6所示。

增負(fù)荷測(cè)試。11∶34∶55，增負(fù)荷信號(hào)為 1，一次調(diào)頻增負(fù)荷試驗(yàn)開始，模擬頻差為0.066 67 Hz，一次調(diào)頻負(fù)荷指令為8.8 MW，初始負(fù)荷為599.780 2 MW。高壓調(diào)門開度為31.7%，主汽壓力設(shè)定值為24.14 MPa，實(shí)際值為 24.21 MPa。11∶34∶57，負(fù)荷為 601.612 2 MW，響應(yīng)滯后時(shí)間為 2 s。 11∶35∶10，負(fù)荷為 608.481 9 MW，負(fù)荷增量為8.701 7 MW，增加99%。此時(shí)負(fù)荷響應(yīng)基本達(dá)到穩(wěn)態(tài)。

圖6 600MW負(fù)荷段頻差增減負(fù)荷測(cè)試曲線

減負(fù)荷測(cè)試。 11∶38∶02，降負(fù)荷信號(hào)為 1，一次調(diào)頻降負(fù)荷試驗(yàn)開始，模擬頻差為-0.06667 HZ，一次調(diào)頻負(fù)荷指令為8.8 MW，初始負(fù)荷為600.238 2 MW。高壓調(diào)門開度為31.2%，主汽壓力設(shè)定值為24.14 MPa，實(shí)際值為 24.32 MPa。11∶38∶03，負(fù)荷為 599.322 1 MW，響應(yīng)滯后時(shí)間為 1 s。 11∶38∶17，負(fù)荷為 589.246 5 MW，負(fù)荷下降量為 10.991 7 MW。 11∶38∶23，負(fù)荷為 590.162 5 MW，負(fù)荷下降量為10.075 7 MW。負(fù)荷響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)間為21 s。

根據(jù)江蘇電網(wǎng)一次調(diào)頻相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，該試驗(yàn)一次調(diào)頻響應(yīng)滯后時(shí)間均小于3 s，一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)至該次擾動(dòng)調(diào)頻幅度90%的響應(yīng)時(shí)間均小于15 s，一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間均小于1 min，3項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)規(guī)范要求。

4結(jié)束語

在火電機(jī)組實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能，目的是使機(jī)組更好地配合電網(wǎng)運(yùn)行的負(fù)荷要求，且由于DEH控制邏輯基本由汽輪機(jī)廠家成套提供，一般為較成熟的控制邏輯，在增加DEH側(cè)一次調(diào)頻組態(tài)時(shí)需考慮周到，且在試驗(yàn)前對(duì)DCS側(cè)與DEH側(cè)的一次調(diào)頻相關(guān)I/O測(cè)點(diǎn)進(jìn)行檢查核對(duì)，核對(duì)相關(guān)參數(shù)設(shè)置，如特性參數(shù)的死區(qū)、頻率-負(fù)荷曲線的參數(shù)設(shè)置等。在試驗(yàn)中做好相關(guān)數(shù)據(jù)的采集并進(jìn)行必要的調(diào)整，試驗(yàn)結(jié)束應(yīng)使機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作特性滿足相應(yīng)技術(shù)規(guī)范要求。

[1]朱北恒.火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)試驗(yàn)[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]哈爾濱汽輪機(jī)廠.汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[M].北京：水利電力出版，1986.

[3]張玉鐸，王滿稼.熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：水利電力出版社，1993.