王 會

（神華浙江國華浙能發(fā)電有限公司，浙江省寧波市，315612）

隨著華東電網(wǎng) 《并網(wǎng)運行管理細則以及并網(wǎng)發(fā)電廠輔助管理細則》的實施，電網(wǎng)對機組的快速響應能力提出了更高的要求。1000 MW 機組的能量轉換響應速率較低，且直流鍋爐蓄熱能力比起汽包鍋爐要小得多，機組純滑壓運行等條件制約，常規(guī)一次調(diào)頻手段難以適應，從而影響機組滿足電網(wǎng)要求。本文主要針對國華寧海電廠1000 MW 超超臨界機組一次調(diào)頻的特點來進行分析，對采用的優(yōu)化方案和結果進行了總結論述。

1 一次調(diào)頻概述

電網(wǎng)頻率是電能質(zhì)量的重要指標，電網(wǎng)的頻率反映了發(fā)電機有功功率和用電負荷之間的平衡關系，是電力系統(tǒng)運行的重要參數(shù)。對電網(wǎng)頻率的控制形式上分為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻及三次調(diào)頻。一次調(diào)頻的作用主要是對小范圍內(nèi)、短周期的偶然性負荷波動進行調(diào)整，一般為秒到分鐘級的隨機負荷分量，一次調(diào)頻是有差調(diào)頻，能提前緩和電網(wǎng)頻率的惡化程度。國華寧海電廠二期DEH （汽輪機數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）中的一次調(diào)頻方案采用DEH+DCS （分散控制系統(tǒng)）的方式，DEH 側是將實際頻率與額定頻率的差值直接轉化為功差信號補償，控制結構原理如圖1所示。

如圖1所示，頻率偏差Δf 經(jīng)過函數(shù)處理一路進入OSB （西門子DEH 系統(tǒng)中的汽輪機進汽流量設定值）PI調(diào)節(jié)器入口，一路作為前饋直接疊加在OSB出口，當電網(wǎng)頻率波動超出調(diào)頻死區(qū)時，頻差前饋迅速作用，使主汽門迅速開啟。但直流鍋爐蓄熱能力較小，為避免調(diào)門大范圍階躍波動，該響應值為額定參數(shù)下頻率偏差對應的流量值的一半，非額定工況下不足一半，其余部分由PI調(diào)節(jié)器部分進行調(diào)整。

圖1 DEH 側一次調(diào)頻控制結構原理

圖中：Δf——頻率偏差；

PSW——為DEH 側功率設定；

PSE——機組實際功率；

F（x）——為頻差處理函數(shù)。

頻差前饋的設置包括頻差死區(qū)和轉速不等率兩個因素。頻差死區(qū)的設定為了防止在電網(wǎng)頻差小范圍變化時汽輪機調(diào)門的不必要的頻繁動作，有利于機組穩(wěn)定運行，但不能過大。根據(jù)電網(wǎng)兩個細則及大機組調(diào)速特性，1000 MW 機組一次調(diào)頻最大不超過60 MW 對應的頻差，一次調(diào)頻特性曲線如圖2所示。

轉速不等率δ定義為：

式中：n1——汽輪機空負荷轉速；

n2——汽輪機滿負荷轉速；

n0——汽輪機額定轉速。

轉速不等率δ 的數(shù)值一般要求設置在3%～6%，在相同頻差下，δ 值越小，汽輪機調(diào)門變化越大，調(diào)頻效果越明顯。由于直流爐蓄熱能力小，而且是以鍋爐跟隨為基礎的協(xié)調(diào)控制方式，δ值過小，CCS （機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)）側無法及時與DEH 側工況相匹配，會引起機組運行的不穩(wěn)定。

圖2 一次調(diào)頻特性曲線

機組一次調(diào)頻的功率補償量 （ΔP ）：是由機組的轉速不等率δ 和電網(wǎng)頻率偏差 （或轉速偏差Δn）計算出來的，公式如下：

式中：PN——為機組的額定功率。

2 一次調(diào)頻存在的問題

國華寧海電廠一次調(diào)頻主要存在以下幾方面的問題：一次調(diào)頻與AGC （自動發(fā)電控制系統(tǒng)）指令方向相反；機組有功在一次調(diào)頻動作期間往復波動，有效積分電量偏低；DEH 與DCS之間一次調(diào)頻信號的傳輸精度不夠；一次調(diào)頻動作后鍋爐側動作相對緩慢，無法與DEH 側及時匹配。

3 一次調(diào)頻的優(yōu)化方案

3.1 一次調(diào)頻與AGC指令協(xié)調(diào)優(yōu)化

由于機組AGC 工況下時常出現(xiàn)AGC 指令和一次調(diào)頻動作目標兩者之間調(diào)節(jié)作用反向的情況，造成一次調(diào)頻動作實際積分電量與目標電量反向，這種反向動作情況嚴重影響了機組一次調(diào)頻正確動作率，也使得調(diào)頻效果受很大影響。國華寧海電廠1000 MW 萬機組一次調(diào)頻方案首先通過閉鎖邏輯來協(xié)調(diào)一次調(diào)頻與AGC 指令步調(diào)一致，如圖3所示。當AGC 在增負荷且一次調(diào)頻要求減負荷對AGC指令進行閉鎖，且閉鎖時間限制在30s以內(nèi)。當AGC 在減負荷且一次調(diào)頻要求加負荷對AGC指令進行閉鎖，且閉鎖時間限制在30s以內(nèi)，經(jīng)過實際應用效果驗證，該方法在對AGC 運行影響較小的情況下可顯著提升一次調(diào)頻的正確動作率，進而改善調(diào)頻效果。

當一次調(diào)頻動作閉鎖后，去DEH 側的調(diào)頻信號進行了負荷的限制，邏輯如圖4所示。在低頻信號動作時，去DEH 的負荷指令 （DEH 側一次調(diào)頻功能輸出的指令轉化為功差信號）加上實際負荷與AGC負荷指令的偏差值，偏差限制在0～5MW之間，當?shù)皖l信號消失時偏差值切為0 MW。在高頻信號動作時，去DEH 的負荷指令加上實際負荷與AGC 負荷指令的偏差值，偏差限制在-5～0 MW 之間，當高頻信號消失時偏差值切為0 MW。

3.2 一次調(diào)頻動作積分電量偏低的優(yōu)化

一次調(diào)頻超出動作死區(qū)時，DEH 功率回路一次調(diào)頻的前饋分支立即響應，調(diào)頻指令使閥門按設計的方向進行階躍變化，由于直流鍋爐的蓄熱能力較小，調(diào)門的變化引起主汽壓力迅速變化，隨著壓力偏差的增加汽機主控回路中的壓力拉回回路迅速動作，對功率指令進行快速調(diào)節(jié)，使調(diào)門的動作與前期動作方向相反，使DEH 側機組有功還未達到指定功率，就被迅速拉回，機組有功產(chǎn)生波動，導致一次調(diào)頻動作期間積分電量偏低，一次調(diào)頻動作緩慢。

國華寧海電廠1000 MW 機組汽機主控中將壓力拉回回路的限制死區(qū)適當?shù)倪M行了放大，如圖5所示，即汽機主控的輸入變量在功差的基礎上疊加了壓力偏差，避免汽機調(diào)功時實際壓力過度偏離壓力設定。穩(wěn)態(tài)工況、變負荷過程中，汽機主控中壓力偏差的權重有所不同。在增減負荷中，為了滿足負荷響應的需要，汽機主控的壓力偏差權重減弱。為了保證汽機能量輸出、鍋爐能量輸入之間的平衡，送給汽機主控的功率指令增加了慣性遲延環(huán)節(jié)，并且根據(jù)不同的變負荷幅值對應不同的慣性時間，負荷變化量與慣性時間成正比，使得機組穩(wěn)態(tài)時能有快速響應一次調(diào)頻的性能，這時機組的一次調(diào)頻基本需求由機組的蓄熱來消化。該策略對機組在AGC 小幅值控制方式下的有功合格率和機組穩(wěn)態(tài)時的一次調(diào)頻都有較好的效果。

圖3 一次調(diào)頻動作閉鎖

圖4 一次調(diào)頻負荷限制

圖5 汽機主控中壓力拉回回路

3.3 一次調(diào)頻信號精度的優(yōu)化

由DCS送至DEH 的功率指令由于信號傳遞方式精度影響，導致二者之間存在較大偏差，對調(diào)頻效果造成影響。

（1）針對各系統(tǒng)存在精度識別的誤差，寧海1000MW 機組將DEH 側頻率信號放大10倍，提高了一次調(diào)頻的精度，送回到DCS側時，再將一次調(diào)頻縮小到正常值，提高了一次調(diào)頻的傳輸精度。

（2）同時國華寧海電廠1000 MW 機組將DCS與DEH 之間一次調(diào)頻傳輸?shù)目ǖ肋M行了校準，保證了一次調(diào)頻小數(shù)位的傳輸，提高了DCS與DEH 兩側動作一致性。

（3）國華寧海電廠1000MW 機組將DCS邏輯中增加修正回路，將DEH 功率信號反送回DCS，將兩者偏差經(jīng)過處理后疊加到指令回路，從而降低功率信號偏差，保證了機、爐兩側功率調(diào)節(jié)的一致性與準確性，如圖6所示。

圖6 DCS與DEH 接口示意圖

3.4 一次調(diào)頻動作鍋爐側響應緩慢優(yōu)化

由于鍋爐燃燒優(yōu)化的影響，國華寧海電廠1000 MW 機組2011年下半年一次調(diào)頻效果略有惡化，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，當一次調(diào)頻動作時，鍋爐側煤、水反應速度相對較慢，鍋爐蓄熱小，主蒸汽壓力等達不到設定值。對此做了以下幾點進行優(yōu)化。

（1）滑壓曲線的優(yōu)化。國華寧海電廠1000 MW 機組的壓力設定是根據(jù)負荷變化得到的，負荷小于200 MW 時壓力對應8.5 MPa，此段為定壓運行狀態(tài)；當機組負荷大于200 MW 時，機組為純滑壓運行狀態(tài)，壓力設定是根據(jù)機組壓力-負荷函數(shù)得出的。在電廠運行中，由于受機組負荷、循環(huán)水流量、循環(huán)水入口溫度、機組凝汽量、真空嚴密性等諸多因素的影響，背壓經(jīng)常會發(fā)生變化，從而影響機組的出力和機組的經(jīng)濟性。針對壓力偏差過大的問題，國華寧海電廠1000 MW 機組對滑壓曲線進行了優(yōu)化，并引進汽輪機凝汽器背壓修正，進而提高了一次調(diào)頻的效果。汽輪機組的所有熱力參數(shù)中，凝汽器背壓是對機組熱經(jīng)濟性影響較大的參數(shù)。超超臨界機組背壓變化對機組負荷影響可按 （3）式計算：

式中：ΔPT——汽輪機功率變化，kW；

PT——汽輪機額定功率，kW；

ΔP ——凝汽器壓力變化，MPa。

實際運行時，負荷因鍋爐吹灰、機組向外供輔助蒸汽、投用再熱器減溫水及參數(shù)偏離設計值等原因會有一定差異，尤其是季節(jié)變化將引起循環(huán)水溫度變化，從而影響凝汽器背壓，使得修正后負荷與運行負荷間產(chǎn)生較大差異。因此，為使優(yōu)化的滑壓曲線滿足全年不同季節(jié)運行要求，實際應用時，可使用凝汽器背壓對滑壓曲線中的負荷項進行修正，進而提高機組熱經(jīng)濟性，修正如圖7所示。

圖7 凝汽器背壓對滑壓曲線負荷項修正邏輯

因機組未配備測量凝汽器背壓絕對值的壓力變送器，經(jīng)過研究低壓缸排汽溫度可以準確的確定凝汽器背壓。圖6中F（x）為排氣溫度與凝汽器背壓之間的擬合函數(shù)，該F（x）函數(shù)為式4所示：

4 結語

通過對鍋爐和汽機側一次調(diào)頻回路的不斷優(yōu)化、改進，使寧海1000 MW 機組超超臨界機組一次調(diào)頻能力不斷提高，兩臺百萬機組一次調(diào)頻的月平均效果達到80%，動作正確率大于0.8，這些措施極大的增強了1000 MW 超超臨界直流機組一次調(diào)頻響應的快速性和可持續(xù)性，得到了電網(wǎng)的獎勵，為該公司帶來了直接的經(jīng)濟效益，也為百萬千瓦火電機組一次調(diào)頻的優(yōu)化和 研究工作提供了借鑒經(jīng)驗，對國內(nèi)百萬機組一次調(diào)頻的投入具有指導意義。

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