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        超超臨界660MW機組一次調頻多變量優(yōu)化策略

        2020-11-16 22:16:16韓院臣姜力偉
        中國電氣工程學報 2020年15期

        韓院臣 姜力偉

        摘要:一次調頻,是指電網的頻率一旦偏離額定值時,電網中機組的控制系統(tǒng)就自動地控制機組有功功率的增減,限制電網頻率變化,使電網頻率維持穩(wěn)定的自動控制過程。絕大多數(shù)電廠的一次調頻控制采用CCS+DEH聯(lián)合方式,依據(jù)汽輪發(fā)電機組的轉速信號來判斷電網頻率是否超限。這存在滯后性,不僅影響一次調頻動作的及時性,還易引起汽輪機調門晃動,造成主汽壓力波動和負荷偏差較大,進而影響機組的運行。

        關鍵詞:一次調頻;頻差;汽輪機轉速;快動慢回;快動緩回

        針對傳統(tǒng)一次調頻控制策略中存在的控制滯后、影響機組穩(wěn)定性等調頻能力的不足,提出了測頻系統(tǒng)設備改進及邏輯控制策略優(yōu)化方案,提高了測頻精度和控制準確度,在保證充足調頻電量的前提下,提高了主汽壓力、功率等參數(shù)的穩(wěn)定性,保障了機組安全、經濟、穩(wěn)定運行。

        1 機組概況

        某發(fā)電廠1期工程建設2×600 MW超臨界機組,鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐,為單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結構Π型、露天布置燃煤鍋爐。汽輪機為超臨界、一次中間再熱三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機。1,2號機組分別于2007年7月和10月投入商業(yè)運行,DCS采用基于UNIX操作系統(tǒng)開發(fā)的OVATION1.7.2分散控制系統(tǒng)。該發(fā)電廠輸送線路接入的是容量大的特高壓線路,一次調頻動作對每臺機組要求的積分電量也相應較多,有必要對一次調頻方案進行優(yōu)化,幫助電網頻率快速恢復。

        2 優(yōu)化方案

        2.1 測量系統(tǒng)改進

        傳統(tǒng)一次調頻系統(tǒng)控制信號采用汽輪發(fā)電機組的轉速信號,鑒于轉速信號的滯后性,新控制策略決定采用頻率信號。

        為確保系統(tǒng)的可靠運作,新測量系統(tǒng)配置3套頻率測量裝置,以確?!叭《鳖l率采樣源的安全裕量。每套頻率測量裝置支持3路以上4—20 mA模擬信號的輸出,并支持3路以上數(shù)字信號的輸出,測量精度達到0.0001 Hz。

        測量系統(tǒng)同時配置了2臺冗余衛(wèi)星主時鐘,確保動作時間與電網一致。

        2.2 邏輯控制方案優(yōu)化

        一次調頻原控制方案為CCS+DEH聯(lián)合方式。一次調頻負荷指令跟隨汽輪機轉速實時變化,并直接作用于汽輪機調門,導致汽輪機調門晃動,引起機組主汽壓力、負荷等參數(shù)的振蕩。

        針對傳統(tǒng)控制方案存在的問題,優(yōu)化方案取消了DEH側的一次調頻指令,將其轉移至CCS側,作為汽輪機主控回路中PID輸出的前饋,以達到一次調頻快速動作的目的。一次調頻的功率變化應設置在功率指令處理的“功率變化率”和“功率上下限”之間,這樣既可以實現(xiàn)快速變負荷,又能保證機組的發(fā)電功率控制在允許范圍內。當一次調頻與AGC變化方向不一致時,應優(yōu)先執(zhí)行一次調頻動作。

        通過設計方向閉鎖邏輯,避免汽輪機主控出現(xiàn)與電網頻率恢復方向反向的操作,即電網頻率高時閉鎖汽輪機主控指令繼續(xù)增大,電網頻率低時閉鎖汽輪機主控指令繼續(xù)減小。根據(jù)閉鎖值的大小決定采用快動慢回還是快動緩回方案,若閉鎖值的設定值為±0.033 Hz,采用快動慢回方案;若設定值絕對值低于0.033 Hz,則采用快動緩回方案。當閉鎖值的設定值為0.020 Hz時,快動緩回方案下可以得到較多的積分電量,有效避免一次調頻連續(xù)動作導致調門連續(xù)晃動的現(xiàn)象。優(yōu)化方案中,在一次調頻變負荷時減弱對給水分離器溫度的修正作用。在保證安全的范圍內,對給水分離器溫度調節(jié)器的入口偏差進行智能處理,設置不同的調節(jié)死區(qū),即在一定偏差范圍內不讓修正回路出現(xiàn)反向動作。減溫水回路同樣如此,給主汽溫度設置不同的調節(jié)死區(qū),電網頻率高時,閉鎖減溫水調門開;電網頻率低時,閉鎖減溫水調門關。

        同時,優(yōu)化方案考慮到不同的負荷階段鍋爐蓄熱能量的不同,設計了不同負荷階段下對應的不同增益,提高調頻效率,以得到合理情況下的較大積分電量,保障電網頻率快速恢復。

        3 優(yōu)化方案實施

        根據(jù)以上方案對該發(fā)電廠1期工程2號機組進行了優(yōu)化。優(yōu)化后,轉速與頻率實時趨勢比較如圖1所示。從圖中可以看出,頻率的變化比汽輪機轉速更及時,且其峰值比汽輪機轉速高。

        采用優(yōu)化方案的快動緩回策略后,一次調頻動作時,實際功率與負荷指令的動作趨勢如圖2所示。從圖中可以看出,一次調頻共動作了2次,由于采取的是快動緩回策略,在方向閉鎖的作用下,負荷指令雖然已恢復,但實際功率并未恢復,直至第2次動作結束,電網頻率恢復至正常值時才恢復,因而有效地避免了調門的來回震蕩,并得到了較多的積分電量。

        對1,2號機組在一次調頻動作時的各項參數(shù)進行了匯總,比較結果如表1所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出,1號機有2次動作的積分電量達到電網要求,而2號機組的積分電量都在100 %以上,且汽輪機調門的動作幅度較小。

        由此可見,優(yōu)化后的方案有效地避免了汽輪機調門的振蕩,保證了主汽壓力和機組功率等參數(shù)的相對穩(wěn)定。

        4 結束語

        針對傳統(tǒng)一次調頻方案中存在的控制滯后、主參數(shù)波動及偏差大等問題,對測頻系統(tǒng)進行設備改造,并優(yōu)化了調頻控制邏輯,在實際應用中取得了良好的效果,有力地保障了機組安全穩(wěn)定運行,有利于電網頻率的快速恢復。

        參考文獻:

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        [3]陳仕剛.一次調頻反調及CCS負荷反調波動大的原因分析[J].電力安全技術,2013,15(8):7-10.

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