姚 斌

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519000)

1 火電機(jī)組一次調(diào)頻的影響因素

1.1 能源結(jié)構(gòu)和用電特點(diǎn)

截至2017年，全國(guó)發(fā)電裝機(jī)容量較去年同期增長(zhǎng)7%。其中，火電裝機(jī)與水電裝機(jī)的容量分別增長(zhǎng)4%和3%，核電裝機(jī)與風(fēng)電裝機(jī)容量增長(zhǎng)了6%，太陽(yáng)能發(fā)電裝機(jī)容量的增長(zhǎng)達(dá)到了68%。受自然資源變化的影響以及新能源并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)處理特點(diǎn)的影響，當(dāng)并網(wǎng)容量增加一定程度后，電網(wǎng)電能質(zhì)量將隨著電網(wǎng)的接入發(fā)生一定的變化。根據(jù)國(guó)家“十三五”規(guī)劃，我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中新能源的占比將不斷提升，而火電機(jī)組面臨的挑戰(zhàn)也會(huì)更多。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，電力供求關(guān)系的特征逐漸演變?yōu)榉骞炔町惔蟆GG頻繁調(diào)整等，這使得火電機(jī)組全負(fù)荷調(diào)頻能力有待提高[1]。

1.2 特高壓交直流混聯(lián)的大型電網(wǎng)大規(guī)模投運(yùn)

我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入特大型電網(wǎng)時(shí)代，在電網(wǎng)直流特高壓工程建設(shè)中，火電機(jī)組一次調(diào)頻將受到特高壓交直流混聯(lián)的大型電網(wǎng)大規(guī)模投運(yùn)的影響。隨著大規(guī)模直流的接入，電網(wǎng)的運(yùn)行迎來(lái)了更多挑戰(zhàn)。華東電網(wǎng)自2015年開(kāi)始電網(wǎng)頻率就發(fā)生大幅度波動(dòng)，由于電網(wǎng)頻率的大幅波動(dòng)且波動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻指令幅值均達(dá)到了上限。

1.3 火電機(jī)組一次調(diào)頻自身運(yùn)行特性

火電機(jī)組的自身特性是除了外部影響之外，對(duì)一次調(diào)頻性能影響最多的因素。汽機(jī)大頻差下快速增負(fù)荷能力不足，是超臨界直流爐機(jī)組普遍存在的問(wèn)題。比如西門(mén)子汽輪機(jī)機(jī)組，當(dāng)調(diào)門(mén)全開(kāi)時(shí)，調(diào)門(mén)向上調(diào)節(jié)余量不足，但運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最好，小頻率擾動(dòng)時(shí)，尚能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，但是當(dāng)機(jī)組加大幅度增加負(fù)荷時(shí)，就難以快速作出響應(yīng)。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較低時(shí)，機(jī)前壓力在調(diào)頻過(guò)程中與標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)偏差過(guò)大，機(jī)組的蓄熱能力明顯降低。而一次調(diào)頻功能對(duì)于DEH側(cè)為前饋控制，按照頻差與汽機(jī)調(diào)門(mén)開(kāi)度關(guān)系對(duì)一次調(diào)頻進(jìn)行設(shè)定，如果低于標(biāo)準(zhǔn)值則蒸汽做功下降，若機(jī)組功率變化不足時(shí)，一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)能力也隨之下降，導(dǎo)致一次調(diào)頻性能降低。為了提高燃?xì)鈾C(jī)組的效率，負(fù)荷狀態(tài)一般設(shè)定較高，機(jī)組在電網(wǎng)頻率下降時(shí)，將會(huì)自動(dòng)進(jìn)入溫控模式，這種運(yùn)行方式使負(fù)荷響應(yīng)慢，限制了機(jī)組功率上升。

2 AGC的影響因素

2.1 設(shè)備特點(diǎn)

老機(jī)組和新機(jī)組的設(shè)備特性不同，老機(jī)組由于長(zhǎng)時(shí)間的檢修，比較容易出現(xiàn)風(fēng)機(jī)喘振、執(zhí)行機(jī)構(gòu)滲漏的問(wèn)題。新機(jī)組設(shè)備的問(wèn)題一般是風(fēng)量測(cè)量錯(cuò)誤，影響了磨煤機(jī)風(fēng)量調(diào)節(jié)的自動(dòng)投入，降低了整體燃燒速度和AGC效果。對(duì)于各個(gè)電廠的指標(biāo)考核，有些人員為了提升績(jī)效，擅自修改負(fù)荷變化率，使提升負(fù)荷時(shí)發(fā)電量快，降低負(fù)荷時(shí)發(fā)電量慢，造成了機(jī)組不跟蹤AGC指令。

2.2 機(jī)組性能與操作規(guī)范

不同類(lèi)型的鍋爐具有不同的響應(yīng)，鍋爐決定著火電機(jī)組的響應(yīng)特性。不同鍋爐的響應(yīng)速度由慢至快分別為：循環(huán)流化床鍋爐、自然循環(huán)煤粉鍋爐、直流鍋爐。鍋爐子系統(tǒng)響應(yīng)特征也不同，也會(huì)對(duì)制粉系統(tǒng)造成很大影響。在增加燃燒率方面，由快至慢機(jī)組分別是：中間倉(cāng)儲(chǔ)制粉系統(tǒng)、鋼球磨煤機(jī)、中速磨系統(tǒng)?；痣姍C(jī)組響應(yīng)AGC指令能力的差異就是由這些機(jī)組性能特性決定[2]。

2.3 煤種摻燒

近年來(lái)，部分火電廠為了不斷降低成本，選擇越來(lái)越多的劣質(zhì)煤進(jìn)行摻燒，以此來(lái)降低對(duì)動(dòng)力煤的需求。煤質(zhì)的嚴(yán)重不達(dá)標(biāo)使機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生很大的風(fēng)險(xiǎn)，降低了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。同時(shí)，在相同負(fù)荷下，煤質(zhì)熱值的下降增大了煤量的需求，致使鍋爐內(nèi)燃料最大化投入也無(wú)法滿足機(jī)組的輸出要求，嚴(yán)重影響了AGC功能響應(yīng)的時(shí)間[3]，以及對(duì)精度范圍的調(diào)節(jié)等。

3 提高一次調(diào)頻和AGC能力的措施

3.1 制定操作規(guī)程

對(duì)運(yùn)行人員進(jìn)行嚴(yán)格的操作培訓(xùn)，按照規(guī)章規(guī)范進(jìn)行管理。相關(guān)工作人員要嚴(yán)格按照規(guī)章操作對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，在運(yùn)行中保護(hù)機(jī)器，逐漸提高火電機(jī)組的一次調(diào)頻和AGC能力。在安全的前提下，不能退出AGC和一次調(diào)頻功能，如圖1為AGC與一次調(diào)頻反向動(dòng)作優(yōu)化原理圖，要杜絕人為操縱對(duì)AGC指令進(jìn)行干預(yù)，影響AGC的走向和趨勢(shì)。同時(shí)要對(duì)磨煤機(jī)進(jìn)行開(kāi)始和暫停操作，觀察系統(tǒng)負(fù)荷變化，保證機(jī)組能夠滿足電網(wǎng)加減負(fù)荷的需求，及時(shí)分析總結(jié)變化規(guī)律。為了改善燃燒工作的情況，不斷提升響應(yīng)速度，要及時(shí)根據(jù)燃料的變化對(duì)總風(fēng)量和一次風(fēng)量等進(jìn)行設(shè)置。

圖1 AGC與一次調(diào)頻反向動(dòng)作優(yōu)化原理圖Tab.1 Schematic diagram of AGC and primary frequency modulation reverse motion optimization

3.2 優(yōu)化提升控制邏輯

隨著技術(shù)的進(jìn)步，火電機(jī)組的自動(dòng)化水平越來(lái)越高，對(duì)一次調(diào)頻和AGC的要求也越來(lái)越高，只有引入更適合機(jī)組特點(diǎn)的策略才能滿足火電機(jī)組的控制要求。為了更大限度地挖掘機(jī)組潛能，不斷提高一次調(diào)頻和AGC能力，要深入分析機(jī)組特點(diǎn)和存在的問(wèn)題，采用有針對(duì)性和先進(jìn)的控制策略優(yōu)化控制邏輯。對(duì)多級(jí)并行前饋控制技術(shù)建立不同的前饋信號(hào)，負(fù)荷上升時(shí)表明對(duì)指令調(diào)整過(guò)大，當(dāng)負(fù)荷下降時(shí)則對(duì)指令調(diào)整過(guò)小，依此對(duì)響應(yīng)進(jìn)行校正，加速鍋爐響應(yīng)過(guò)程，使主汽壓力和溫度得以改善。對(duì)多煤種混燒專(zhuān)家控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過(guò)累積經(jīng)驗(yàn)技巧，根據(jù)工況及鍋爐控制回路的不同響應(yīng)特性對(duì)能量進(jìn)行調(diào)整，確保其穩(wěn)定。采用自適應(yīng)控制，對(duì)調(diào)頻前饋系數(shù)的蓄熱情況進(jìn)行改善補(bǔ)償，以達(dá)到更好的調(diào)頻效果。

4 結(jié)語(yǔ)

影響火電機(jī)組一次調(diào)頻和AGC能力的因素有很多，控制系統(tǒng)由上百個(gè)子系統(tǒng)共同構(gòu)成，所以，火電機(jī)組的一次調(diào)頻和AGC控制過(guò)程也更為復(fù)雜。為了提升一次調(diào)頻和AGC控制能力，要不斷完善設(shè)備、規(guī)范管理體系、優(yōu)化控制邏輯，使電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)獲得更大的效益。實(shí)踐證明，對(duì)火電機(jī)組一次調(diào)頻和AGC能力進(jìn)行分析，提出優(yōu)化控制邏輯方案，可使電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)成效得到顯著提升。