閆 超，李 博

(1.廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，廣東 惠州 516363; 2.75841部隊(duì)100分隊(duì)，廣州 廣東 510000)

0 引言

為適應(yīng)電力市場(chǎng)化改革發(fā)展新要求，發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的決定性作用，構(gòu)建有效的廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制，進(jìn)一步調(diào)動(dòng)發(fā)電企業(yè)提供輔助服務(wù)的積極性，保障廣東電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，國(guó)家能源局南方監(jiān)督局制定了廣東調(diào)頻市場(chǎng)的交易規(guī)則。按照交易規(guī)則，廣東調(diào)頻市場(chǎng)的準(zhǔn)入門檻為綜合調(diào)頻性能指標(biāo)K值大于0.5。根據(jù)各個(gè)電廠調(diào)頻里程報(bào)價(jià)及綜合調(diào)頻性能指標(biāo)K值決定中標(biāo)排序，在報(bào)價(jià)相同條件下，K值越大越容易中標(biāo)。為此，各發(fā)電機(jī)組必須盡可能地提高綜合調(diào)頻性能指標(biāo)K值[1]。

1 機(jī)組概況

某廠2×1 000 MW 超超臨界機(jī)組鍋爐采用上海鍋爐廠設(shè)計(jì)制造的某型超超臨界、雙切圓八角噴燃、直流煤粉式鍋爐；汽輪機(jī)采用上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)，采用獨(dú)特的補(bǔ)汽閥技術(shù)；發(fā)電機(jī)采用上海發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的水氫氫冷自并勵(lì)靜止勵(lì)磁發(fā)電機(jī)。

該機(jī)組分布式控制系統(tǒng)(DCS)采用艾默生公司的OVATION 系統(tǒng)；汽輪機(jī)控制系統(tǒng)(DEH)采用西門子公司的控制系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間通過(guò)硬接線和通信聯(lián)系。

2 綜合調(diào)頻性能K 值

綜合調(diào)頻性能指標(biāo)K值定義為發(fā)電單元響應(yīng)AGC 控制指令的綜合性能表現(xiàn)，其計(jì)算公式如下：

式(1)中K1指發(fā)電單元響應(yīng)AGC 控制指令的速率，計(jì)算公式如下：

式(2)中(p.u.)指調(diào)頻資源分布區(qū)內(nèi)AGC 發(fā)電單元平均標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)速率。

式(1)中K2指發(fā)電單元響應(yīng)AGC 控制指令的時(shí)間延遲，計(jì)算公式如下：

式(3)中發(fā)電單元響應(yīng)延遲時(shí)間是指發(fā)電單元AGC 動(dòng)作與發(fā)電單元接到AGC 指令的延遲時(shí)間。

式(1)中K3指發(fā)電單元機(jī)組響應(yīng)AGC 控制指令的精準(zhǔn)度，計(jì)算公式如下：

式(4)中，發(fā)電單元調(diào)節(jié)誤差指發(fā)電單元響應(yīng)AGC 控制指令后實(shí)際出力值與控制指令值的偏差量；發(fā)電單元調(diào)節(jié)允許誤差為其額定出力的1.5 %。

3 CCS 控制系統(tǒng)參數(shù)整定和優(yōu)化

通過(guò)優(yōu)化協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(coordination control system，CCS)，提高K1，K2、K3，從而達(dá)到提高K值目的。

3.1 提高K1 值優(yōu)化

3.1.1 鍋爐主控主汽壓回路的前饋分量?jī)?yōu)化調(diào)整

蒸汽壓力是鍋爐與汽機(jī)能量平衡的關(guān)鍵指標(biāo)，它的穩(wěn)定反映了鍋爐能量輸入與汽機(jī)能量輸出的匹配，同時(shí)蒸汽壓力關(guān)系到蒸汽溫度及汽機(jī)效率。通過(guò)增加壓力設(shè)定值前饋回路進(jìn)入鍋爐主控并根據(jù)機(jī)組特性調(diào)整其權(quán)重，使機(jī)組在升負(fù)荷時(shí)一定程度上利用鍋爐蓄熱，又能給機(jī)組調(diào)門預(yù)留一定量的調(diào)節(jié)裕度，更好地響應(yīng)負(fù)荷指令。圖1 中微分前饋參數(shù)15 修改為20。

3.1.2 鍋爐主控負(fù)荷前饋分量?jī)?yōu)化調(diào)整

當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，鍋爐側(cè)的純時(shí)延和大滯后是影響機(jī)組動(dòng)態(tài)響應(yīng)的關(guān)鍵因素。為此，根據(jù)MWD 信號(hào)生成一組動(dòng)態(tài)前饋信號(hào)——鍋爐動(dòng)態(tài)加速信號(hào)(BD)，分別作用到燃料、送風(fēng)、給水等系統(tǒng)，加速鍋爐對(duì)負(fù)荷指令的響應(yīng)速度，起到先動(dòng)作、早控制的作用。BD 指令在變負(fù)荷時(shí)具有強(qiáng)化微分環(huán)節(jié)的作用，穩(wěn)態(tài)負(fù)荷下，不發(fā)生作用。機(jī)組出力目標(biāo)變化時(shí)，BD 指令以一定速率投入到燃料、通風(fēng)、給水、減溫水等系統(tǒng)，加速各子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)。在機(jī)組出力即將到達(dá)目標(biāo)值時(shí)，BD 指令以一定的速率快速切除，當(dāng)機(jī)組出力達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，BD 指令完全切除。所以BD 指令只在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)起作用，加強(qiáng)各調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)功能，在穩(wěn)態(tài)時(shí)不對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響[2-4]。

圖1 鍋爐主控控制邏輯

機(jī)組變負(fù)荷開(kāi)始瞬間，鍋爐主控負(fù)荷前饋回路邏輯按變負(fù)荷速率及當(dāng)前負(fù)荷工況點(diǎn)加入一定量超前預(yù)給煤前饋值。為了保證在新的高速率變負(fù)荷調(diào)頻模式下，確保機(jī)組在高、低負(fù)荷工況點(diǎn)的機(jī)組安全運(yùn)行，對(duì)高、低工況下的前饋系數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化修正，盡量避免出現(xiàn)機(jī)組高負(fù)荷超壓、低負(fù)荷燃燒不穩(wěn)的情況。鍋爐主控動(dòng)態(tài)前饋如圖1 所示，動(dòng)態(tài)前饋增減負(fù)荷函數(shù)優(yōu)化如下表1、表2 所示。

3.1.3 機(jī)組負(fù)荷指令反向延時(shí)回路優(yōu)化

調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)下的AGC 指令隨機(jī)性很強(qiáng)，具有變化頻繁、反向隨機(jī)、幅度不一等特點(diǎn)，當(dāng)負(fù)荷指令過(guò)于頻繁反向變化時(shí)對(duì)機(jī)組主汽溫控制是一個(gè)很大的考驗(yàn)。實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷大幅度反向且頻繁變化后主汽溫會(huì)急劇下降或突升現(xiàn)象，給機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)比較大的安全隱患。為此優(yōu)化機(jī)組反向延時(shí)自適應(yīng)判斷回路，對(duì)超過(guò)一定門檻值的反向延時(shí)進(jìn)行一定程度的滯后處理，以增加機(jī)組的運(yùn)行可靠性。優(yōu)化后的邏輯如圖2 所示，該邏輯對(duì)超過(guò)100 MW 門檻值的機(jī)組反向指令進(jìn)行了一定的滯后處理，保證了機(jī)組的響應(yīng)特性和安全。

表1 動(dòng)態(tài)前饋增負(fù)荷F(x)參數(shù)

表2 動(dòng)態(tài)前饋減負(fù)荷F(x)參數(shù)

3.1.4 機(jī)組滑壓曲線優(yōu)化

傳統(tǒng)控制下為減少汽機(jī)閥位節(jié)流損失，一般都將汽機(jī)閥位處于全開(kāi)或盡量開(kāi)大的位置。調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)下的機(jī)組AGC 指令變化頻繁，若讓汽機(jī)閥位開(kāi)得過(guò)大會(huì)導(dǎo)致調(diào)門容易進(jìn)入空行程期，極大影響機(jī)組的負(fù)荷跟隨性，降低了機(jī)組的綜合調(diào)頻K值，因此需優(yōu)化滑壓曲線避免機(jī)組調(diào)門開(kāi)得過(guò)大而無(wú)調(diào)節(jié)裕量[5-7]。

3.1.5 機(jī)組給水BIR 慣性優(yōu)化

原機(jī)組給水BIR 慣性時(shí)間是按常規(guī)AGC 優(yōu)化速率下的前饋加煤速率設(shè)置的，但新調(diào)頻模式下的機(jī)組變負(fù)荷速率加快了很多。為了盡可能提高K1值，需對(duì)給水慣性時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整以匹配最新的燃料速率，最大程度地避免機(jī)組在快速變負(fù)荷工況下的汽溫突變。優(yōu)化的參數(shù)如下表3 所示。

圖2 負(fù)荷指令反向延時(shí)邏輯

表3 給水BIR 慣性時(shí)間函數(shù)優(yōu)化

3.2 提高K2 值優(yōu)化

考慮到鍋爐存在較大的慣性遲延[8-9](燃料量的變化到釋放熱量最終蒸發(fā)量的改變存在2～4 min 不等的延時(shí))，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)一般都設(shè)置了汽機(jī)主控負(fù)荷響應(yīng)等待時(shí)間且為一固定值，機(jī)組原等待時(shí)間由固定的三個(gè)17 s 慣性時(shí)間構(gòu)成。調(diào)頻服務(wù)新形勢(shì)下的負(fù)荷指令波動(dòng)幅度都是隨機(jī)不可預(yù)知，如果每次不管負(fù)荷變化量大小均要等待固定的時(shí)間勢(shì)必會(huì)影響K2值，最終降低綜合K值，因此優(yōu)化策略為根據(jù)機(jī)組AGC 負(fù)荷變動(dòng)量自適應(yīng)匹配機(jī)組等待時(shí)間。如果是小負(fù)荷變動(dòng)可以利用機(jī)組蓄熱快速滿足變負(fù)荷需求提高K2，當(dāng)負(fù)荷幅度比較大時(shí)再進(jìn)行適當(dāng)延時(shí)等待。優(yōu)化前慣性時(shí)間邏輯如圖3 所示，優(yōu)化后自適應(yīng)慣性時(shí)間邏輯如圖4 所示。圖4 中自適應(yīng)函數(shù)F(x)參數(shù)如下表4 所示。

圖3 慣性時(shí)間邏輯

圖4 優(yōu)化后邏輯

3.3 提高K3 值優(yōu)化

常規(guī)AGC 指標(biāo)要求不高，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)考慮到為了確保機(jī)組變負(fù)荷工況下的穩(wěn)定安全運(yùn)行，一般機(jī)組協(xié)調(diào)控制都設(shè)置一定的壓力拉回回路以確保機(jī)組的能量需求平衡。機(jī)組原邏輯也設(shè)置了該回路且原定值設(shè)置比較保守，但新調(diào)頻模式下的機(jī)組變負(fù)荷的精度由專門的K3值體現(xiàn)，對(duì)變負(fù)荷的動(dòng)態(tài)品質(zhì)提出了較高要求，若不對(duì)原邏輯回路進(jìn)行調(diào)整則經(jīng)常出現(xiàn)因壓力偏差大的時(shí)候機(jī)組邏輯優(yōu)先保證壓力而不跟蹤機(jī)組負(fù)荷指令的拉回現(xiàn)象。因此需要優(yōu)化主汽壓解耦回路，設(shè)置一定的主汽壓拉回死區(qū)，避免需要時(shí)時(shí)刻刻修正機(jī)組負(fù)荷指令影響調(diào)節(jié)精度。壓力拉回控制邏輯如下圖5 所示。

表4 自適應(yīng)函數(shù)F(x)參數(shù)

圖5 壓力拉回回路控制邏輯

4 結(jié)論

通過(guò)值長(zhǎng)向調(diào)度申請(qǐng)進(jìn)行機(jī)組連續(xù)8 hK值測(cè)試后，機(jī)組的調(diào)頻綜合K值8 h均值達(dá)到了0.867 5，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目標(biāo)。

在對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)針對(duì)調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)新技術(shù)要求優(yōu)化后，提高了機(jī)組AGC 負(fù)荷調(diào)節(jié)能力，極大地改善了機(jī)組的負(fù)荷控制品質(zhì)。經(jīng)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)優(yōu)化后，機(jī)組實(shí)際調(diào)頻速率(K1)明顯提高、調(diào)頻響應(yīng)延時(shí)時(shí)間(K2)縮短，調(diào)頻精度(K3)提高，與優(yōu)化前對(duì)比，AGC 綜合調(diào)頻性能指標(biāo)K值提升明顯，AGC 輔助調(diào)頻日中標(biāo)率提高90 %以上，甚至有時(shí)可以全天24h 全中標(biāo)，為機(jī)組調(diào)頻服務(wù)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)打下了良好基礎(chǔ)并產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了預(yù)期效果。