鄭怡慧 李登峰

（晉能控股山西電力股份有限公司侯馬熱電分公司，山西 臨汾 043000）

0 引言

電網(wǎng)對并網(wǎng)機組一次調(diào)頻考核指標(biāo)的計算和判定是基于電廠PMU裝置上傳的頻率信號和功率信號進行的，但發(fā)生一次調(diào)頻時，電網(wǎng)頻率會優(yōu)先于調(diào)節(jié)指令的變化，此時要求汽機調(diào)門快速動作，及時響應(yīng)電網(wǎng)需求，所以信號源的準(zhǔn)確性和汽輪機閥門動作的快速性是關(guān)鍵。而汽輪機轉(zhuǎn)速差作為一次調(diào)頻的源信號，存在精度低、測量滯后等問題，嚴(yán)重影響一次調(diào)頻的快速和準(zhǔn)確動作，并且會增加一次調(diào)頻不必要的動作次數(shù)，無法保證一次調(diào)頻性能指標(biāo)滿足要求?；诖?，本文對一次調(diào)頻性能指標(biāo)展開深入研究并提出解決方案，具有很高的應(yīng)用價值。

1 火力發(fā)電機組一次調(diào)頻原理

1.1 一次調(diào)頻函數(shù)

一次調(diào)頻采用開環(huán)控制，一次調(diào)頻函數(shù)發(fā)生器作為基礎(chǔ)控制器，其原理圖如圖1所示。

圖1 一次調(diào)頻函數(shù)發(fā)生器

在圖1中，±Δf1之間為死區(qū)，范圍[-0.033Hz，0.033Hz]，在死區(qū)內(nèi)，一次調(diào)頻不動作。

當(dāng)頻率偏差超出死區(qū)后，一次調(diào)頻根據(jù)一次調(diào)頻函數(shù)發(fā)生器指令動作，當(dāng)調(diào)節(jié)功率達到最大值±ΔPmax時，一次調(diào)頻不再繼續(xù)動作[1]。其中，±ΔPmax與火力發(fā)電機組容量有關(guān)。

1.2 一次調(diào)頻重要參數(shù)

（1）一次調(diào)頻死區(qū)范圍為[-0.033 Hz，0.033 Hz]或[-2 r/min，2 r/min]。

（2）一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速不等率為4.5～5，其越小調(diào)節(jié)性能越好。

（3）一次調(diào)頻功率最大值±ΔPmax與機組容量有關(guān)，具體如表1所示。

表1 一次調(diào)頻最大值數(shù)據(jù)

（4）每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差對應(yīng)功率=PN/150。最大轉(zhuǎn)速偏差=±（ΔPmax/每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差對應(yīng)功率+2），具體如表2所示。

表2 最大轉(zhuǎn)速偏差和功率/轉(zhuǎn)差數(shù)據(jù)

1.3 一次調(diào)頻機組動作邏輯

（1）為快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化，一次調(diào)頻需要快速準(zhǔn)確動作。在汽輪機側(cè)DEH中，檢測到頻率差或轉(zhuǎn)速差超出死區(qū)后，一次調(diào)頻函數(shù)發(fā)生器發(fā)出功率指令，經(jīng)過限幅后直接疊加在閥門流量指令上，直接驅(qū)動高壓調(diào)節(jié)門，減少運算時間，進而實現(xiàn)快速動作[2]。具體邏輯如圖2所示。

圖2 一次調(diào)頻DEH側(cè)邏輯

（2）為防止汽輪機側(cè)DEH動作之后，CCS側(cè)功率指令和實際功率出現(xiàn)偏差進行反向調(diào)節(jié)，影響一次調(diào)頻性能指標(biāo)，在CCS投入的情況下，將一次調(diào)頻動作功率限幅后疊加到CCS負(fù)荷指令。一是防止CCS反向調(diào)節(jié)功率；二是通過鍋爐主控調(diào)節(jié)主汽壓力，使鍋爐側(cè)能夠響應(yīng)汽機側(cè)由于一次調(diào)頻帶來的主汽壓力變化，達到快速穩(wěn)定的效果[2]。具體邏輯如圖3所示。

圖3 一次調(diào)頻CCS側(cè)邏輯

2 一次調(diào)頻優(yōu)化方法

2.1 信號源測量裝置

對PMU裝置、電網(wǎng)一次調(diào)頻考核數(shù)據(jù)和發(fā)電廠一次調(diào)頻動作數(shù)據(jù)進行比較，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 一次調(diào)頻動作時間數(shù)據(jù)

通過對數(shù)據(jù)的比較，發(fā)現(xiàn)PMU測量的頻率出死區(qū)與電網(wǎng)考核數(shù)據(jù)的起始時間一致，而轉(zhuǎn)速偏差出死區(qū)平均有6.25 s延遲，必然會影響一次調(diào)頻前15 s出力響應(yīng)指數(shù)。為保證信號源的準(zhǔn)確性，將轉(zhuǎn)速偏差更換為頻 率偏差。頻率測量裝置與PMU裝置的取源點必須相同，測量精度＜±0.002 Hz，要求輸出三路模擬量頻率信號和一路數(shù)字量頻率超限信號，分別送至DEH和CCS側(cè)，用于一次調(diào)頻動作的信號源。

2.2 一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化

（1）增加一次調(diào)頻動作前饋，提高一次調(diào)頻前15 s和前30 s出力響應(yīng)指數(shù)。在小頻率差擾動下，一次調(diào)頻函數(shù)轉(zhuǎn)換出的功率指令幅度小、不穩(wěn)定，由于功率指令和閥門指令的運算、高壓調(diào)節(jié)門伺服動作以及油動機和閥門的機械特性，機組實發(fā)功率變化小，無法滿足一次調(diào)頻前15 s和前30 s的出力響應(yīng)指數(shù)。通過分析頻率測量裝置越限信號，發(fā)現(xiàn)對其進行信號處理后，能夠準(zhǔn)確判斷出一次調(diào)頻是否應(yīng)該動作。在一次調(diào)頻動作時，增加前饋分量疊加到閥門流量指令中，能夠快速響應(yīng)一次調(diào)頻動作，提高一次調(diào)頻前15 s和前30 s的出力響應(yīng)指數(shù)。具體邏輯如圖4所示。

圖4 一次調(diào)頻動作前饋邏輯

（2）增加快動緩回功能，提高一次調(diào)頻電量貢獻率指數(shù)。由于頻率信號不穩(wěn)定，頻率差變化幅度大，無法維持最大頻率差對應(yīng)負(fù)荷功率。通過限制頻率差變化的速度，增加最大頻率差的維持時間[3]。具體為：頻率差為正偏差且大于0.033 Hz時，限制其下降速率；頻率差為負(fù)偏差且小于-0.033 Hz時，限制其上升速率。具體邏輯（以新華DEH為例）如圖5所示。

圖5 一次調(diào)頻快動緩回邏輯

3 應(yīng)用效果

以山西某電廠300 MW亞臨界機組一次調(diào)頻為例，未采用本文方法進行優(yōu)化前，電網(wǎng)8月性能考核數(shù)據(jù)如表4所示。

表4 優(yōu)化前一次調(diào)頻性能指標(biāo)數(shù)據(jù)

通過更換頻率測量裝置、增加一次調(diào)頻前饋和快動緩回功能，機組一次調(diào)頻性能指標(biāo)有了質(zhì)的提升，電網(wǎng)9月考核數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 優(yōu)化后一次調(diào)頻性能指標(biāo)數(shù)據(jù)

通過對優(yōu)化前后數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn)，一次調(diào)頻性能指標(biāo)合格率，前15 s和前30 s響應(yīng)指數(shù)合格率達到90%，較優(yōu)化前提升70%；電量貢獻指標(biāo)合格率達到70%，較優(yōu)化前提升60%，能夠很好地滿足華北電網(wǎng)一次調(diào)頻性能要求。

4 結(jié)語

針對火力發(fā)電機組存在一次調(diào)頻性能指標(biāo)合格率低的問題，采取了更換頻率測量裝置、增加一次調(diào)頻前饋和快動緩回邏輯等措施。優(yōu)化后，一次調(diào)頻三個性能指標(biāo)均有明顯提升，達到了電網(wǎng)的要求，并且大幅減少了一次調(diào)頻性能考核，實現(xiàn)了火力發(fā)電機組一次調(diào)頻優(yōu)化的效果。