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(duì)并網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻考核指標(biāo)的計(jì)算和判定是基于電廠PMU裝置上傳的頻率信號(hào)和功率信號(hào)進(jìn)行的，但發(fā)生一次調(diào)頻時(shí)，電網(wǎng)頻率會(huì)優(yōu)先于調(diào)節(jié)指令的變化，此時(shí)要求汽機(jī)調(diào)門快速動(dòng)作，及時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)需求，所以信號(hào)源的準(zhǔn)確性和汽輪機(jī)閥門動(dòng)作的快速性是關(guān)鍵。而汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速差作為一次調(diào)頻的源信號(hào)，存在精度低、測(cè)量滯后等問(wèn)題，嚴(yán)重影響一次調(diào)頻的快速和準(zhǔn)確動(dòng)作，并且會(huì)增加一次調(diào)頻不必要的動(dòng)作次數(shù)，無(wú)法保證一次調(diào)頻性能指標(biāo)滿足要求?；诖?，本文對(duì)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(jià)值。

1 火力發(fā)電機(jī)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(dòng)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(dòng)作，當(dāng)調(diào)節(jié)功率達(dá)到最大值±ΔPmax時(shí)，一次調(diào)頻不再繼續(xù)動(dòng)作[1]。其中，±ΔPmax與火力發(fā)電機(jī)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(jī)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(duì)應(yīng)功率=PN/150。最大轉(zhuǎn)速偏差=±（ΔPmax/每轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)差對(duì)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(jī)組動(dòng)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(dòng)作。在汽輪機(jī)側(cè)DEH中，檢測(cè)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(guò)限幅后直接疊加在閥門流量指令上，直接驅(qū)動(dòng)高壓調(diào)節(jié)門，減少運(yùn)算時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速動(dòng)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(jī)側(cè)DEH動(dòng)作之后，CCS側(cè)功率指令和實(shí)際功率出現(xiàn)偏差進(jìn)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(dòng)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(guò)鍋爐主控調(diào)節(jié)主汽壓力，使鍋爐側(cè)能夠響應(yīng)汽機(jī)側(cè)由于一次調(diào)頻帶來(lái)的主汽壓力變化，達(dá)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(hào)源測(cè)量裝置

對(duì)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(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)間數(shù)據(jù)

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

2.2 一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化

（1）增加一次調(diào)頻動(dòng)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(dòng)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(yùn)算、高壓調(diào)節(jié)門伺服動(dòng)作以及油動(dòng)機(jī)和閥門的機(jī)械特性，機(jī)組實(shí)發(fā)功率變化小，無(wú)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(guò)分析頻率測(cè)量裝置越限信號(hào)，發(fā)現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行信號(hào)處理后，能夠準(zhǔn)確判斷出一次調(diào)頻是否應(yīng)該動(dòng)作。在一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，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(dòng)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(dòng)作前饋邏輯

（2）增加快動(dòng)緩回功能，提高一次調(diào)頻電量貢獻(xiàn)率指數(shù)。由于頻率信號(hào)不穩(wěn)定，頻率差變化幅度大，無(wú)法維持最大頻率差對(duì)應(yīng)負(fù)荷功率。通過(guò)限制頻率差變化的速度，增加最大頻率差的維持時(shí)間[3]。具體為：頻率差為正偏差且大于0.033 Hz時(shí)，限制其下降速率；頻率差為負(fù)偏差且小于-0.033 Hz時(shí)，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(dòng)緩回邏輯

3 應(yīng)用效果

以山西某電廠300 MW亞臨界機(jī)組一次調(diào)頻為例，未采用本文方法進(jìn)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(guò)更換頻率測(cè)量裝置、增加一次調(diào)頻前饋和快動(dòng)緩回功能，機(jī)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(guò)對(duì)優(yōu)化前后數(shù)據(jù)的對(duì)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(dá)到90%，較優(yōu)化前提升70%；電量貢獻(xiàn)指標(biāo)合格率達(dá)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(yǔ)

針對(duì)火力發(fā)電機(jī)組存在一次調(diào)頻性能指標(biāo)合格率低的問(wèn)題，采取了更換頻率測(cè)量裝置、增加一次調(diào)頻前饋和快動(dòng)緩回邏輯等措施。優(yōu)化后，一次調(diào)頻三個(gè)性能指標(biāo)均有明顯提升，達(dá)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(shí)現(xiàn)了火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻優(yōu)化的效果。