王英強(qiáng),王 凱,張?jiān)~赟,徐 兵

(1.國(guó)能(綏中)發(fā)電有限責(zé)任公司,遼寧 葫蘆島 125222;2.遼寧東科電力有限公司,遼寧 沈陽(yáng) 110179)

0 引言

在配合“雙碳”戰(zhàn)略實(shí)施中,大力發(fā)展新能源電力已是大勢(shì)所趨。由于風(fēng)資源的波動(dòng)、風(fēng)力機(jī)調(diào)峰能力弱,風(fēng)電出力存在隨機(jī)波動(dòng)性和反調(diào)峰特性[1];太陽(yáng)能光伏發(fā)電嚴(yán)重依賴光照強(qiáng)度,存在天然的不確定性和間歇性[2],可再生能源存在的反調(diào)峰和不確定性,拉大了負(fù)荷的峰谷差,源荷雙重壓力加大了電力系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻負(fù)擔(dān)[3]。以燃煤發(fā)電為主體的基礎(chǔ)能源電力的調(diào)峰能力將直接決定風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電等可再生能源的發(fā)展空間,進(jìn)而影響我國(guó)節(jié)能減排事業(yè)以及碳達(dá)峰、碳中和國(guó)家戰(zhàn)略的順利實(shí)施。因此,大量間歇性新能源電力并網(wǎng)必將迫使燃煤發(fā)電機(jī)組全面參與深度調(diào)峰[4]。

GB/T 40595—2021《并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗(yàn)導(dǎo)則》(以下簡(jiǎn)稱新標(biāo)準(zhǔn))的實(shí)施,對(duì)火電機(jī)組一次調(diào)頻功能提出了更高要求:在擴(kuò)展了試驗(yàn)負(fù)荷范圍的同時(shí),也將重心調(diào)整為重點(diǎn)考察大頻差下一次調(diào)頻功能的響應(yīng)效果。此外,針對(duì)200～350 MW的火電機(jī)組,一次調(diào)頻最大調(diào)整幅度也有所提升。這一系列調(diào)整體現(xiàn)了調(diào)頻調(diào)峰是現(xiàn)階段火電機(jī)組的重要職能。

按照新標(biāo)準(zhǔn)的要求,遼寧省額定容量在200～350 MW的火電機(jī)組,一次調(diào)頻試驗(yàn)功率變化幅度按照10%額定功率執(zhí)行[5]。由于《東北區(qū)域電力運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》和《東北區(qū)域電力輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》(以下簡(jiǎn)稱兩個(gè)細(xì)則)中并未針對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)做出相應(yīng)調(diào)整,一次調(diào)頻考核標(biāo)準(zhǔn)中變化幅度參數(shù)依舊為8%額定功率[6],因此在其負(fù)荷范圍的火電機(jī)組,在開(kāi)展一次調(diào)頻試驗(yàn)過(guò)程中需要調(diào)整相應(yīng)參數(shù),以滿足最新標(biāo)準(zhǔn)的要求。

1 一次調(diào)頻試驗(yàn)參數(shù)的修改

某額定負(fù)荷為300 MW的火電機(jī)組,根據(jù)兩個(gè)細(xì)則要求,一次調(diào)頻最大調(diào)整幅度為8%額定功率。按照新標(biāo)準(zhǔn)要求,試驗(yàn)開(kāi)展前需要對(duì)控制邏輯參數(shù)進(jìn)行修改。主要調(diào)整內(nèi)容如下。

a.一次調(diào)頻功率補(bǔ)償函數(shù)

根據(jù)機(jī)組一次調(diào)頻功率補(bǔ)償量計(jì)算公式推導(dǎo)可知(見(jiàn)式1),當(dāng)變化幅度提升至10%額定負(fù)荷時(shí),對(duì)應(yīng)的一次調(diào)頻最大頻差將由14 r/min調(diào)整為17 r/min。因此一次調(diào)頻功能中轉(zhuǎn)差/頻差-調(diào)頻補(bǔ)償負(fù)荷函數(shù)需進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

ΔP=Pe×(Δn-Δ)/(ne×δ)

(1)

式中:ΔP為一次調(diào)頻功率補(bǔ)償量;Pe為機(jī)組額定功率;Δn為轉(zhuǎn)速偏差(機(jī)組轉(zhuǎn)速與3000 r/min之差);Δ為轉(zhuǎn)差死區(qū);ne為機(jī)組額定轉(zhuǎn)速;δ為轉(zhuǎn)速不等率。

機(jī)組一次調(diào)頻控制由電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)共同完成。即在DEH內(nèi)完成額定轉(zhuǎn)速與汽輪機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速之差(轉(zhuǎn)差)通過(guò)一定函數(shù)計(jì)算后直接動(dòng)作調(diào)門;在CCS內(nèi)完成一次調(diào)頻動(dòng)作后對(duì)功率目標(biāo)值進(jìn)行補(bǔ)償,保證機(jī)組負(fù)荷滿足電網(wǎng)要求。如數(shù)據(jù)通信采用的是轉(zhuǎn)差/頻差信號(hào),在DEH和CCS中均需要進(jìn)行函數(shù)調(diào)整。如數(shù)據(jù)通信采用的是補(bǔ)償負(fù)荷信號(hào),函數(shù)修改僅在DEH控制系統(tǒng)進(jìn)行即可(如圖1所示)。

圖1 2種通信信號(hào)方式下函數(shù)修改位置

修改后的一次調(diào)頻功率補(bǔ)償函數(shù)見(jiàn)表1,其調(diào)頻范圍與調(diào)頻幅值均有擴(kuò)展,但函數(shù)斜率不變。因此在±14 r/min范圍內(nèi),一次調(diào)頻特性沒(méi)有變化,原有控制參數(shù)不需要改變,而在±(14～17)r/min內(nèi),隨著補(bǔ)償負(fù)荷的增加,原有控制參數(shù)的適用性需結(jié)合實(shí)際調(diào)頻效果進(jìn)行調(diào)整。

表1 修改后的一次調(diào)頻功率補(bǔ)償函數(shù)

b.遙調(diào)投切保護(hù)

遙調(diào)投切回路中設(shè)計(jì)有DEH綜合閥位指令與CCS指令偏差大切除遙調(diào)邏輯。在一次調(diào)頻動(dòng)作初期,DEH側(cè)的前饋起到主導(dǎo)作用,用于提高一次調(diào)頻的響應(yīng)速度與調(diào)整幅度[7]。由于CCS側(cè)的比例積分微分控制(PID)調(diào)整相對(duì)緩慢,將造成兩側(cè)指令偏差增大,當(dāng)保護(hù)限值設(shè)置不合理時(shí),會(huì)導(dǎo)致遙調(diào)切除,退出協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。這不單會(huì)對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻控制品質(zhì)造成影響,也會(huì)降低機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)控制功能的投入率,對(duì)電網(wǎng)的供電品質(zhì)、機(jī)組的發(fā)電能力帶來(lái)影響。

在一次調(diào)頻功率補(bǔ)償函數(shù)修改后,應(yīng)根據(jù)調(diào)整后的最大調(diào)整負(fù)荷核算保護(hù)限值,以確保在試驗(yàn)過(guò)程中或極端情況下,機(jī)組的遙調(diào)控制不因一次調(diào)頻動(dòng)作而退出。

2 問(wèn)題分析

在某額定負(fù)荷為300 MW的火電機(jī)組開(kāi)展一次調(diào)頻試驗(yàn)過(guò)程中,當(dāng)施加-17 r/min轉(zhuǎn)差時(shí),試驗(yàn)開(kāi)展順利,閥門動(dòng)作與響應(yīng)趨勢(shì)滿足預(yù)期,機(jī)組運(yùn)行參數(shù)平穩(wěn)。當(dāng)施加17 r/min轉(zhuǎn)差時(shí),機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)退出,切至汽輪機(jī)跟隨方式運(yùn)行。試驗(yàn)組隨即聯(lián)系運(yùn)行專業(yè),停止試驗(yàn),恢復(fù)強(qiáng)制轉(zhuǎn)速并展開(kāi)問(wèn)題排查。試驗(yàn)曲線如圖2所示。

圖2 某300 MW機(jī)組最大轉(zhuǎn)差試驗(yàn)曲線

圖3 最大轉(zhuǎn)差試驗(yàn)解決方案

根據(jù)經(jīng)驗(yàn),對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中可能切除協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的兩點(diǎn)原因進(jìn)行排查。

首先DEH綜合閥位指令與CCS指令偏差大切除遙調(diào)保護(hù)。考慮到此回路已在試驗(yàn)前進(jìn)行檢查,且在施加-17 r/min轉(zhuǎn)差時(shí)經(jīng)受考驗(yàn),經(jīng)進(jìn)一步計(jì)算核查給與排除。

其次根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn),在開(kāi)展大頻差試驗(yàn)過(guò)程中,隨著試驗(yàn)時(shí)間的推進(jìn),機(jī)組主蒸汽壓力偏差會(huì)逐漸增大,當(dāng)達(dá)到限值時(shí)將切除鍋爐主控,因?yàn)閴毫ζ铍S試驗(yàn)的推進(jìn)逐漸增加,此情況在試驗(yàn)開(kāi)始階段可能性較低。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)期間主蒸汽壓力偏差的觀察,經(jīng)分析排除此項(xiàng)原因。

本臺(tái)機(jī)組采用補(bǔ)償負(fù)荷信號(hào)通信模式,DCS控制系統(tǒng)采用北京國(guó)電智深控制技術(shù)有限公司的EPPF-NT分散控制系統(tǒng),汽輪機(jī)DEH采用GE公司的上海新華控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)間采用硬接線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。通過(guò)對(duì)控制邏輯的再次梳理發(fā)現(xiàn),補(bǔ)償負(fù)荷信號(hào)的量程設(shè)置為±28 MW,在進(jìn)行最大轉(zhuǎn)差試驗(yàn)時(shí),補(bǔ)償負(fù)荷信號(hào)已達(dá)到±30 MW,已超出量程上下限值。在EPPF-NT分散控制系統(tǒng)中,AI測(cè)點(diǎn)超出量程限值后將觸發(fā)品質(zhì)壞信號(hào),而鍋爐主控回路中并未閉鎖補(bǔ)償負(fù)荷信號(hào)的品質(zhì)傳遞,導(dǎo)致此品質(zhì)信號(hào)通過(guò)邏輯傳遞切除鍋爐主控。

由歷史數(shù)據(jù)的分析可見(jiàn),在施加-17 r/min轉(zhuǎn)差時(shí),DCS系統(tǒng)接收到的補(bǔ)償負(fù)荷信號(hào)為27.94 MW,并未達(dá)到模擬量輸入信號(hào)的量程上限。而在施加17 r/min轉(zhuǎn)差時(shí),DCS系統(tǒng)接收到的補(bǔ)償負(fù)荷信號(hào)為-29.91 MW,已超過(guò)模擬量輸入信號(hào)的量程下限,進(jìn)一步證實(shí)了分析的正確性。

3 解決方案

機(jī)組運(yùn)行期間,為確保試驗(yàn)的順利開(kāi)展,除線下安裝方式外,可通過(guò)對(duì)參數(shù)在線調(diào)整來(lái)滿足試驗(yàn)條件。鑒于本臺(tái)機(jī)組DCS和DEH采用2種控制系統(tǒng),且試驗(yàn)完成后一次調(diào)頻控制功能需恢復(fù)原有參數(shù)以滿足網(wǎng)省公司考核細(xì)則要求。因此本次最大轉(zhuǎn)差試驗(yàn),可通過(guò)在線系數(shù)修正的方式開(kāi)展,在避免模擬量輸入信號(hào)觸發(fā)超量程壞質(zhì)量的同時(shí),確保DCS側(cè)功率閉環(huán)目標(biāo)負(fù)荷的準(zhǔn)確性。待機(jī)組停機(jī)檢修期間,再對(duì)此問(wèn)題給予妥善解決。

通過(guò)對(duì)邏輯的梳理,試驗(yàn)組迅速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出解決方案,使試驗(yàn)得以順利進(jìn)行,最終取得良好效果。

4 結(jié)語(yǔ)

電網(wǎng)頻率作為電網(wǎng)安全的重要監(jiān)控指標(biāo)[8],直接影響著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行及用電設(shè)備的使用壽命?；痣姍C(jī)組一次調(diào)頻功能有效彌補(bǔ)電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的滯后性[9]。一次調(diào)頻功能設(shè)計(jì)合理、響應(yīng)及時(shí)、調(diào)控精確,對(duì)提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,增強(qiáng)電網(wǎng)抗事故能力起到積極作用[10]。因此一次調(diào)頻試驗(yàn)對(duì)檢驗(yàn)火電機(jī)組一次調(diào)頻功能具有重要意義。

隨著新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,一次調(diào)頻試驗(yàn)已進(jìn)行相應(yīng)更新,但一次調(diào)頻考核細(xì)則尚未跟進(jìn)調(diào)整,造成現(xiàn)階段此負(fù)荷范圍的火電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行期間不能按照試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)一次調(diào)頻參數(shù),因此在200～350 MW的火電機(jī)組開(kāi)展一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí),需要對(duì)一次調(diào)頻試驗(yàn)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。本文通過(guò)對(duì)300 MW火電機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)過(guò)程的介紹,對(duì)相關(guān)問(wèn)題及處理方法進(jìn)行說(shuō)明,闡述新標(biāo)準(zhǔn)下一次調(diào)頻試驗(yàn)需要調(diào)整的內(nèi)容,為后繼試驗(yàn)的順利開(kāi)展提供借鑒。