200MW機組一次調頻存在的問題和解決辦法

摘要：文章通過對下花園發電公司200MW機組一次調頻控制中存在的問題和解決辦法的介紹，通過幾種不同投入方式的試驗和分析，表明“CCS+DEH”方式的調節性能較好，是目前投入一次調頻功能的最優方式。

關鍵詞：一次調頻；功率閉環；前饋回路；調門流量特性

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）16-0119-03

下花園電廠200MW燃煤機組，鍋爐為上海鍋爐廠制造的670t/h中間再熱自然循環亞臨界汽包鍋爐；汽輪機是東方汽輪機廠制造的N200-13.4/538/538型凝汽式汽輪機；DCS系統采用日立公司的HIACS5000型分散控制系統。現投入一次調頻運行良好。

1 下花園電廠機組一次調頻存在的問題

下花園電廠200MW機組在DCS系統中設計有一次調頻功能，但是由于一次調頻系統存在以下問題，一次調頻功能自機組投入運行以來都沒有正常投入。此次我們利用機組停備機會徹底解決這些問題，以滿足電網對電廠調頻的需要。

（1）功率閉環回路存在問題使機組出現反調。

（2）前饋回路存在問題使低負荷調頻效果較差。

（3）調門流量特性流量曲線是非線性的。

2 針對以上問題提出解決辦法

第一，針對問題（1）通過實驗我們發現問題是在DEB協調運行方式下，一次調頻滿足動作條件時，調速系統立即動作，壓力控制回路對壓力偏差進行迅速調節，一次調頻動作指令與輸出的綜合閥位指令方向相反。如圖1為未進行調節級壓力定值補償的一次調頻動作情況，可看出調節級壓力回路的輸出、調節級壓力和負荷均有明顯的反調。

解決的方法：將頻率作為前饋信號引入協調功率協調控制器經過對壓力定值的前饋調整，使得在調頻作用時，機前壓力定值能隨網頻變化而變化。如圖2加入了調節級壓力定值補償的一次調頻動作情況，可看出調節級壓力回路的輸出、調節級壓力和負荷均能持續，調頻效果明顯改善，如圖3。

第二，針對問題（2）調速側前饋回路存在的問題使低負荷調頻效果較差，我們通過實驗發現設計一次調頻時，一般是根據機組運行的額定參數進行設計的，因此當主汽壓力低于額定壓力時，相同的頻差觸發的調頻閥位增量，不能響應成相同的調頻負荷，因此，需要對主汽壓力進行校正，以達到調頻負荷響應的準確性。如圖4無機前壓力修正環節。

解決的方法：我們在前饋回路增加機前壓力補償環節。加入壓力補償后，綜合閥位指令增量加大，一個階越后負荷調頻負荷就響應到位，CCS校正回路也保持這一綜合閥位指令，直到調頻結束。如圖5前饋回路增加機前壓力補償。

第三，針對問題（3）調門流量特性流量曲線是非線性的使得調門不能很好地響應指令的變化，這是我們通過長期運行觀察發現的3個問題。

（1）閥門調頻增量不足，速度變動率實際設計過大。

（2）順閥運行方式，工作在閥間切換工況時，調頻效果差。

（3）順閥運行方式，閥門特性較差，調頻效果差。

解決的辦法：我們根據上述公式對高調門進行整定，使閥門特性趨于線形。閥門整定前后特性如圖6、圖7所示。

3 對上述問題解決后對一次調頻功能做整體試驗

在設置好DEH系統及CCS系統中一次調頻的相應參數后，可以分以下3種情況進行了一次調頻的試驗：（1）DEH側投入；（2）CCS側投入；（3）“CCS+DEH”方式。因此我們對這三種方式進行分析。一次調頻試驗采取在DCS系統中強置信號的方法進行。

如圖8a所示，在DEH系統單側投入一次調頻，此時DEH處于本機控制方式。人為地給機組加入+15r/min轉速的階躍擾動，與DEH負荷給定值疊加后經調壓力回路修正、功率回路，最后由閥門控制程序輸出汽輪機調門的開度信號，改變機組負荷。功率由180MW穩定在165MW，時間為2分鐘，調節過程存在一定的超調現象。主汽壓力由13.3MPa到穩定在13.5MPa也出現了小幅的升高。

如圖8b所示，在CCS系統一側投入一次調頻時，這時機組CSS投入，DEH處于遠控狀態，機組目標負荷不變，負荷180MW。此時負荷變化相對緩慢，一次調頻動作時間為5分鐘。

如圖8c所示，在DEH系統和CCS系統一起投入一次調頻，機組處于CCS方式運行，負荷180MW，在DCS工程師站加入-15r/min轉速的階躍擾動。此時DEH側一次調頻是純比例調節，調門的流量特性曲線及主汽壓力決定了負荷的變化。機組功率從180MW上升穩定于195MW，時間為3分鐘，在這個過程中主汽壓由13.5MPa下降到13.2MPa。

由上述模擬實驗結論可得出：一次調頻只在DEH側的方式動作時間最短，卻有一定的超調量；一次調頻只在CCS側的方式動作時間最長，負荷變化相對緩慢；一次調頻在“CCS+DEH”方式下具有以上兩種方式的特點，即機組主汽壓力相對穩定，一次調頻具有很快的響應速度。

4 結語

從近年來投入一次調頻功能運行狀況來看，一次調頻運行狀況良好，能夠滿足電網的要求。所以功率閉環回路、前饋回路、調門流量特性流量曲線是電廠一次調頻最為重要的三個部分，我們只要解決好上述三方面的問題，一次調頻就能發揮電網調節的作用。

參考文獻

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