600MW超臨界機(jī)組一次調(diào)頻控制邏輯優(yōu)化

蔡建飛，李萬軍，王 軍

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232082)

600MW超臨界機(jī)組一次調(diào)頻控制邏輯優(yōu)化

蔡建飛，李萬軍，王 軍

(淮滬煤電有限公司田集發(fā)電廠，安徽 淮南 232082)

針對(duì)傳統(tǒng)一次調(diào)頻控制策略中存在的控制滯后、影響機(jī)組穩(wěn)定性等調(diào)頻能力的不足，提出了測(cè)頻系統(tǒng)設(shè)備改進(jìn)及邏輯控制策略優(yōu)化方案，提高了測(cè)頻精度和控制準(zhǔn)確度，在保證充足調(diào)頻電量的前提下，提高了主汽壓力、功率等參數(shù)的穩(wěn)定性，保障了機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

一次調(diào)頻；頻差；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速；快動(dòng)慢回；快動(dòng)緩回

0 引言

一次調(diào)頻，是指電網(wǎng)的頻率一旦偏離額定值時(shí)，電網(wǎng)中機(jī)組的控制系統(tǒng)就自動(dòng)地控制機(jī)組有功功率的增減，限制電網(wǎng)頻率變化，使電網(wǎng)頻率維持穩(wěn)定的自動(dòng)控制過程。

目前，絕大多數(shù)電廠的一次調(diào)頻控制采用CCS(Coordinated Control Systems，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng))+DEH(Digital Electric Hydraulic Control Systems，數(shù)字電液控制系統(tǒng)）聯(lián)合方式，依據(jù)汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速信號(hào)來判斷電網(wǎng)頻率是否超限。這存在滯后性，不僅影響一次調(diào)頻動(dòng)作的及時(shí)性，還易引起汽輪機(jī)調(diào)門晃動(dòng)，造成主汽壓力波動(dòng)和負(fù)荷偏差較大，進(jìn)而影響機(jī)組的運(yùn)行。

1 機(jī)組概況

某發(fā)電廠1期工程建設(shè)2×600 MW超臨界機(jī)組，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產(chǎn)的超臨界參數(shù)變壓運(yùn)行螺旋管圈直流爐，為單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結(jié)構(gòu)Π型、露天布置燃煤鍋爐。汽輪機(jī)為上海汽輪機(jī)廠有限公司生產(chǎn)的超臨界、一次中間再熱三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機(jī)。1，2號(hào)機(jī)組分別于2007年7月和10月投入商業(yè)運(yùn)行，DCS(Distributed Control System，分布式控制系統(tǒng))采用上海西屋控制系統(tǒng)有限公司基于UNIX操作系統(tǒng)開發(fā)的OVATION1.7.2分散控制系統(tǒng)。

該發(fā)電廠輸送線路接入的是容量大的特高壓線路，一次調(diào)頻動(dòng)作對(duì)每臺(tái)機(jī)組要求的積分電量也相應(yīng)較多，有必要對(duì)一次調(diào)頻方案進(jìn)行優(yōu)化，幫助電網(wǎng)頻率快速恢復(fù)。

2 優(yōu)化方案

2.1 測(cè)量系統(tǒng)改進(jìn)

傳統(tǒng)一次調(diào)頻系統(tǒng)控制信號(hào)采用汽輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速信號(hào)，鑒于轉(zhuǎn)速信號(hào)的滯后性，新控制策略決定采用頻率信號(hào)。

為確保系統(tǒng)的可靠運(yùn)作，新測(cè)量系統(tǒng)配置3套頻率測(cè)量裝置，以確保“三取二”頻率采樣源的安全裕量。每套頻率測(cè)量裝置支持3路以上4—20 mA模擬信號(hào)的輸出，并支持3路以上數(shù)字信號(hào)的輸出，測(cè)量精度達(dá)到0.000 1 Hz。

測(cè)量系統(tǒng)同時(shí)配置了2臺(tái)冗余衛(wèi)星主時(shí)鐘，確保動(dòng)作時(shí)間與電網(wǎng)一致。測(cè)頻工作原理如圖1所示。

圖1 測(cè)頻工作原理示意

2.2 邏輯控制方案優(yōu)化

一次調(diào)頻原控制方案為CCS+DEH聯(lián)合方式，其原理如圖2所示。一次調(diào)頻負(fù)荷指令跟隨汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)變化，并直接作用于汽輪機(jī)調(diào)門，導(dǎo)致汽輪機(jī)調(diào)門晃動(dòng)，引起機(jī)組主汽壓力、負(fù)荷等參數(shù)的振蕩。

針對(duì)傳統(tǒng)控制方案存在的問題，優(yōu)化方案取消了DEH側(cè)的一次調(diào)頻指令，將其轉(zhuǎn)移至CCS側(cè)，作為汽輪機(jī)主控回路中PID輸出的前饋，以達(dá)到一次調(diào)頻快速動(dòng)作的目的。一次調(diào)頻的功率變化應(yīng)設(shè)置在功率指令處理的“功率變化率”和“功率上下限”之間，這樣既可以實(shí)現(xiàn)快速變負(fù)荷，又能保證機(jī)組的發(fā)電功率控制在允許范圍內(nèi)。當(dāng)一次調(diào)頻與AGC變化方向不一致時(shí)，應(yīng)優(yōu)先執(zhí)行一次調(diào)頻動(dòng)作。

通過設(shè)計(jì)方向閉鎖邏輯，避免汽輪機(jī)主控出現(xiàn)與電網(wǎng)頻率恢復(fù)方向反向的操作，即電網(wǎng)頻率高時(shí)閉鎖汽輪機(jī)主控指令繼續(xù)增大，電網(wǎng)頻率低時(shí)閉鎖汽輪機(jī)主控指令繼續(xù)減小。根據(jù)閉鎖值的大小決定采用快動(dòng)慢回還是快動(dòng)緩回方案，若閉鎖值的設(shè)定值為±0.033 Hz，采用快動(dòng)慢回方案；若設(shè)定值絕對(duì)值低于0.033 Hz，則采用快動(dòng)緩回方案。當(dāng)閉鎖值的設(shè)定值為0.020 Hz時(shí)，快動(dòng)緩回方案下可以得到較多的積分電量，有效避免一次調(diào)頻連續(xù)動(dòng)作導(dǎo)致調(diào)門連續(xù)晃動(dòng)的現(xiàn)象。優(yōu)化后協(xié)調(diào)方式下的一次調(diào)頻作用原理如圖3所示。

優(yōu)化方案中，在一次調(diào)頻變負(fù)荷時(shí)減弱對(duì)給水分離器溫度的修正作用。在保證安全的范圍內(nèi)，對(duì)給水分離器溫度調(diào)節(jié)器的入口偏差進(jìn)行智能處理，設(shè)置不同的調(diào)節(jié)死區(qū)，即在一定偏差范圍內(nèi)不讓修正回路出現(xiàn)反向動(dòng)作。減溫水回路同樣如此，給主汽溫度設(shè)置不同的調(diào)節(jié)死區(qū)，電網(wǎng)頻率高時(shí)，閉鎖減溫水調(diào)門開；電網(wǎng)頻率低時(shí)，閉鎖減溫水調(diào)門關(guān)。

圖2 傳統(tǒng)一次調(diào)頻方案控制原理

圖3 優(yōu)化后協(xié)調(diào)方式下的一次調(diào)頻作用原理

同時(shí)，優(yōu)化方案考慮到不同的負(fù)荷階段鍋爐蓄熱能量的不同，設(shè)計(jì)了不同負(fù)荷階段下對(duì)應(yīng)的不同增益，提高調(diào)頻效率，以得到合理情況下的較大積分電量，保障電網(wǎng)頻率快速恢復(fù)。

3 優(yōu)化方案實(shí)施

根據(jù)以上方案對(duì)該發(fā)電廠1期工程2號(hào)機(jī)組進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后，轉(zhuǎn)速與頻率實(shí)時(shí)趨勢(shì)比較如圖4所示。從圖中可以看出，頻率的變化比汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速更及時(shí)，且其峰值比汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速高。

圖4 轉(zhuǎn)速與頻率實(shí)時(shí)趨勢(shì)比較

采用優(yōu)化方案的快動(dòng)緩回策略后，一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，實(shí)際功率與負(fù)荷指令的動(dòng)作趨勢(shì)如圖5所示。從圖中可以看出，一次調(diào)頻共動(dòng)作了2次，由于采取的是快動(dòng)緩回策略，在方向閉鎖的作用下，負(fù)荷指令雖然已恢復(fù)，但實(shí)際功率并未恢復(fù)，直至第2次動(dòng)作結(jié)束，電網(wǎng)頻率恢復(fù)至正常值時(shí)才恢復(fù)，因而有效地避免了調(diào)門的來回震蕩，并得到了較多的積分電量。

對(duì)1，2號(hào)機(jī)組在一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行了匯總，比較結(jié)果如表1所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，1號(hào)機(jī)有2次動(dòng)作的積分電量達(dá)到電網(wǎng)要求(華東電網(wǎng)60 %，皖電東送80 %)，而2號(hào)機(jī)組的積分電量都在100 %以上，且汽輪機(jī)調(diào)門的動(dòng)作幅度較小。

由此可見，優(yōu)化后的方案有效地避免了汽輪機(jī)調(diào)門的振蕩，保證了主汽壓力和機(jī)組功率等參數(shù)的相對(duì)穩(wěn)定。

圖5 優(yōu)化后一次調(diào)頻動(dòng)作趨勢(shì)

4 結(jié)束語

針對(duì)傳統(tǒng)一次調(diào)頻方案中存在的控制滯后、主參數(shù)波動(dòng)及偏差大等問題，對(duì)測(cè)頻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備改造，并優(yōu)化了調(diào)頻控制邏輯，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果，有力地保障了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，有利于電網(wǎng)頻率的快速恢復(fù)。

表1 1，2號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻性能比較

1 林文孚，胡 燕.單元機(jī)組自動(dòng)控制技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2007.

2 朱北恒.火電廠熱工自動(dòng)化系統(tǒng)試驗(yàn)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

3 張玉鐸，王滿稼.熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].北京：水利電力出版社，1984.

4 張朝陽，李衛(wèi)華，宋兆星.600 MW超臨界直流爐機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)策略[J].華北電力技術(shù)，2007，35(1)：24-28.

5 沈叢奇，歸一數(shù)，程際云，等.快動(dòng)緩回一次調(diào)頻策略[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2015，39(13)：159-162.

6 陳仕剛.一次調(diào)頻反調(diào)及CCS負(fù)荷反調(diào)波動(dòng)大的原因分析[J].電力安全技術(shù)，2013，15(8)：7-10.

2016-12-27。

蔡建飛(1982—)，男，工程師，從事熱控程控點(diǎn)檢工作，email：caijian4554@sina.com。

李萬軍(1980—)，男，工程師，從事熱控技術(shù)管理工作。

王 軍(1984—)，女，助理工程師，從事熱控程控點(diǎn)檢工作。