火電廠凝結水調負荷一次調頻策略優化研究

范勇

摘 ? 要：神華重慶萬州港電公司2×1050MW超超臨界機組自投產以來主要采用汽機高壓調門節流調節的協調控制方式，為了提高機組運行經濟性，實現節能減排，采用基于凝結水節流的節能型協調控制系統，實現汽機高壓調門全開或接近全開，同時滿足機組的涉網性能。凝結水節流調負荷是指在機組變負荷時，在凝汽器和除氧器允許的水位變化范圍內，通過改變除氧器上水調節閥的開度，改變凝結水流量，從而改變抽汽量，暫時獲得或釋放一部分機組的負荷，彌補汽機調門全開、負荷響應慢的缺陷，滿足機組變負荷性能要求的同時，實現節能的效果。該控制功能增加了凝結水響應機組變負荷及一次調頻功能的控制邏輯及鍋爐控負荷、汽機控壓力的新協調方式，并在此基礎上增加汽機調門全開功能。通過凝結水側及協調控制邏輯的設計，能夠實現在滿足機組變負荷及一次調頻性能基礎上，達到機組節能的目的。

關鍵詞：一次調頻 ?協調控制 ?控制邏輯

中圖分類號：TM621 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）08（b）-0036-04

1 ?凝結水節流調負荷功能邏輯修改內容

凝結水節流調負荷功能邏輯修改主要包括凝結水側輔助回路邏輯修、新型節能型協調控制回路邏輯兩個部分。兩個部分修改的控制邏輯，僅在凝結水節流調負荷功能投用時有效，當該功能未投用時，仍依原有控制回路進行調節。

1.1 凝結水側輔助回路邏輯

（1）增加凝汽器水位與除氧器水位的加權水位計算回路。

凝結水節流調負荷功能投用后，凝汽器正常補水調節改為調節凝汽器與除氧器的加權水位。

（2）增加低加疏水前饋回路邏輯。

在#5、#6、#7低加正常疏水回路及#7低加疏水泵變頻回路上增加了基于凝結水流量的前饋回路。

（3）增加凝泵變頻控制回路邏輯。

400～1050MW負荷段，凝結水泵變頻控制由原來控制除氧器水位修改為負荷指令的函數，負荷升高，凝泵頻率升高;負荷降低，凝泵頻率隨之減小。

（4）增加凝泵再循環控制回路邏輯。

凝泵再循環控制回路由凝結水流量低于900t/h開啟，750t/h開至100%的開環控制，改為調節凝結水流量的閉環控制回路。

其中凝結水流量設定值為凝泵頻率的函數，具體函數關系如表1所示。

1.2 新型節能型協調控制回路邏輯

（1）增加新的協調方式。

增加鍋爐調節機組負荷、汽機調節主蒸汽壓力的新型協調控制回路。其中鍋爐調節機組負荷回路為重新設計的控制回路，汽機主控回路采用原有汽機控制邏輯中的壓力控制回路。新協調方式與機組原協調方式通過新協調方式投切開關進行方式切換，新協調方式投切開關邏輯。

（2）增加新協調方式下汽機調門全開控制邏輯。

為實現在新協調方式下汽機調門在全開位置，增加調門全開方式，該方式下，將原有壓力設定值上疊加一負向偏置（-3.5MPa），在壓力控制回路調節作用下，汽機調門開至全開位置。

（3）增加變負荷判斷及變負荷超調邏輯。

增加在新協調方式下機組加減負荷判斷邏輯，增加機組加減負荷過程的變負荷超調邏輯，并將變負荷超調量分別疊加到燃料、給水、風量控制回路中。

（4）增加新協調方式下一次調頻邏輯。

在新協調方式下，增加一次調頻增減負荷的判斷邏輯及一次調頻負荷指令邏輯。增加一次調頻前饋邏輯，根據一次調頻負荷指令折算成相應的燃料、給水、風量，并將其疊加到燃料、給水、風量控制回路中。

（5）一次調頻輔助控制邏輯。

在新協調投入且汽機調門全開方式下，增加汽機主控回路響應一次調頻減負荷的輔助調節邏輯。當電網頻率較高時，快速關小汽機高調門開度，暫時釋放一定的負荷量，達到電網頻率高時快速減負荷的目的。

（6）給水控制回路優化邏輯。

新協調方式下，為能夠更快的響應負荷的變化，增加給水慣性時間優化回路。在變負荷過程中，減小給水慣性時間，更快的增加給水。

另外，給水控制回路中，原分離器溫度控制回路改為了控制頂棚過熱器溫度。

（7）增加凝結水節流調負荷功能投入及切除邏輯。

增加凝結水節流調負荷功能投入限制條件，及異常自動退出條件。

（8）增加加減負荷判斷及閉鎖邏輯。

增加凝結水調負荷功能的加減負荷判斷邏輯，并依據除氧器水位及凝汽器水位的波動情況的機組加減負荷及一次調頻增減負荷閉鎖邏輯。當除氧器或凝汽器水位波動超過設定邊界值時，則閉鎖凝結水節流調負荷功能。

（9）增加除氧器上水調節閥主控制回路邏輯。

新增除氧器上水調節閥主控制回路及變負荷、一次調頻增減負荷至除氧器上水調節閥的前饋回路。當機組未處于加減負荷及一次調頻過程時，除氧器上水調節閥控制回路調節除氧器水位，當機組在加減負荷或一次調頻增減負荷過程時，除氧器上水調節閥主要響應機組負荷需求，并兼顧調節除氧器水位。

（10）增加除氧器上水調節閥閥門限制邏輯。

增加依據機組負荷及凝泵工頻或變頻頻率自動閥限邏輯，避免因除氧器上水調節閥響應負荷過程中過度開大或關小造成凝結水流量過大或過小，進而影響到設備的正常運行。

（11）除氧器上水調節閥水位偏差限制邏輯。

增加水位偏差限制邏輯。當機組處于加減負荷或一次調頻增減負荷過程中時，自動擴大除氧器水位偏差死區范圍，在水位偏差死區范圍內，除氧器上水調節閥僅響應負荷需求，當水位偏差超過偏差死區時，除氧器上水調節閥恢復調節水位功能。

（12）增加低溫省煤器輔助變負荷邏輯。

增加基于除氧器上水調閥變化幅度的前饋邏輯。在加負荷過程中，依據除氧器上水閥門變化的幅度，適當增大低溫省煤器凝結水氣動調節閥開度。減負荷過程，適當減小低溫省煤器凝結水氣動調節閥開度。

2 ?凝結水調負荷一次調頻優化策略

2.1 大頻差控制優化

萬州電廠在大頻差下加負荷性能不佳，主要是由于之前發生了低頻加負荷，蓄能已部分釋放。針對這一問題，對凝水調頻增加大頻差工況控制，當電網頻率變化超過4rpm時自動觸發該功能，頻率正常后恢復，大頻差控制進行如下優化。

（1）增加大頻差時一次調頻至除氧器上水調節閥響應幅度，從目前的動作幅度：-28～+38增大到：-58～﹢58。

（2）降低一次調頻至除氧器上水調節閥下限限值，從目前的35%開度下限降至20%（試驗時，1號機組最低降至20%，2號機組最低降至10%），此時會自動開啟凝泵再循環調節閥，故要求該閥在自動狀態（如在手動，則不下調閥位）。

（3）預留大頻差時水位波動空間，目前水位調節范圍為除氧器：1300～2400mm，凝汽器：600～1600mm，允許大頻差時進一步放寬水位調節范圍（定值待定）。同時大頻差下擴大除氧器水位調節死區，適度延長恢復時間。

（4）適度抬高除氧器水位設定值，降低凝汽器水位設定值，增大凝結水側加負荷蓄能。

（5）投用大頻差一次調頻減負荷時汽機調門回關功能，目前機組已具備這一功能。

2.2 小頻差控制優化

分析目前的考核數據，主要有電網頻率-機組轉速不一致、凝結水蓄能不足、凝水調頻退出等原因，對于小頻差下的一次調頻，進行如下優化。

（1）優化一次調頻負荷響應區間。分析考核指標及考核數據，當機組負荷低于580MW或高于1000MW時，一次調頻免考核，因此對570MW以下一次調頻加減幅度及1000WM以上加負荷幅度進行弱化。

（2）優化一次調頻動作時間。分析考核指標及考核數據，一次調頻考核量僅記錄1min。因此當一次調頻動作單次超過65s開始復位一次調頻，利于凝結水蓄能恢復。

（3）適度抬高凝泵變頻頻率，以提高除氧器上水調門動作時凝結水流量的變化幅度，進而提高負荷響應量（主要針對減負荷）。

（4）結合實際數據，優化一次調頻加負荷動作幅度、一次調頻快動慢回功能。

2.3 一次調頻控制優化邏輯修改

（1）在T5控制器NJS CTRL LOAD里新增大頻差控制邏輯，增加大頻差低頻動作信號及增加一次調頻低于10s、一次調頻高于25s以上時，當一次調頻結束時快速恢復除氧器上水調節閥，以及一次調頻持續時間超過65s時，自動恢復除氧器上水調節閥邏輯，如圖1中方框所示。

圖1中方框所示為功能投用切換開關，依次為一次調頻動作超過25s后一次調頻結束時快速恢復除氧器上水調門切換開關、一次調頻動作大于65s后快速恢復除氧器上水調門切換開關、一次調頻動作低于10s時快速恢復除氧器上水調門切換開關以及一次調頻大頻差低頻觸發切換開關。投用時將紅框內的ON/OFF切換開關置為1。

（2）在T5控制器NJS CTRL LOAD里的變負荷前饋-2中增加一次調頻大頻差觸發時自適應一次調頻上下限幅度函數，以及一次調頻快速切回功能。

（3）在T5控制器NJS CTRL LOAD里的水位偏差限制邏輯頁中增加一次調頻大頻差觸發時自適應除氧器上水調節閥前饋上下限幅度函數。

（4）在T5控制器NJS CTRL LOAD里的閥門限制邏輯頁中增加一次調頻大頻差低頻觸發時基于凝泵頻率的除氧器上水調節閥閥限函數，如圖2中大方框所示。

（5）在T5控制器NJS CTRL LOAD里加減負荷閉鎖控制邏輯頁中，增加水位超限閉鎖回差功能，避免水位在限值附近來回動作，造成除氧器上水調門頻繁波動。同時增加大頻差時進一步擴大凝汽器液位計除氧器液位調節范圍，增大大頻差下一次調頻動作能力。

（6）在T5控制器NJS CTRL LOAD里的變負荷前饋-2中適度弱化了550MW以下負荷段的一次調頻負荷修正函數。

（7）在T5 CNDW MINFLOW RECIR RGLV-PA中凝結水最小流量再循環調節閥控制邏輯頁中增加低頻大頻差的凝泵再循環自動投入脈沖信號。

（8）在T5 CNDW MINFLOW RECIR RGLV-PA中NEW AUX控制邏輯頁中增加低頻大頻差下基于除氧器上水調節閥快開凝泵再循環調節閥的前饋信號。

3 ?提高機組一次調頻動作合格率的策略

萬州電廠側采用機端轉速作為一次調頻判斷為依據，電網理論計算以板橋站為基準，由于信號不同造成一次調頻出現多次反調。以9月27日為例，低頻動作次數1549次，高頻動作1401次，頻繁動作導致除氧器水位限制閉鎖一次調頻動作或者頻繁消耗鍋爐蓄能，造成積分電量不足。實際有效動作次數超過15s僅有20多次。西南電網異步運行后，全網的轉動慣量肯定減少，頻率波動會加劇，類似于9月份調頻動作情況，高頻與低頻1天的動作量總共有3000～4000多次，但實際有效動作（超過15s）不到30次，

3.1 一次調頻優化

（1）前饋直接改接到PID后，因為設計時PID就是采用的非耦合PID而非經典PID，所以前饋直接改接到PID后，既可避免PID本身算法的影響，也不影響整體控制策略。

（2）以1.6轉為死區，可以增加有效動作判斷回路，從9月份動作數據來看：

①有效動作316次，合格230次、不合格86次，合格率70.55%。

②響應滯后超過1s占有效動作次數（316次）3.8%。

③與其他電廠交流后，所有火電廠依據自己的實際情況都將低頻動作死區改小，提前動作。所以在動作同步的情況下可以增加有效判斷回路，減少調門擾動。

（3）增加延時建議最多1s，出于三方面考慮如下。

①增加延時本身是在損失積分電量為代價，因為每一次動作我們無法預估實際動作多少，延時過大會使積分電量共享不足造成考核，之前做過統計增加延時1s可減少66.6%調門非有效動作次數。

②依據電網有效判斷準則條件二：“有效擾動15s后超過0.035Hz且保持1s”。可以將延時1s與保持1s結合。

③考慮到高精度表的精度及延時1s增加至快動慢回回路，可以將門檻值定為0.036Hz（電網準則設定為0.035Hz），可以有效地減少低于0.036Hz內小偏差擾動。

3.2 AGC考核優化

依據網調匯報：AGC主站具有“當下發指令后機組未跟蹤到位，則發出告警提示運行人員;若3次控制指令不跟蹤響應，應自動退出AGC控制”。現我廠沒有自動退出功能，但3次控制指令不跟蹤響應會出現AGC響應緩慢造成考核。DCS側可以增加3次控制指令不跟蹤報警，利用掃描周期計算次數，3次后報警提醒運行。

4 ?結語

凝結水調頻控制策略的優化，可以快速響應電網調節需求時， 機組鍋爐側響應滯后的特性， 大大改善了目前的AGC和一次調頻性能， 電網考核款大幅減少。應用凝結水調頻控制策略后， 鍋爐側的調節幅度減少， 機組的整體控制穩定性也得到了明顯改善，在經濟上及安全上達到良好的效果。

參考文獻

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