基于褐煤燃燒的超超臨界660MW直流爐一次調頻控制策略優化及應用

作者簡介：路廣亮（1975—）， 男，本科 ，高級工程師，研究方向為電力能源。

摘 要：該文總結分析了內蒙古大唐國際錫林浩特發電公司2×660MW超超臨界機組基于褐煤燃燒的一次調頻控制策略存在的問題，提出了相應的控制邏輯優化方案，并實際應用在機組生產中，改善機組一次調頻性能，使電網頻率維持穩定，實現機組的能量平衡。在滿足華北網一次調頻控制的要求基礎上，通過控制策略的優化，提高了機組運行的安全性、穩定性，可供同類型機組的一次調頻參考與借鑒。

關鍵詞： AGC ?一次調頻 ?涉網性能 ?電能質量

中圖分類號： TM621 ????文獻標識碼：A ??文章編號：1672-3791（2021）12（b）-0000-00

Abstract：This paper summarizes and analyzes 2 of Inner Mongolia Datang International Xilinhot power generation company × Based on the problems existing in the primary frequency regulation control strategy of 660MW ultra supercritical unit based on lignite combustion， the corresponding control logic optimization scheme is proposed and applied in the unit production to improve the primary frequency regulation performance of the unit， maintain the stability of power grid frequency and realize the energy balance of the unit. On the basis of meeting the requirements of primary frequency regulation control of North China power grid， the safety and stability of unit operation are improved through the optimization of control strategy， which can be used as a reference for primary frequency regulation of similar units.

Key Words： AGC; Primary frequency modulation;Network related performance;Power quality

隨著新能源的快速發展，光伏、風電新能源發電易受天氣等因素影響，儲能效果不是很明顯，發電呈現出間歇性和波動性，在綠色低碳環保形勢下，推動低碳減排，發展和構建新型電力系統，電站結構變得復雜，對電網造成了很大的沖擊，直接影響電能的質量[1]。電網頻率波動，其安全風險使得電網公司對發電機組涉網性能、尤其是一次調頻性能非常重視[2]。電網公司也對機組一次調頻的性能加大了嚴格控制并下發了相關考核指標。

1一次調頻基本概況

1.1一次調頻基本原理和考核指標

一次調頻是指由發電機組調速系統的頻率特性所固有的能力，隨頻率變化而自動進行調整。但不同的發電機組性能不同，且調整量有限，值班調度員控制難度加大。電網的頻率一旦有波動時，網內機組的控制系統自動地控制機組有功功率的增減，限制電網頻率變化[3]，使電網頻率維持穩定的自動控制過程。

考核指標包括：（1）轉速不等率δ;（2）最大負荷調節量;（3）調頻死區;（4）動態指標。

1.2調頻控制方式

采用協調控制策略，通過DEH和 CCS側一次調頻功能的同時動作，將DEH側調頻信號的一部分直接疊加在汽機總閥門指令上，轉速偏差經不等函數轉換為一次調頻負荷疊加負荷指令，直接疊加到汽機主控回路上。一次調頻動作后調節負荷設定值確保和數字電液控制系統的作用方向相同，最終穩定負荷到所需要的值。在由于一次調頻引起功率快速升降的過程中仍能維持較好的機前進氣壓力，這不僅使得一次調頻動作取得穩定的效果，而且確保了一次調頻控制系統的長期，穩定投入，最終實現機組最終能量平衡。

2一次調頻中存在的問題及現象

2.1一次調頻投入邏輯設置不合理

按照規程、規范要求，符合一次調頻投入條件的機組，實際機組存在一次調頻投切按鈕，且投入條件有負荷限制：330 MW，是主要造成一次調頻投入率過低的原因，不滿足調度要求。具體如圖1所示。

2.2一次調頻與AGC調節相互影響

AGC與一次調頻反向調節、主蒸汽壓力拉回、AGC加負荷前饋等原因導致的一次調頻調整幅度不夠及積分電量不足。機組負荷指令2（含一次調頻負荷指令）經過1 s濾波，對一次調頻指令造成滯后，當一次調頻動作時，壓力拉回負荷量，可能會導致一次調頻量不足或反向[4]。當AGC加負荷時，會對汽機主控有增加輸出的前饋，當一次調頻要求減負荷時，會造成一次調頻反調。

2.3 DEH側一次調頻前饋量不足

DEH側利用機組轉速與定值3000的轉速差信號形成一次調頻閥位前饋指令疊加到綜合開度指令，調整汽輪機的負荷，快速穩定電網頻率。設置的轉速差函數如表1所示，一次調頻閥位前饋量不足導致一次調頻動作緩慢甚至出現反調現象。

2.4一次調頻合格率低

由于一次調頻控制邏輯存在問題和控制參數設置不合理，導致一次調頻合格率很低，電量貢獻指數合格率32.82%，15 s響應指數合格率19.08%，30 s響應指數合格率18.32%。

3一次調頻優化方案

3.1邏輯優化

（1）取消一次調頻指令濾波，使得一次調頻指令不經過濾波環節，有助于一次調頻動作更為快速及時。

（2）主蒸汽壓力拉回回路保持功能：當一次調頻動作時，壓力拉回負荷量保持當前值，將不會影響到一次調頻的負荷量調整，同時也不會對機組安全產生影響（注：一次調頻動作消失后，壓力拉回負荷量恢復速率為0.2 MW/s）。

（3）AGC負荷調整前饋保持功能：增加當一次調頻量<-1 MW時，保持AGC對汽機主控的前饋量，將不會影響到一次調頻的負荷量調整。同時增加此功能的投切開關（注：一次調頻動作消失后，AGC前饋恢復速率為每秒0.05%）。

3.2增加一次調頻負荷指令“快動慢回”邏輯

為了提高一次調頻的性能，確定了“快動慢回”一次調頻的控制策略。

一次調頻動作后，一次調頻負荷指令快速動作，為滿足一次調頻積分電量的考核要求，增加一次調頻動作后，一次調頻負荷指令緩慢恢復的功能，能夠滿足積分電量的考核指標。快動慢回實現策略：實際轉速>3 001.7 rpm，實際轉速與自身經過14 s濾波后取大;實際轉速<2 998.3 rpm，實際轉速與自身經過14 s濾波后取小。增加0.3 rpm的目的是為了實現快動緩回功能，以此增加積分電量。

3.3一次調頻中轉速“死區”調整

汽輪機受轉速精度影響，將轉速死區±2 rpm修改為±1.9 rpm，能夠在一定程度上克服轉速精度帶來的調節滯后。一次調頻頻繁動作時，會造成進汽調門的來回擺動，從而影響到協調控制系統的不穩定。進而造成機組功率在死區附近振蕩[5]。所以死區的設置必須要合理。

3.4 增加AGC反向調節負荷閉鎖增/減邏輯

增加AGC加負荷且一次調頻要求減負荷時，閉鎖AGC負荷指令增的功能。能夠解除AGC負荷指令調整對一次調頻負荷量的干擾，一次調頻量絕對值大于1 MW（回程死區為0.3 MW）且一次調頻與AGC調節反向時，閉鎖AGC負荷反向調節，正向調節不受限制。

增加AGC減負荷且一次調頻要求加負荷時，閉鎖AGC負荷指令減的功能。能夠解除AGC負荷指令調整對一次調頻負荷量的干擾。一次調頻量絕對值大于1 MW（回程死區為0.3 MW）且一次調頻與AGC調節反向時，閉鎖AGC負荷反向調節，正向調節不受限制。

3.5 DEH側一次調頻前饋功能優化

機組是燃燒褐煤的機組，褐煤的熱值較低且不耐燒，加上直流爐特性，如果一次調頻前饋量不足，將會大大降低機組一次調頻效果。從一次調頻響應曲線上來看，DEH側一次調頻前饋函數輸出的前饋量不足。

DEH側一次調頻投入負荷限值由330 MW修改為200 MW。為保證低負荷下一次調頻動作時汽輪機安全運行，增加200～300MW負荷段，當機組處于干態運行時，DEH側一次調頻對汽機主控前饋的修正功能（注：修正函數為實際負荷經過fx（200，0）（300，1）乘在前饋量上），當干態信號觸發或消失時，T選塊切換速率可為0.03%/s。

4 優化后效果

選取一定負荷工況點實驗，機組協調控制，CCS側和DEH側一次調頻都投入，退出機組自動發電控制，先后進行±4 rpm、±6 rpm的模擬頻差擾動試驗，數據結果統計及分析如表2所示。

機組在頻差越過死區后一次調頻迅速動作，負荷的響應速度滿足標準要求。

選取改造后機組某段時間實際一次調頻響應速度較之前有所提高，一次調頻動作時壓力拉回回路切除功能正常，一次調頻負荷指令為負時汽機主控前饋切除回路正常。當一次調頻調節與AGC調節反向時，一次調頻動作，且一次調頻負荷指令為正，此時AGC負荷指令為減負荷，閉鎖減信號觸發，實現了一次調頻動作優先;當一次調頻負荷指令為負，此時AGC負荷指令為增負荷，閉鎖增信號觸發，同樣實現了一次調頻動作優先。

優化后通過各項指標對比分析，改造前后同段時間連續2個月的一次調頻考核電量數據，合格率由42.75%上升到78.9%。表明機組通過采取相關優化措施，改善機組的一次調頻穩定性明顯[6]。由于褐煤燃燒直流爐蓄能少的特點，在一次調頻同時，微調給水、給煤量等參數，維持機組整體的穩定。

5結語

通過優化邏輯，新增加一次調頻動作時AGC閉鎖邏輯，取消一次調頻指令濾波、增加主蒸汽壓力拉回回路保持功能、增加AGC負荷調整前饋保持功能、增加一次調頻負荷指令“快動慢回”邏輯、調整一次調頻中轉速“死區”、優化DEH側一次調頻前饋功能，能夠明顯改善機組一次調頻性能。對褐煤燃燒直流爐一次調頻起到了參考和借鑒。

參考文獻

[1] 華北能源監管局.關于印發華北區域并網發電廠輔助服務管理實施細則和并網運行管理實施細則的通知[R].（2019-09-25）. https：//www.guangfu.bjx.com.cn/special/？id=902947.

[2] 李華，陳志剛，柴琦，等.基于頻率信號的火電機組一次調頻改造及優化[J].電氣技術，2019，20（2）：101-104.

[3] 田曉康，朱斌.發電機組一次調頻問題的優化設計及在線分析研究[J].自動化與儀器儀表，2019（4）：38-40+53.

[4]楊璋，蔣彥龍.某型核電汽輪發電機組一次調頻功能試驗[J].熱力發 ??????電，2020，49（1）：109-114.

[5] 陳道君，梁柏松，周年光，等.計及一二次調頻協調優化的動態潮流模型[J].武漢大學學報：工學版，2020，53（2）：154-161.

[6] 鄭少雄，曹越，王永慶，等.基于辨識模型的中間再熱機組一次調頻特性研究[J].熱能動力工程，2020，35（7）：12-20.

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