牡丹江第二發電廠#7機組實現一次調頻功能

任宇鵬

[摘 要]介紹了牡丹江第二發電廠#7機組機組一次調頻控制邏輯和參數設置。

[關鍵詞]一次調頻 CCS DEH

[中圖分類號]TP622[文獻標識碼]A[文章編號]1007-9416(2009)11-0068-02

引言

牡丹江第二發電廠#7機組為國產燃煤機組,DCS系統于2001年采用上海新華公司的XDPS-400型分散控制系統進行了一體化改造,功能包括MCS、FSSS、DEH、SCS、DAS等子系統的所有功能。機組一次調頻功能是指當電網頻率超出規定的正常范圍后,電網頻率的變化將使電網中參與一次調頻的各機組調速系統根據電網頻率的變化自動地增加或減小機組的功率,從而達到新的平衡,并且將電網頻率的變化限制在一定的范圍內。#7機組由于邏輯設計不合理及CCS系統沒有一次調頻功能,本次改造前一次調頻功能沒有正常投入。

1 一次調頻主要技術指標

一次調頻的主要技術指標有:轉速不等率、調頻死區、調頻負荷范圍。一次調頻轉速不等率定義為:δ=(nmax-nmin) ╱n0×100%。式中nmax、nmin為機組空負荷、滿負荷對應的速度,r/min;n0為機組額定轉速,r/min。轉速不等率δ是反映機組調頻能力的重要指標,既反映了機組一次調頻能力的強弱,又表明了穩定性的好壞。轉速不等率δ越大,調頻能力越小,機組運行越穩定;轉速不等率δ越小,機組對電網的調頻能力越強,但機組運行的穩定性差。調頻死區的設置主要是為了防止電網頻率在小范圍內波動時汽機調門的不必要的頻繁動作。另外,為了保持一次調頻時機組的穩定和機組的實際調頻能力及設備的安全,還需要對調頻負荷進行限幅,防止一次調頻動作時機組出現過負荷的情況。一次調頻的調節死區設置為:±2r/min;轉速不等率δ為:5%;一次調頻的最大功率為:額定功率的8%即±16MW;一次調頻負荷響應滯后時間:1秒。

2一次調頻的的實現方法

牡丹江第二發電廠#7機組在DEH系統設計有一次調頻功能,因電網頻率信號的精度較低,故一般取汽輪機轉速作為被調節量。

2.1 DEH系統一次調頻

DEH系統一次調頻控制邏輯圖如圖1所示,F1(X)為頻差——調頻負荷特性曲線。F2(X)為電網頻率低于50Hz時機組的實際功率——最大調頻負荷曲線,其作用是用來限制負荷大于180MW時的向上調頻負荷。F3(X)為電網頻率高于50Hz時機組的實際功率——最大調頻負荷曲線,其作用是限制負荷小于140MW時的向下調頻負荷。一次調頻時頻差對應的負荷經限速率(50MW/min)后與負荷給定值疊加,經功率回路、調節級壓力回路和閥門管理程序的修正后作為汽輪機調門的開度指令,控制調節閥的開度改變機組負荷,直到電網頻率恢復正常。DEH系統一次調頻的優點是動作迅速,缺點是調節品質較差。如果DEH系統功率回路和調節級壓力回路沒有投入,則一次調頻為純比例調節,調節結果與機組運行參數及調門的流量特性有關,實際負荷的變化與調頻負荷目標值必然會存在一定偏差,為此我們又增加了功率回路未投入時調頻負荷特性曲線(見圖1)。

2.2 CCS系統一次調頻

CCS系統沒有一次調頻控制,根據機組運行要求增加一次調頻,在一次調頻的投入方式上作了如下設計:在DEH操作中設置“一次調頻”按鈕,機組并網穩定運行后由操作員投入一次調頻功能,此時如CCS為自動方式,則CCS側一次調頻功能自動投入。邏輯圖如圖3所示。在CCS自動的情況下CCS系統一次調頻才能投入,調頻負荷與來自AGC給定或操作員給定的機組目標負荷分別經限速率(30MW/min)后疊加,再經過高、低限幅后作為機組負荷給定值,分別送汽機主控制器和鍋爐主控制器,汽機主控制器輸出指令控制汽輪機負荷,鍋爐主控制器調整燃料和風量維持主汽壓力等參數的穩定。圖2中F1(X)、F2(X)、F3(X)的作用與參數和DEH側完全相同,不同之處在于CCS系統中一次調頻負荷的計算是以機組目標負荷為參考基準,而DEH中一次調頻負荷的計算是以實際負荷為參考基準。CCS系統一次調頻的優點是機組運行較穩定,但對調頻負荷的響應較慢,不能快速響應電網頻率的變化(見圖2)。

3 一次調頻功能試驗

如圖3b所示,在CCS系統單側投入一次調頻,此時機組CSS投入,機組目標負荷不變,DEH處于遙控方式,汽輪機采用單閥控制,負荷180MW。在DCS工程師站設置汽輪機轉速為3014 r/min,頻差對應的調頻負荷為-16MW。當頻率變化時,機組功率由180MW緩慢的降低,4分鐘后穩定在164 MW,在此過程中主汽壓由15Mpa升高到15.27Mpa。從曲線可看出:這種方式對一次調頻的響應速率較慢,但主汽壓的變化較平緩(見圖3)。

如圖3c所示,在DEH系統和CCS系統同時投入一次調頻,機組處于CCS方式運行,負荷160 MW,在DCS工程師站設置汽輪機轉速為2986 r/min,即加入-14 r/min轉速的階躍擾動,此時頻差對應的功率為+16 MW。當頻率變化時,。機組功率由160MW開始上升,2.5分鐘后穩定在176 MW,在此過程中主汽壓由15.0Mpa下降到14.7Mpa。

由上述實驗結果可看出:DEH側一次調頻方式動作時間最短,但有一定的超調,在功率回路沒投入時還存在一定的負荷偏差;CCS側一次調頻方式動作時間最長,負荷變化較緩慢,主汽壓較穩定;“CCS+DEH”方式一次調頻具有以上兩種方式的優點,一次調頻響應迅速,機組主汽壓較穩定。

4結語

從投入一次調頻功能近運行情況來看,一次調頻不會對機組的運行產生很大的安全影響,一次調頻的投入對于電網的安全穩定具有重要意義,其帶來明顯的社會效益不可估量。