山西某電廠2×350 MW機(jī)組一次調(diào)頻功能優(yōu)化

李軍娟，孫永再

（山西漳澤電力股份有限公司河津發(fā)電分公司，山西 河津 043300）

所謂的一次調(diào)頻，是指當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生變化后，機(jī)組自動(dòng)快速增減負(fù)荷，按其靜態(tài)特性成比例地修正網(wǎng)頻，即以較快速度承擔(dān)電網(wǎng)負(fù)荷變化的調(diào)整。

1 原一次調(diào)頻功能簡介

河津電廠一期為三菱重工生產(chǎn)的兩臺350 MW燃煤機(jī)組。機(jī)組DCS系統(tǒng)采用了三菱公司提供的DIASYS－UP/V系統(tǒng)，MT-DEH系統(tǒng)是該系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。

1.1 CCS控制回路中一次調(diào)頻功能

機(jī)組協(xié)調(diào)運(yùn)行方式下，在負(fù)荷指令處理中心回路，經(jīng)限幅、限速后的目標(biāo)負(fù)荷指令疊加上一次調(diào)頻指令，形成機(jī)組的負(fù)荷指令，以便直接在協(xié)調(diào)控制方式下，整個(gè)機(jī)組參與一次調(diào)頻，其工作原理見圖1。

圖1 工作原理圖

由圖可知：

（1）機(jī)組在協(xié)調(diào)方式下僅對50.2 Hz以上的網(wǎng)頻異常進(jìn)行一次調(diào)頻響應(yīng)，整個(gè)機(jī)組調(diào)頻的不等率為4%。

（2）協(xié)調(diào)控制方式下機(jī)組對網(wǎng)頻升高時(shí)一次調(diào)頻的幅度受到限制，最大功率下為76 MW，額定負(fù)荷下為70 MW。

（3）頻差過大（大于50.5 Hz）時(shí)，汽機(jī)主控退出自動(dòng)方式，此時(shí)鍋爐主控為自動(dòng)方式，機(jī)組由協(xié)調(diào)方式轉(zhuǎn)為爐跟隨方式運(yùn)行，CCS控制回路不再進(jìn)行一次調(diào)頻。

1.2 MT-DEH回路中一次調(diào)頻功能

在功頻電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了“GOV”和“LL”兩種不同的負(fù)荷控制方式：其中，“GOV”是英文單詞調(diào)速器“GOVernor”的縮寫，是指機(jī)組并網(wǎng)后，在負(fù)荷控制指令中疊加調(diào)頻指令，調(diào)頻指令由速度變動(dòng)率Droop回路算出，Droop回路所起的作用相當(dāng)于機(jī)械式汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中機(jī)械式轉(zhuǎn)速反饋及控制回路，MT-DEH中速度變動(dòng)率Droop回路原理圖見圖2。MT-DEH的轉(zhuǎn)速不等率設(shè)計(jì)值為4%。

圖2 回路原理圖

“LL”是“Load Limiter”的縮寫，LL回路沒有疊加調(diào)頻指令，也就是說，對電網(wǎng)頻率的變化不響應(yīng)；另外，LL回路中加入了負(fù)荷限制，對于LL回路的輸出作出上限規(guī)定，防止機(jī)組超負(fù)荷。因此，LL回路被稱為負(fù)荷限制器功率控制回路。

一般情況下，機(jī)組處于協(xié)調(diào)控制方式時(shí)，要求MT-DEH側(cè)不對電網(wǎng)頻率的小幅升高作出響應(yīng)，一般投入LL控制方式，GOV回路則處于自動(dòng)跟蹤方式，其值為：LL指令＋5%跟蹤偏差＋Droop指令。由于GOV/LL回路為選小輸出，所以一般情況下，汽機(jī)主控指令通過LL回路直接操作汽機(jī)調(diào)閥，控制功率。當(dāng)網(wǎng)頻升高時(shí)，GOV指令（LL指令＋5%＋Droop指令）將逐漸減小，根據(jù)4%的汽機(jī)轉(zhuǎn)速不等率設(shè)計(jì)，顯然當(dāng)網(wǎng)頻大于下式計(jì)算值時(shí)，GOV指令將小于LL指令，發(fā)生翻轉(zhuǎn)：

f＝50+(3 000 rpm×4%×5%)/60=50.1 Hz

發(fā)生翻轉(zhuǎn)后，汽機(jī)主控器增閉鎖，機(jī)組實(shí)際處于不能增加負(fù)荷的協(xié)調(diào)控制方式。

2 存在的問題及改進(jìn)方案

2.1 DEH中速度變動(dòng)率Droop計(jì)算回路的改進(jìn)

當(dāng)DEH未投GOV方式時(shí)，速度變動(dòng)率(Droop)按照原算法計(jì)算；當(dāng)投入GOV方式時(shí)，速度變動(dòng)率(Droop)按照圖3的算法計(jì)算。速度變動(dòng)率Droop按照省網(wǎng)200 MW以上火電機(jī)組的統(tǒng)一規(guī)定為4.5%。同時(shí)，取消手動(dòng)修改“速度變動(dòng)率”的功能。

圖3中Fx1確定Droop函數(shù)關(guān)系。F3（x）和F4（x）確定Droop的可調(diào)負(fù)荷的上、下限幅，這種限幅應(yīng)該是根據(jù)當(dāng)前機(jī)組實(shí)發(fā)功率的大小而確定的，是一個(gè)相對值，這樣做是符合實(shí)際情況的。如：當(dāng)前實(shí)發(fā)功率是350 MW時(shí)，一次調(diào)頻的上限調(diào)整幅度是0 ECR(0MW)，而下限調(diào)整幅度是10%ECR(35 MW)；當(dāng)前實(shí)發(fā)功率是175 MW時(shí)，一次調(diào)頻的上限調(diào)整幅度是10%ECR(35 MW)，而下限調(diào)整幅度是0 ECR（0 MW）。

圖3

2.2 DEH負(fù)荷控制方式的改進(jìn)

DEH中，由于只有在GOV方式下機(jī)組才能參與一次調(diào)頻，所以要求機(jī)組在合適的運(yùn)行方式下投入GOV方式。根據(jù)三菱公司的設(shè)計(jì)思想：

（1）在機(jī)組沖轉(zhuǎn)、定速、同期過程中，要精確控制汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速，所以要采取“強(qiáng)制GOV”方式。

（2）在機(jī)組并網(wǎng)、帶初負(fù)荷以及閥切換過程中，要精確控制汽輪機(jī)的功率和調(diào)門進(jìn)汽方式，絕對不容許參與一次調(diào)頻，因此要采取“LL”方式。在機(jī)組沖轉(zhuǎn)、定速、同期、并網(wǎng)、帶初負(fù)荷以及閥切換結(jié)束后，順延了“LL”方式作為機(jī)組的負(fù)荷控制方式，而機(jī)組的“GOV”方式通過疊加5%的偏置自動(dòng)跟蹤“LL”方式。

這種設(shè)計(jì)思想基本是符合要求。因此，提出的改進(jìn)方案是：

（1）當(dāng)實(shí)發(fā)功率≥175 MW（AGC投入后的可調(diào)負(fù)荷下限）時(shí)，手動(dòng)切換到GOV方式，投入一次調(diào)頻功能。

（2）切換到GOV方式后，閉鎖CRT上汽機(jī)主控的“GOV/LL”切換按鈕和輔助控制盤上的“LL投入”硬手操，除非實(shí)發(fā)功率<175 MW，方可手動(dòng)換成LL控制方式。

（3）當(dāng)轉(zhuǎn)差|△n|＞4rpm時(shí)，閉鎖汽機(jī)主控的升、降輸出。

（4）GOV方式的輸出上、下限幅由汽輪機(jī)的速度不等率確定，速度不等率由原來的4%改為4.5%。

2.3 CCS一次調(diào)頻回路的改進(jìn)

頻差-負(fù)荷指令函數(shù)關(guān)系按照轉(zhuǎn)速變動(dòng)率Droop=4.5%，死區(qū)=±0.1 Hz修改。

2.4 CCS汽機(jī)主控的功率反調(diào)分析與處理

當(dāng)轉(zhuǎn)速差|Δn|＞2 rpm時(shí)，DEH的GOV負(fù)荷控制回路按照4.5%的速度變動(dòng)率參與一次調(diào)頻，快速改變調(diào)門開度，增減負(fù)荷。同時(shí)，引起CCS汽機(jī)主控的負(fù)荷偏差相應(yīng)變化，輸出指令反方向改變，從而產(chǎn)生功率反調(diào)。克服功率反調(diào)的辦法有：

（1）汽機(jī)主控設(shè)置的比列增益很小（0.3）。當(dāng)轉(zhuǎn)差|△n|<4 rpm，產(chǎn)生的功率反調(diào)作用與GOV功率調(diào)節(jié)的作用相比可以忽略不計(jì)。

（2）將CCS的一次調(diào)頻死區(qū)與DEH的一次調(diào)頻死區(qū)做成一樣的（±2 rpm），使CCS與DEH同時(shí)、等幅、等速的發(fā)生作用。即DEH的GOV改變負(fù)荷的同時(shí)，CCS一次調(diào)頻回路同時(shí)改變負(fù)荷指令，從而保證CCS汽機(jī)主控的負(fù)荷偏差維持調(diào)頻前的數(shù)值不變，大大減小功率反調(diào)的作用。

（3）目前，DEH只設(shè)計(jì)了汽機(jī)主控的“升”負(fù)荷閉鎖，即以下兩種情況：

第一：GOV/LL發(fā)生翻轉(zhuǎn)時(shí)。

第二：Droop GOV指令＞IMP LL指令＞機(jī)組最大容許輸出功率時(shí)。

這兩種“禁升”指令只能克服正轉(zhuǎn)差時(shí)汽機(jī)主控發(fā)生的功率反調(diào)，而且不能克服負(fù)轉(zhuǎn)差時(shí)汽機(jī)主控發(fā)生的功率反調(diào)。此修改方案為：當(dāng)轉(zhuǎn)差|△n|＞4 rpm時(shí)，閉鎖汽機(jī)主控的（升、降）輸出，保持汽機(jī)主控輸出指令不變，從而不會引起功率反調(diào)，保證DEH參與一次調(diào)頻的快速和精確；同時(shí)禁止負(fù)荷指令中心手動(dòng)改變負(fù)荷指令，禁止汽機(jī)主控手動(dòng)改變輸出指令，從而克服正、負(fù)轉(zhuǎn)差時(shí)汽機(jī)主控發(fā)生的功率反調(diào)。

（4）當(dāng)轉(zhuǎn)差（頻差）增大到：|Δn|＞30 rpm（|Δf|＞0.5 Hz）時(shí)，DEH的GOV回路動(dòng)作同前，而CCS側(cè)采取如下動(dòng)作：將汽機(jī)主控切為手動(dòng)，機(jī)組由CCS控制方式變?yōu)闋t跟蹤方式，汽機(jī)主控輸出指令保持不變，不會引起功率反調(diào)。

禁止手動(dòng)給定負(fù)荷指令，CCS自動(dòng)取消一次調(diào)頻功能。通過改進(jìn)控制策略，可消除汽機(jī)主控產(chǎn)生的功率反調(diào)。

3 結(jié)論

在試驗(yàn)過程中，機(jī)組各主要參數(shù)變化幅度均不大，試驗(yàn)取得了成功，在對一次調(diào)頻功能進(jìn)行優(yōu)化后，機(jī)組可以自動(dòng)參與電網(wǎng)頻率變化的調(diào)整，提高了機(jī)組的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益，對電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行起了重要作用。

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