給水一次調頻新技術在超超臨界機組中的應用

金　飛，唐廣通，楊春來

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊　050021)

?

給水一次調頻新技術在超超臨界機組中的應用

金飛，唐廣通，楊春來

(國網河北省電力公司電力科學研究院，石家莊050021)

摘要：針對超超臨界機組存在的蓄熱能力差、對外部負荷響應速度慢、無法滿足電網對一次調頻功能要求的問題，提出給水一次調頻的新技術。以浙能臺州第二發電廠超超臨界機組為例，介紹給水一次調頻系統的結構及控制邏輯，并通過給水汽動閥對負荷的擾動試驗，分析該技術的可行性，為電網一次調頻提供了有效輔助，提高了機組的調頻能力，更好地滿足電網對機組的調頻要求。

關鍵詞：超超臨界機組；一次調頻；控制邏輯；調頻能力

由于電網調度系統的滯后性，電網自動控制無法快速克服這些沖擊，而一次調頻功能能夠有效地解決這一問題。現有的機組采用DCS+DEH一次調頻共同協作的策略，DEH側通過調節汽輪機調門，DCS側防止閥門回調，利用兩側回路在調節特性和時序上互補，來響應電網頻率變化[1]。超超臨界機組配用直流鍋爐，蓄熱能力差，對外部負荷變化的響應速度慢，動作能力不足，無法滿足電網對于一次調頻快速性的要求。

1給水一次調頻傳統技術

由于超超臨界直流爐鍋爐本身蓄熱能力有限，在要求變化范圍內，機組的變負荷能力不足。機組汽輪機-鍋爐之間本身存在響應速度上的差異，汽輪機響應速度快，響應時間為“秒”級；而鍋爐系統需要經歷燃燒，傳熱及熱交換過程等環節，特別是直吹式制粉系統加劇了這種滯后性，使鍋爐的響應時間為“分鐘”級。因此，在鍋爐側通過風煤前饋的辦法過于滯后，只能在汽機側系統中進行研究。針對這種情況，國內外學者給出了一些解決辦法。

a. 國外某超超臨界機組在一次調頻時采用凝結水節流的方法，瞬間降低機組中低壓缸抽汽來增加機組負荷。出于機組安全運行考慮，凝結水節流流量有限，抽氣瞬時流量有限，無法滿足負荷變化。

b. 國內某超超臨界機組在高加抽汽管道上增加進汽調門，在一次調頻低頻動作時，關小高加抽氣調門，減少抽氣流量，加大汽輪機做功能力，提高負荷變化量。瞬時減小高加抽氣，將造成水側溫度劇烈降低，可能引起高加解列，影響機組安全運行。

2給水一次調頻新技術

以下以浙能臺州第二發電廠超超臨界機組為例，介紹給水調頻新技術的應用情況。通過調節該電廠進入高壓加熱器的給水流量，來改變抽汽量，進而改變汽輪機的進汽量，從而達到一次調頻目的。

2.1系統結構

給水調頻系統結構示意見圖1。

圖1　給水調頻結構示意

a. 在2號3號高壓加熱器中間引出一條管道，增加上汽動調節閥，設計此閥門的一次調頻動作邏輯。該邏輯只考慮單方向動作，即在一次調頻低頻動作時，打開汽動調節閥，一次調頻結束后關閉。

b. 給水調頻動作后，將對高壓加熱器水位造成擾動，增加前饋邏輯，修改自動參數，保證水位正常。

2.2控制策略

一次調頻動作的時間比較短，機組有功要在瞬間提高，提高一次調頻能力，主要依靠汽輪機側的控制改變。浙能臺州第二發電廠超超臨界機組的給水一次調頻功能控制方案，其中增加的汽動調節閥邏輯見圖2。

圖2　汽動調節閥邏輯示意

圖2中汽動調節閥指令=頻差f1(x)×負荷f2(x)。

一次調頻動作后，2號高壓加熱器進水突降，液位隨之降低，增加高壓加熱器水位的前饋控制響應速度，做到類似于階躍動作，同時優化自動調節參數，使前饋量的回復平滑，保證高壓加熱器液位的穩定，高壓加熱器液位控制邏輯如圖3所示。

圖3　高加水位控制邏輯

3新技術應用情況及效果

浙能臺州第二發電廠超超臨界機組采用新的給水一次調頻技術后，做過多次試驗，取得了理想的控制效果。

3.1應用情況

將機組負荷提升至900 MW，鍋爐側穩定參數不變，汽輪機側投入控壓模式，高壓加熱器液位自動投入，變化趨勢示意見圖4。

圖4　給水汽動閥對負荷的擾動試驗示意

汽動調節閥從關閉開至40%，負荷上升7 MW；從關閉開至51%，負荷上升13 MW；期間省煤器入口溫度正常，2號高加液位波動正常。接著以“CCS 協調投入，DCS 側一次調頻投入，DEH一次調頻投入，給水一次調頻投入”的運行方式，在900 MW工況下進行一次調頻試驗，DEH側設置要保證順利實現機組快速響應一次調頻負荷的需要，一次調頻曲線設置如圖5所示。

圖5　一次調頻曲線設置

邏輯中設置一次調頻的限幅為±6%THA，一次調頻死區±2 r/min，對應的最大轉速偏差約為±11 r/min；DCS 側設置要有效避免一次調頻響應被CCS 指令很快消除從而造成一次調頻能力被削弱的情況，提高機組在一次調頻動作時快速平穩過渡的能力；給水調頻動作正常，保證一次調頻動作能力滿足電網要求，試驗結果見表1。

采用給水一次調頻，調頻汽動調節閥將會較頻繁的動作，對就地執行機構的可靠性提出了更高的要求，同時也對高壓加熱器水位控制的品質提出了更高要求，這些都是需要充分考慮的，因此給水一次調頻技術宜作為機組高負荷運行時的一次調頻手段。

3.2應用效果

a. 浙能臺州第二發電廠超超臨界機組采用給水一次調頻新技術后，通過調節高加水側的水量，進而改變汽側抽汽量，溫度變化平滑，有利于機組的穩定運行。

表1一次調頻試驗結果

記錄項目90%MCR(900MW)+4r/min-4r/min+6r/min-6r/min試驗前負荷/MW900.7907901.5901試驗發生15s負荷/MW885.2922.7876.8926.215s負荷變化量ΔP-15.522-24.725.215s負荷變化幅度/%1161659395試驗穩定負荷876.6927.3872934穩定后負荷變化量ΔP-24.120.329.533實際轉速不等率2.93.44.74.2穩定時間/s37252227調頻目標887.4920.3874.8927.7試驗結論合格合格合格合格

b. 試驗證明，在保證高壓加熱器水位控制的品質滿足要求下，用給水一次調頻實現機組的一次調頻在技術上是可行的。

c. 該給水調頻新技術為電網一次調頻提供了有效的輔助手段，提高了調頻的精度和調頻響應的速度，更好地滿足電網對機組的調頻要求。

4結束語

浙能臺州第二發電廠超超臨界機組采用了給水一次調頻新技術，在保證機組安全穩定運行的前提下，成功解決一次調頻動作能力不足的問題。試驗各項數據驗證了一次調頻回路和相關參數設置的正確性，機組一次調頻功能滿足電網要求，機組其他參數均在正常范圍內，對提高電能質量、維護電網穩定起到了積極的作用。

參考文獻:

[1]陳小強,項瑾,魏路平,等. 1 000 MW機組一次調頻性能優化[J].中國電力，2010，43(4)：63-66.

本文責任編輯：楊秀敏

Application of Water Supply Primary Frequency ModulationNew Technology in Ultra Supercritical Unit

Jin Fei,Tang Guangtong,Yang Chunlai

(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

Abstract:The existence of the ultra supercritical unit has the poor heat storage capacity and the slow response to the external load,which can not meet the requirements of the power grid,this paper proposes a new technique for primary frequency regulation of water supply,introduces the structure and control logic of primary frequency regulation system of water supply,analyzes the feasibility of the technique by the disturbance of the load of the steam valve,provides an effective auxiliary for primary frequency regulation of power grid,which improves the capacity of the unit.

Key words:ultra supercritical unit;primary frequency regulation;control logic;frequency regulation ability

收稿日期：2016-02-04

作者簡介：金飛(1984-)，男，工程師，主要從事機網協調工作。

中圖分類號：TK323

文獻標志碼：B

文章編號：1001-9898(2016)03-0030-03