火電機(jī)組一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化與試驗(yàn)分析

李　云，韓秋喜，鄒包產(chǎn)，郝　臻

（中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司西北分公司，陜西西安，710065）

火電機(jī)組一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化與試驗(yàn)分析

李云，韓秋喜，鄒包產(chǎn)，郝臻

（中國大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司西北分公司，陜西西安，710065）

對(duì)火電機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)的構(gòu)成、特點(diǎn)等進(jìn)行了分析，對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化與試驗(yàn)方法及數(shù)據(jù)進(jìn)行了闡述和分析，對(duì)于規(guī)范機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)， 改善提高機(jī)組一次調(diào)頻性能，滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)要求具有重要意義。

火電機(jī)組；一次調(diào)頻；邏輯優(yōu)化；試驗(yàn)；分析

0　引言

機(jī)組一次調(diào)頻功能是火力發(fā)電機(jī)組必須具備的一項(xiàng)基本功能，對(duì)于電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)具有重要作用。機(jī)組一次調(diào)頻性能是否滿足電網(wǎng)頻率控制要求，通常是通過進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)來測(cè)試驗(yàn)證。在機(jī)組一次調(diào)頻性能不能滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求時(shí)，往往需要對(duì)其控制邏輯進(jìn)行優(yōu)化以改善提高其動(dòng)作性能。由于火電機(jī)組運(yùn)行控制模式多樣，控制策略也比較復(fù)雜，在進(jìn)行機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí)常常會(huì)遇到一些意想不到的問題，造成一次調(diào)頻試驗(yàn)方法和步驟不夠規(guī)范，試驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠真實(shí)，不能準(zhǔn)確判斷機(jī)組一次調(diào)頻性能是否滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求。

1　兩個(gè)細(xì)則對(duì)一次調(diào)頻指標(biāo)的要求

1.1一次調(diào)頻綜合指標(biāo)及考核辦法

要求一次調(diào)頻未經(jīng)網(wǎng)調(diào)批準(zhǔn)不得退出，否則根據(jù)退出的時(shí)間長短考核發(fā)電量。機(jī)組在電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)時(shí)典型一次調(diào)頻調(diào)節(jié)過程如圖1所示。表征一次調(diào)頻貢獻(xiàn)的各項(xiàng)指標(biāo)中，最重要的四項(xiàng)指標(biāo)是轉(zhuǎn)速死區(qū)、響應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和速度變動(dòng)率。見圖1，其中f是電網(wǎng)頻率，Ni是機(jī)組有功功率，Δt是機(jī)組參與一次調(diào)頻的響應(yīng)滯后時(shí)間，t1i是機(jī)組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時(shí)間。

圖1　一次調(diào)頻調(diào)節(jié)示意圖

1.1.1轉(zhuǎn)速死區(qū)

1.1.2響應(yīng)時(shí)間

機(jī)組參與一次調(diào)頻的響應(yīng)滯后時(shí)間（見圖1中的Δt），目的是要保證機(jī)組一次調(diào)頻的快速性。發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的響應(yīng)滯后時(shí)間應(yīng)不超過3秒。

1.1.3穩(wěn)定時(shí)間

機(jī)組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時(shí)間（見圖1中t1），這一指標(biāo)是為了保證機(jī)組參與一次調(diào)頻后，在新的負(fù)荷點(diǎn)盡快穩(wěn)定。發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)不超過60秒。

1.1.4速度變動(dòng)率

圖2　CCS側(cè)一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化原理圖

速度變動(dòng)率又叫轉(zhuǎn)速不等率，它是在機(jī)組單機(jī)運(yùn)行下給出的定義：對(duì)于液調(diào)系統(tǒng)在同步器給定不變的情況下，機(jī)組從滿負(fù)荷狀態(tài)平穩(wěn)過渡到空負(fù)荷狀態(tài)過程中，轉(zhuǎn)速的靜態(tài)增加與額定轉(zhuǎn)速的相對(duì)比值，即為調(diào)速系統(tǒng)的速度變動(dòng)率。火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的速度變動(dòng)率要求在4%～5%之間。

2　一次調(diào)頻功能設(shè)計(jì)及優(yōu)化

2.1對(duì)CCS側(cè)汽機(jī)主控進(jìn)行邏輯優(yōu)化

1.3.1 樣本采集 經(jīng)病理證實(shí)的活檢或手術(shù)切除得到證實(shí)的正常宮頸組織、宮頸CIN組織和宮頸癌標(biāo)本各50例，收集約100 mg上述組織標(biāo)本，用生理鹽水充分清洗血跡后放入液氮中保存以備用。余下標(biāo)本經(jīng)10%福爾馬林固定，常規(guī)石蠟包埋。

在CCS系統(tǒng)內(nèi)將頻差信號(hào)作為前饋信號(hào)引入壓力控制器，因此壓力定值則由兩部分組成，一部分是原計(jì)算回路的壓力定值，另一部分則是頻差經(jīng)過變換的壓力定值的修正部分。通過對(duì)壓力定值的前饋修正，使得在調(diào)頻作用時(shí)，機(jī)前壓力定值能隨網(wǎng)頻變化相適用。克服因機(jī)前壓力隨網(wǎng)頻變化，而機(jī)前壓力定值不變，導(dǎo)致產(chǎn)生的調(diào)節(jié)偏差而將機(jī)前壓力快速調(diào)回的反調(diào)現(xiàn)象，優(yōu)化控制方案原理如圖2所示。

2.2避免DEH與DCS出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象

當(dāng)一次調(diào)頻發(fā)生時(shí)，可以采取在一定壓力范圍內(nèi)跟蹤實(shí)際壓力的調(diào)節(jié)方式，當(dāng)壓力超出設(shè)定值一定范圍后再對(duì)壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣相當(dāng)于在一次調(diào)頻發(fā)生時(shí)，在一定壓力范圍內(nèi)退出壓力自動(dòng)控制，而在一次調(diào)頻結(jié)束或壓力偏差超出設(shè)定的范圍時(shí)，自動(dòng)投入壓力控制，給一次調(diào)頻足夠的發(fā)揮空間。修改汽機(jī)主控的壓力拉回函數(shù)，弱化壓力拉回調(diào)節(jié)幅度，確保機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作方向的正確性和相應(yīng)的快速性。

2.3DEH側(cè)控制邏輯優(yōu)化

原壓力定值計(jì)算回路是有速率限制，主要是根據(jù)鍋爐升壓能力來確定，作用是使壓力指令的變化同鍋爐實(shí)際升壓能力相適應(yīng)。而調(diào)頻修正回路的壓力定值部分必須沒有速率限制，這樣才能保證機(jī)組調(diào)頻發(fā)生時(shí)，調(diào)頻負(fù)荷能根據(jù)網(wǎng)頻快速動(dòng)作并且持續(xù)，不發(fā)生調(diào)門因壓力定值緩慢動(dòng)作而導(dǎo)致的反調(diào)現(xiàn)象。

2.4關(guān)于一次調(diào)頻功能投入問題

電網(wǎng)關(guān)于一次調(diào)頻考核辦法中規(guī)定：一次調(diào)頻未經(jīng)網(wǎng)調(diào)允許不得退出，并網(wǎng)機(jī)組在協(xié)調(diào)控制方式下，應(yīng)由DEH、DCS共同完成一次調(diào)頻功能，否則根據(jù)退出時(shí)間長短考核電量。因此，取消DCS、DEH監(jiān)控畫面中的一次調(diào)頻投退開關(guān)，防止運(yùn)行人員隨意切除。同時(shí)投入DCS、DEH側(cè)的一次調(diào)頻功能，當(dāng)頻率變化超過死區(qū)，一次調(diào)頻動(dòng)作，DEH側(cè)使調(diào)門立即動(dòng)作，機(jī)組負(fù)荷快速響應(yīng)，DCS側(cè)同時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷指令和燃料量指令，使汽機(jī)和鍋爐達(dá)到能量平衡。

3　一次調(diào)頻試驗(yàn)方法分析

火電機(jī)組一次調(diào)頻功能設(shè)計(jì)由DCS側(cè)與DEH側(cè)兩個(gè)部分組成。DEH側(cè)一次調(diào)頻響應(yīng)速度較快，但響應(yīng)持續(xù)性和穩(wěn)定性較差，具有快速性特征；DCS側(cè)一次調(diào)頻響應(yīng)速度較慢，但響應(yīng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性較好，具有持續(xù)性和穩(wěn)定性特征。在機(jī)組啟動(dòng)初期負(fù)荷較低，機(jī)組一次調(diào)頻功能主要由DEH側(cè)來實(shí)現(xiàn)，包括閥控和功控方式下一次調(diào)頻功能；隨著機(jī)組負(fù)荷逐漸增加，在達(dá)到額定負(fù)荷50%以上時(shí)，具備協(xié)調(diào)系統(tǒng)投入條件，一般機(jī)組將投入機(jī)爐協(xié)調(diào)控制方式，此時(shí)DCS側(cè)一次調(diào)頻功能具備投入條件，將DCS側(cè)一次調(diào)頻功能投入后，機(jī)組一次調(diào)頻功能將由DCS側(cè)與DEH側(cè)兩個(gè)部分組成，這樣既能滿足一次調(diào)頻響應(yīng)的快速性，又能滿足一次調(diào)頻響應(yīng)的持續(xù)性和穩(wěn)定性。無論機(jī)組在那種控制方式下運(yùn)行，均需要滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻技術(shù)指標(biāo)要求；在各種控制方式下機(jī)組一次調(diào)頻性能是否滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻技術(shù)要求，只有通過規(guī)范而全面的一次調(diào)頻試驗(yàn)來進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。機(jī)組運(yùn)行方式通常包括閥控、功控和協(xié)調(diào)控制三種模式，而一次調(diào)頻試驗(yàn)方法主要包括以下四種：

3.1DEH閥控方式下一次調(diào)頻功能實(shí)現(xiàn)方法及特點(diǎn)分析

實(shí)現(xiàn)DEH閥控方式下一次調(diào)頻功能，通常在機(jī)組啟動(dòng)初期負(fù)荷較低時(shí)采用，這種運(yùn)行方式較少見，維持運(yùn)行時(shí)間也較短，這種運(yùn)行模式下一次調(diào)頻響應(yīng)速度較快，但持續(xù)性和穩(wěn)定性較差，一般不能滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求。

3.2DEH功控方式下一次調(diào)頻功能實(shí)現(xiàn)方法及特點(diǎn)分析

實(shí)現(xiàn)DEH功控方式下一次調(diào)頻功能，通常在機(jī)組啟動(dòng)中期負(fù)荷較高時(shí)采用，這種運(yùn)行方式在啟動(dòng)中期負(fù)荷較高時(shí)常用，這種運(yùn)行模式下一次調(diào)頻響應(yīng)速度較快，但持續(xù)性和穩(wěn)定性也較差，與閥控方式下一次調(diào)頻性能相比略好，一般也不能滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求。

3.3DCS協(xié)調(diào)控制方式下一次調(diào)頻功能實(shí)現(xiàn)方法及特點(diǎn)分析

實(shí)現(xiàn)DCS協(xié)調(diào)控制方式下一次調(diào)頻功能，通常在機(jī)組啟動(dòng)中后期時(shí)采用，這種運(yùn)行方式在機(jī)組負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷50%以上時(shí)常用，此時(shí)DCS側(cè)一次調(diào)頻功能投入，DEH側(cè)一次調(diào)頻功能不投入；這種運(yùn)行模式下一次調(diào)頻響應(yīng)速度較慢，但持續(xù)性和穩(wěn)定性較好，一般基本能滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求。

3.4DCS+DEH協(xié)調(diào)控制方式下一次調(diào)頻功能實(shí)現(xiàn)方法及特點(diǎn)分析

實(shí)現(xiàn)DCS+DEH協(xié)調(diào)控制方式下一次調(diào)頻功能，通常在機(jī)組啟動(dòng)后期時(shí)采用，這種運(yùn)行方式在機(jī)組負(fù)荷達(dá)到額定負(fù)荷50%以上時(shí)常用，此時(shí)DCS與DEH側(cè)一次調(diào)頻功能均投入；這種運(yùn)行模式下一次調(diào)頻響應(yīng)速度較快，持續(xù)性和穩(wěn)定性也較好，完全能滿足電網(wǎng)運(yùn)行要求。

4　一次調(diào)頻試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)機(jī)組在285MW負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行的一次調(diào)頻動(dòng)作數(shù)據(jù)分析，其死區(qū)、滯后時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間等均能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求；通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，DEH功控方式下機(jī)組實(shí)際轉(zhuǎn)速不等率為3.70%（⊿r=12.8rpm）、3.39%（⊿r=-12.8rpm）、4.22%（⊿r=12.8rpm）和5.25%（⊿r=-12.8rpm），平均轉(zhuǎn)速不等率為4.11%，機(jī)組一次調(diào)頻性能滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

5　結(jié)語

某廠機(jī)組一次調(diào)頻控制策略在進(jìn)行優(yōu)化后，一次調(diào)頻響應(yīng)能力有了較大程度提高，通過對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其死區(qū)、滯后時(shí)間、響應(yīng)時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間等均能滿足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)要求，性能指標(biāo)滿足《西北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行管理辦法》中關(guān)于一次調(diào)頻主要技術(shù)指標(biāo)的要求。在最近幾次電網(wǎng)頻率波動(dòng)中，機(jī)組一次調(diào)頻實(shí)際響應(yīng)情況良好，滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行要求。

Optimization of thermal power unit primary frequency control logic and test analysis

Liu Yun，Han Qiuxi，Zou Baochan，Hao Zhen
（China datang group， institute of science and technology co.， LTD. Northwest branch，xi 'an，710065）

The composition and characteristics of primary frequency control system for thermal power unit are analyzed，such as the optimal primary frequency control logic and test methods and data are expounded and analyzed，the unit test of primary frequency for the specification，improve the unit primary frequency control performance，meet the requirements of the primary frequency control operation technical index is of great significance.

thermal power unit；A frequency modulation；Logic optimization；The test；Analysis of the

李云（1964-）男，漢，本科，高級(jí)工程師，主要從事電廠熱工控制系統(tǒng)及涉網(wǎng)試驗(yàn)研究。

楊振勇， 李衛(wèi)華， 駱意. 火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻問題研究［J］. 華北電力技術(shù)， 2008（1）： 16-20.