600MW超臨界機組一次調頻控制邏輯優化

蔡建飛，李萬軍，王 軍

(淮滬煤電有限公司田集發電廠，安徽 淮南 232082)

600MW超臨界機組一次調頻控制邏輯優化

蔡建飛，李萬軍，王 軍

(淮滬煤電有限公司田集發電廠，安徽 淮南 232082)

針對傳統一次調頻控制策略中存在的控制滯后、影響機組穩定性等調頻能力的不足，提出了測頻系統設備改進及邏輯控制策略優化方案，提高了測頻精度和控制準確度，在保證充足調頻電量的前提下，提高了主汽壓力、功率等參數的穩定性，保障了機組安全、經濟、穩定運行。

一次調頻；頻差；汽輪機轉速；快動慢回；快動緩回

0 引言

一次調頻，是指電網的頻率一旦偏離額定值時，電網中機組的控制系統就自動地控制機組有功功率的增減，限制電網頻率變化，使電網頻率維持穩定的自動控制過程。

目前，絕大多數電廠的一次調頻控制采用CCS(Coordinated Control Systems，協調控制系統)+DEH(Digital Electric Hydraulic Control Systems，數字電液控制系統）聯合方式，依據汽輪發電機組的轉速信號來判斷電網頻率是否超限。這存在滯后性，不僅影響一次調頻動作的及時性，還易引起汽輪機調門晃動，造成主汽壓力波動和負荷偏差較大，進而影響機組的運行。

1 機組概況

某發電廠1期工程建設2×600 MW超臨界機組，鍋爐為上海鍋爐廠有限公司生產的超臨界參數變壓運行螺旋管圈直流爐，為單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態排渣、全鋼懸吊結構Π型、露天布置燃煤鍋爐。汽輪機為上海汽輪機廠有限公司生產的超臨界、一次中間再熱三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機。1，2號機組分別于2007年7月和10月投入商業運行，DCS(Distributed Control System，分布式控制系統)采用上海西屋控制系統有限公司基于UNIX操作系統開發的OVATION1.7.2分散控制系統。

該發電廠輸送線路接入的是容量大的特高壓線路，一次調頻動作對每臺機組要求的積分電量也相應較多，有必要對一次調頻方案進行優化，幫助電網頻率快速恢復。

2 優化方案

2.1 測量系統改進

傳統一次調頻系統控制信號采用汽輪發電機組的轉速信號，鑒于轉速信號的滯后性，新控制策略決定采用頻率信號。

為確保系統的可靠運作，新測量系統配置3套頻率測量裝置，以確保“三取二”頻率采樣源的安全裕量。每套頻率測量裝置支持3路以上4—20 mA模擬信號的輸出，并支持3路以上數字信號的輸出，測量精度達到0.000 1 Hz。

測量系統同時配置了2臺冗余衛星主時鐘，確保動作時間與電網一致。測頻工作原理如圖1所示。

圖1 測頻工作原理示意

2.2 邏輯控制方案優化

一次調頻原控制方案為CCS+DEH聯合方式，其原理如圖2所示。一次調頻負荷指令跟隨汽輪機轉速實時變化，并直接作用于汽輪機調門，導致汽輪機調門晃動，引起機組主汽壓力、負荷等參數的振蕩。

針對傳統控制方案存在的問題，優化方案取消了DEH側的一次調頻指令，將其轉移至CCS側，作為汽輪機主控回路中PID輸出的前饋，以達到一次調頻快速動作的目的。一次調頻的功率變化應設置在功率指令處理的“功率變化率”和“功率上下限”之間，這樣既可以實現快速變負荷，又能保證機組的發電功率控制在允許范圍內。當一次調頻與AGC變化方向不一致時，應優先執行一次調頻動作。

通過設計方向閉鎖邏輯，避免汽輪機主控出現與電網頻率恢復方向反向的操作，即電網頻率高時閉鎖汽輪機主控指令繼續增大，電網頻率低時閉鎖汽輪機主控指令繼續減小。根據閉鎖值的大小決定采用快動慢回還是快動緩回方案，若閉鎖值的設定值為±0.033 Hz，采用快動慢回方案；若設定值絕對值低于0.033 Hz，則采用快動緩回方案。當閉鎖值的設定值為0.020 Hz時，快動緩回方案下可以得到較多的積分電量，有效避免一次調頻連續動作導致調門連續晃動的現象。優化后協調方式下的一次調頻作用原理如圖3所示。

優化方案中，在一次調頻變負荷時減弱對給水分離器溫度的修正作用。在保證安全的范圍內，對給水分離器溫度調節器的入口偏差進行智能處理，設置不同的調節死區，即在一定偏差范圍內不讓修正回路出現反向動作。減溫水回路同樣如此，給主汽溫度設置不同的調節死區，電網頻率高時，閉鎖減溫水調門開；電網頻率低時，閉鎖減溫水調門關。

圖2 傳統一次調頻方案控制原理

圖3 優化后協調方式下的一次調頻作用原理

同時，優化方案考慮到不同的負荷階段鍋爐蓄熱能量的不同，設計了不同負荷階段下對應的不同增益，提高調頻效率，以得到合理情況下的較大積分電量，保障電網頻率快速恢復。

3 優化方案實施

根據以上方案對該發電廠1期工程2號機組進行了優化。優化后，轉速與頻率實時趨勢比較如圖4所示。從圖中可以看出，頻率的變化比汽輪機轉速更及時，且其峰值比汽輪機轉速高。

圖4 轉速與頻率實時趨勢比較

采用優化方案的快動緩回策略后，一次調頻動作時，實際功率與負荷指令的動作趨勢如圖5所示。從圖中可以看出，一次調頻共動作了2次，由于采取的是快動緩回策略，在方向閉鎖的作用下，負荷指令雖然已恢復，但實際功率并未恢復，直至第2次動作結束，電網頻率恢復至正常值時才恢復，因而有效地避免了調門的來回震蕩，并得到了較多的積分電量。

對1，2號機組在一次調頻動作時的各項參數進行了匯總，比較結果如表1所示。從表中數據可以看出，1號機有2次動作的積分電量達到電網要求(華東電網60 %，皖電東送80 %)，而2號機組的積分電量都在100 %以上，且汽輪機調門的動作幅度較小。

由此可見，優化后的方案有效地避免了汽輪機調門的振蕩，保證了主汽壓力和機組功率等參數的相對穩定。

圖5 優化后一次調頻動作趨勢

4 結束語

針對傳統一次調頻方案中存在的控制滯后、主參數波動及偏差大等問題，對測頻系統進行設備改造，并優化了調頻控制邏輯，在實際應用中取得了良好的效果，有力地保障了機組安全穩定運行，有利于電網頻率的快速恢復。

表1 1，2號機組一次調頻性能比較

1 林文孚，胡 燕.單元機組自動控制技術[M].北京：中國電力出版社，2007.

2 朱北恒.火電廠熱工自動化系統試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.

3 張玉鐸，王滿稼.熱工自動控制系統[M].北京：水利電力出版社，1984.

4 張朝陽，李衛華，宋兆星.600 MW超臨界直流爐機組協調控制系統策略[J].華北電力技術，2007，35(1)：24-28.

5 沈叢奇，歸一數，程際云，等.快動緩回一次調頻策略[J].電力系統自動化，2015，39(13)：159-162.

6 陳仕剛.一次調頻反調及CCS負荷反調波動大的原因分析[J].電力安全技術，2013，15(8)：7-10.

2016-12-27。

蔡建飛(1982—)，男，工程師，從事熱控程控點檢工作，email：caijian4554@sina.com。

李萬軍(1980—)，男，工程師，從事熱控技術管理工作。

王 軍(1984—)，女，助理工程師，從事熱控程控點檢工作。