超超臨界機組一次調頻優化研究

摘 要：分析了目前超超臨界機組一次調頻和AGC在兩個細則要求下存在的問題，提出了優化方向，將優化方案在新昌電廠兩臺機組上實施，試驗和運行效果良好，一次調頻和AGC水平得到了顯著提升。

關鍵詞：一次調頻；AGC；高調門；流量特性；變負荷速率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.197

0 引言

隨著特高壓入贛及風電、太陽能等新能源建設的迅猛發展，區域電網結構日趨復雜，對電網的安全和穩定運行的技術要求相應提升。風電、太陽能等新能源發電的可預測性相對不佳，且風電的高峰負荷大多出現在用電量的波谷處，同時新能源發電的可控性相對較差，一次調頻貢獻能力有限。如何在保證電網快速發展的同時，保證電網頻率、電壓等技術指標，成為一個重要的技術難題。

1 目前國內火電機組一次調頻運行主要問題

在機組實際運行過程中，由于運行工況、現場設備等原因，機組一次調頻功能往往受到較大影響，下面簡單介紹了常見的一次調頻存在問題。

1.1 一次調頻響應時間過長

個別機組在一次調頻試驗時，負荷響應大于技術要求的3s開始動作，有的甚至長達 5-10s開始響應調頻指令，這類機組一次調頻的性能對電網調頻一般起不到正常的補償作用，反而可能引起反向補償。

1.2 一次調頻動作范圍設置不合理

投入條件設置不恰當，一般上限應預留3%的額度，下限設置在穩燃負荷（50%額定負荷以下）。在限幅點附近要設置死區，避免在限幅點往往會引起機組負荷頻繁晃動，影響機組安全運行。

1.3 一次調頻與AGC的相互影響

在機組運行過程中，無論何種工況，為了保證大電網的頻率穩定性，一次調頻應優先動作。目前，機組投入AGC運行的越來越多，負荷指令變化比較快，一次調頻動作時，如果負荷指令沒有一次調頻優先動作方案設計應用，則會出現負荷指令和一次調頻指令正向疊加或反向削弱。正向疊加即一次調頻指令增負荷時機組負荷指令恰好也是升負荷（或一次調頻指令和機組負荷指令都是減負荷指令），這種情況，相當于增大了一次調頻指令，機組負荷調整幅度也大。而出現反向削弱的情況則是一次調頻指令與機組負荷指令相反，這樣勢必削弱機組一次調頻性能。

1.4 機組運行方式

目前，很多機組采用節流配汽經濟方式運行，調節閥大開度是造成一次調頻能力低下的主要原因。調節閥大開度運行可以減少節流損失，提升經濟性，但同時也會造成向上調節余量不足，一次調頻能力會被嚴重削弱。有些電廠正常運行限制或完全閉鎖了補汽閥的開啟，這使得補汽閥的一次調頻作用喪失，機組整體一次調頻能力也被減弱。

1.5 機組高調門流量特性不線性

大部分機組運行時汽機采用順序閥的閥位控制模式。處于功率調節狀態的閥組，在開度20%-60%之間是線性行程，開度在此范圍之外均為非線性行程。當系統發生頻率擾動時，如果汽機處于閥門切換過程或閥位行程模擬不準確，都會影響機組一次調頻效果。建議優化閥門流量特性曲線，特別是解決閥切換過程的流量線性問題，提高一次調頻效果。

1.6 煤質和輔機設備影響

目前大部分機組在協調控制方式下運行，在一次調頻動態調整過程中，鍋爐主控會自動調整燃料完成蒸汽壓力變化的補償，而如果入爐煤質較差，鍋爐的動態調整過程勢必增長，影響機組穩定，尤其對于直流鍋爐表現更明顯。

2 一次調頻優化方案及實施效果

2.1 高調門變壓優化試驗

當汽輪機采用滑壓運行方式時，高調門開度不變，維持進汽面積不變，通過鍋爐調節改變蒸汽壓力來適應負荷的變化。從熱經濟的角度來說，滑壓運行可以減少調門節流損失、提高高壓缸的效率，減少給水泵耗功，但新蒸汽壓力的降低也使得機組的理想循環熱效率下降，因此只有當理想循環熱效率的降低小于高壓缸內效率的提高和給水泵動力消耗的減少（對于配備汽動給水泵的機組即為機組熱耗率減少）時，采用滑壓運行方式才能提高機組的熱經濟性。理論與大量實踐證實，對于不同的負荷點必存在著一個最佳主蒸汽壓力，使得機組的經濟性最好（對應機組熱耗率最低）。而且，根據汽輪機原理，超（超）臨界機組低負荷滑壓運行較亞臨界機組更容易取得經濟效益上的優勢。

根據試驗結果，確定#2機組在630MW以下負荷開始變壓運行，以取得良好的經濟效益。經變壓試驗優化后，在540MW～300MW工況下，修正后熱耗率最大下降74.61kJ/（kW.h），平均下降55.63kJ/（kW.h），折算供電煤耗下降2.18g/（kW.h）；同時，在480MW～300MW工況下，因調門閥序的變更，尋優后的主蒸汽壓力較混合閥下平均提高2.22MPa，相應提高了該負荷段下機組一次調頻的響應能力。

2.2 高調門配汽函數優化

為了改進#2機組進汽流量的精確控制水平及機網協調能力，對DEH系統配汽函數進行了重新整定。

降負荷試驗過程中，爐側風水自動，爐側燃燒維持初壓初溫不變（由初始負荷630MW燃煤量，預估結束負荷350MW燃煤量；根據降負荷允許速率3MW/min，每5分鐘手動減燃煤若干噸或減負荷指令）；機側為維持機前主汽壓力，手動減小總閥位指令（手動輸入，每次0.1%-0.2%），#1高調門及#3高調門依次關閉，待#2/#4高調門開度小于40%，停止試驗。（最終最小負荷，視#2/#4高調門開度達到40%為定）。

#2機組在兩閥點和三閥點處的調節閥重疊度過小且高調閥空行程步進幅度過大，存在調節閥異常大幅晃動的隱患（同類型某機組在東汽自控改造后，運行過程中已出現多次LVDT脫落現象）。同時，該機組高壓調節閥有別于300MW等級機組，其預啟閥全開行程達到調節閥總行程的20%左右，而東汽自控的整定值默認為11.236%。針對以上情形，根據現場實際情況，以全過程流量控制線性化和重疊度規范化為標準，對#2機組DEH系統配汽函數進行了重新整定，進一步提高汽輪機在順序閥閥序方式下進汽流量精確控制水平。

2.3 一次調頻動作量信號優化

由于機組一次調頻實際動作量比較小，因此在系統計算時，小的偏差對計算結果影響也比較明顯，提高一次調頻的數據精度是提高機組一次調頻合格率的有效途徑之一。目前，江西省內電廠一次調頻動作量采用轉速信號，轉速量程比較大，一般2950rpm-3050rpm或更大，精度比較低。調度考核采用的是頻率信號，因此新昌兩臺機組利用等級檢修機會，增加切換模塊，由汽輪機轉速信號（三取中）改為“同源”頻率信號（二取平均），減少一次調頻數據精度誤差帶來的影響。

2.4 “快動慢回”邏輯優化

為了提高一次調頻的性能，確定了“快動慢回”一次調頻的控制策略?！翱靹勇亍奔匆淮握{頻動作后，通過一次調頻函數F（x）改變一次調頻前饋，改變的一次調頻動作量在頻差信號恢復過程中滯后恢復，直到一次調頻過程結束。這樣，保證了一次調頻“快動”的性能，且在恢復過程中由于慣性作用，提供了更多的一次調頻電量，減緩了調頻裝置的振蕩。

3 結束語

隨著電網用電結構和電源組成編號，電網的協調控制越來越復雜，一次調頻和AGC已成為電網控制的基本和重要功能。本文針對新昌兩臺機組一次調頻存在的問題分析，通過汽機高調門配汽函數的優化和變壓優化，同時對調頻信號邏輯優化，基本解決了新昌兩臺機組一次調頻存在的問題，在滿足電網兩個細則考核要求的同時也獲得了電網額外獎勵，給機組帶來了可觀的經濟效益。

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作者簡介：張志鵬（1985-），男，江西南昌人，研究生，工程師，研究方向：火電廠熱工自動化。