火電機組一次調頻控制系統升級改造實踐

摘要：火電機組一次調頻是電網頻率穩定的有力和優質支撐，因此調度對機組一次調頻的作用極其重視。但火電機組的一次調頻控制存在頻率測量不精確，控制受機組不同負荷工況影響大等問題。本文通過在控制的測量與策略進行技術改造，達到了較理想的一次調頻控制品質，可對一次調頻優化提供較好的參考作用。

關鍵詞：火電機組一次調頻;控制品質;技術改造;頻率測量;控制優化

1 概述

某電廠2臺300MW機組在投入一次調頻控制后，在云南調度控制中心輔助服務考核[1][2]中是處于被考核最嚴重的廠之一，經對機組的一次調頻控制系統問題進行分析，主要存在如下問題：

（1）一次調頻的調頻指令形成信號-機組頻率采用汽機轉速信號的精度問題。DEH三選信號[3]的測量精度目前僅為1轉/分鐘，在低轉速偏差時形成的一次調頻動作量誤差很大，如：除去2轉/分鐘頻率偏差死區后，若汽機轉速為3003轉/分鐘時，5%調差系數時的調頻功率指令為-2MW，實際計算調頻功率指令因測量誤差可能為0，顯然不合格;若汽機轉速為3004轉/分鐘時，5%調差系數時的調頻功率指令為-4MW，實際計算調頻功率指令因測量誤差可能為-2MW，加之負荷調節有響應時間，也很難達到要求的50%調頻電量。低于額定轉速的一次調頻也類似。

（2）一次調頻在不同的工況時，機組主汽壓力對負荷閉環調節的響應影響很大，導致為滿足額定壓力的負荷控制不超調、振蕩，在低壓力時的負荷自動控制較慢，影響了一次調頻的考核指標。

（3）在鍋爐側的主要自動未投入、投好時，主汽壓力控制不佳，在機組一次調頻負荷響應時，因壓力朝相反方向變化，抵消了機組負荷控制的快速響應能力，導致一次調頻的調節指標變差。

（4）機組的DEH汽機調門為進一步提高機組的經濟性進行了開度的優化，致響應機組開度流量線性化變差，負荷響應變慢。

2 解決方案

（1）針對問題1。選用升級版的DEH轉速卡件更換老的轉速卡，使轉速測量進入DCS系統后達到0.001轉/分鐘的計算精度，大幅提高調頻功率指令精度，滿足規定與實際要求。若采用機組頻率變送器，現在市面上的頻率變送器精度最高為0.2%量程，量程一般在45-55Hz，計算出的頻率精度為0.02Hz即1.2轉/分鐘，計算的一次調頻功率指令誤差仍然很大，不能滿足一次調頻指令精度要求。

（2）針對問題2。采用機組主汽壓力自適應[4]的負荷控制方法，補償主汽壓力變化對負荷控制的影響，保證一次調頻控制品質在不同壓力工況下的一致性。

（3）針對問題3。采用快速自適應燃煤熱值的協調控制策略[5]及磨煤機模擬風量自動控制方法[6]，解決目前機組因磨煤機風量測量不準，導致的磨風量自動不能投入影響燃料調節中燃燒滯后加大，影響協調控制的調節品質;采用軟測量的快速燃煤熱值協調控制新技術，極大解決了各種煤參燒的燃煤熱值變化大及因磨煤系統堵煤引起的給煤控制變化大的擾動，相關技術已經成功應用在多個電廠。

（4）針對問題4。恢復168小時試運的汽機調門曲線線性修正函數，以提高機組調門的負荷響應快速性與線性化。

3 改造實施內容

3.1轉速卡的更換與測試

針對1號機組，升級轉速卡及配套的機架與連接件，并配置了DEH組態軟件，進行了相關的轉速精度測試和OPC、超速保護等測試，測試表明轉速計算精度為0.001RPM，實際測量誤差為0.150RPM，精度滿足一次調頻控制的需要。

3.2 控制邏輯修改

3.2.1 主汽壓力自適應機組功率調節的改進

進行了機組功率調節的的主汽壓力自適應的技術改進。通過改進，可使機組功率閉環PID調節在不同的主汽壓力下，保持機組負荷調節品質的一致性和高品質，使機組的一次調頻的快速響應能力在影響最大的主汽壓力參數變化后仍然得到保證。

3.2.2 快速自適應燃煤熱值的協調控制策略的改進

進行了鍋爐燃料調節的快速燃煤熱值自適應改進。燃煤熱值軟測量方法可極大提高響應時間，燃煤熱值可20秒開始響應燃煤的變化，燃料調節可在2-4分鐘響應完成燃煤熱值變化的擾動，極大提高機組供煤品質的多變與摻燒的協調控制適應能力。

進行了協調控制系統的控制策略的改進。在鍋爐能量需求中，增加了壓力偏差及微分的補償，使機組的協調控制過程中主汽壓力控制更快、偏差更小，進一步加強機組一次調頻控制的精度與快速性。

4 投用與分析

在機組的AGC投入后，從圖1的機組負荷控制可看出：1、機組轉速測量可精確、靈敏地變化，機組的一次調頻量功率值能準確靈敏的隨著機組轉速及時形成并疊加在機組的負荷指令上;2、機組功率控制因引入了壓力自適應，在機組各不同主汽壓力負荷階段，機組的負荷控制穩定、快速，從而提高了機組的一次調頻考核的指標，也提高了機組AGC的負荷控制快速性與控制精度指標，即使因機組鍋爐側原因未投入燃料、氧量風量、一次風壓力等自動控制，機組的一次調頻與AGC指標也能顯著改善;3、機組協調控制的關鍵參數熱量信號計算與整定準確，不會因機組調門開度變化引起機組壓力變化的擾動而變化;4、在機組鍋爐主要自動投入后，機組的主汽壓力控制精度能進一步提高，可進一步改善機組的負荷控制品質。

5 結論

通過在某燃煤機組的協調控制系統中實施了的快速煤質自適應控制、壓力自適應機組功率控制等新技術，在燃料自動控制中實施燃煤的快速煤質軟測量新技術，在磨的風量控制中實施了磨的模擬風量測量與控制等新技術，結合機組DEH轉速卡的升級改造達到高精度的一次調頻頻率的測量運算，實現了機組一次調頻與AGC控制品質的大幅提高，極大減少了機組的輔助服務的電量考核，達到了升級改造目的。

參考文獻：

[1]南方區域發電廠并網運行管理實施細則[Z].2017.

[2]南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則[Z].2017.

[3]趙志剛. 淺析熱電廠DEH系統功能與調試[J].能源與節能，2016，12.

[4]劉友寬，劉偉. DEB協調控制系統模擬試驗及應用[J].云南電力技術，2004，01.

[5]劉友寬，潘巾杰，田沛，趙永輝，朱全聰. 煤質自適應校正方案建模仿真[J].熱力發電，2014，01.

[6]劉友寬，盧勇，蘇適，董均宇. 煤質自適應的火電機組AGC控制仿真與應用[J].云南電力技術，2010，02.

作者簡介：

趙森，男，助理工程師，主要從事火電廠發電運行、工程、燃料及綜合事務管理工作。