火電廠300MW 機組一次調頻系統設計與應用

陳賽男

（江蘇基久網絡科技有限公司南京分公司，江蘇 南京210000）

機組的一次調頻系統可以對并網后的速度進行有效控制,如果一次調頻系統功能與相關要求出現偏差,將無法及時處理電網運行故障,對電網和機組的安全性產生直接影響,嚴重甚至會引發多種事故。因此,電網對機組的一次調頻要求也更加嚴格。為了保證電網運行的穩定性,從根本提升電能質量和調頻水平,必須徹底消除頻率波動。這就要求機組一次調頻系統,需要迅速適應不同的環境變化,擁有更強的穩定性。

1 一次調頻的概念及重要性

通過對汽輪機速度進行調整,可以充分結合外界負荷變化,保證電網處于穩定頻率運行, 就是一次調頻系統的設計目的和基本概念。一次調頻可以使電網頻率波動逐漸減少,提升電網的可靠性,滿足現實需要。

隨著機組電調系統應用范圍的不斷延伸與廣泛應用,液壓調速系統經過改造,變成電調系統機組。由于一次調頻運行方式對電網具有十分重要的促進作用, 發電機組處于自身使用性能的影響,在汽輪機調速系統發生變化后,不需要再投入一次調頻,這樣電網系統主要由二次調頻來完成。當電網發電負荷需要與供電負荷保持平衡性,會使電網穩定性受到影響。因此,在該種情況下,電網系統一次調頻已經成為提升電網穩定性的關鍵手段,發電機組一次調頻系統通過一次調頻功能,滿足電網對于穩定性的要求。

2 一次調頻系統概述

某火電廠300MW供熱發電機組,其機組控制為單元制,采用多種方式相結合的方式進行控制。該機組主要以DCS和DEH 系統為主要的控制系統。在進行設計時,需要對機組的運行狀態和負荷變化有全面的了解,靈活進行設計,合理進行應用,才能保證設計的合理性,為機組平穩運行提供充足的保證,滿足機組運行的多種需要。

3 系統設計情況

3.1 DCS頻率校正回路

在對機組調頻系統進行設計時,需要對DCS 與DEH 之間的配合進行充分的分析和考慮, 同時需要充分利用DSC的一次調頻對控制系統進行矯正,否則DCS將無法發揮調頻作用。如果機組一次調頻功能可以順利使用,而DCS 中一次調頻屬于切除狀態,將會對機組的一次調頻功能發揮產生直接的影響。

3.2 頻差函數的設置

轉速不等率會對功率回路變化產生直接的影響,當功率目標值逐漸減小時,功率回路參考值會逐漸增加。根據一次調頻系統運行的相關要求, 轉速死區具有明確的參考值,DEC設計需要在汽輪機調速氣門指令中疊加頻率信號,如果以CCS 方式投入,調頻負荷會被限制。以火電廠的相關參數為依據,在保持額定電壓的基礎上,對調門開度進行調整,使其可以逐漸增加到百分之八十以上,機組負荷從初始參數增加到300MW,因此,DEH 函數曲線會形成清晰的折線,作為函數曲線計算的主要參數。

3.3 一次調頻邏輯設計

通過DEH 系統可以實現一次調頻的所有功能, 在汽輪機調速汽門指令處與頻差信號進行融合, 同時需要在校正回路中投入DCS,使機組工作狀態無論怎樣變化,采用任何一種方式,都可以實現一次調頻的功能。在保證一次調頻系統可以快速響應的基礎上,保持調頻的連續性。該系統的一次調頻功能不能隨意更改,需要確保一次調頻系統始終都處于投入狀態。經過科學的試驗后得知,通過此方式的設計,調頻響應基本不存在滯后性,響應非常及時、快速,對頻率變化最為敏感。在DEH 設計中,一次調頻系統的閥控方式和頻率都需要具有共同的功能。閥控方式會通過疊加閥差函數完整進行輸出,實現一次調頻;在投入功率回路時,頻率偏差需要及時進行轉換,以功率偏差進行展示,與目標負荷相重合,當電網頻率出現偏差時,調門會自動調整開度,使目標負荷發生變化,在協調作用下保證一次調頻系統的實時性。從以上的分析可以看出,DCS和DEH都可以對功率回路進行控制,兩種方式都具有調頻作用,與一次調頻運行管理相關規定完全符合, 在保證機組處于全程負荷的狀態下,實現一次調頻功能。

3.4 負荷變化幅度

機組的一次調頻功能可以對系統速度進行調整,在限制機組一次調頻負荷變化的情況下,需要對機組有清晰的了解,為機組安全運行提供保證。機組在運行過程中出現的負荷變化,是衡量機組穩定性的主要因素。

4 火電廠300MW 機組一次調頻系統實際應用

4.1 DEH 測一次調頻

DEH 側一次調頻,與頻差相對應的負荷經過限制會與定值相結合,經功率回路等多個不同的程序調整后,可以作為機組一次調頻的開度指令,直接控制和調節閥的開度,使機組負荷可以快速恢復正常。DEH 一次調頻具有反應快的主要特征,缺點主要體現在調節品質方面,調節品質很難得到保證,對機組平穩運行產生不利影響。如果DEH 功率回路和調節級壓力回路存在問題, 則以此調頻對比例進行調節即可,調節結果會受到運行參數的影響,因此實際負荷變化與調頻負荷之間會出現不統一的問題。

4.2 CCS側一次調頻

在CCS處于自動化狀態的情況下, 可以開展CCS一次調頻,當調頻負荷處于穩定情況時,由專業人員疊加目標負荷,作為機組負荷給定值設置的依據。汽輪機主控制器通過發出一系列的制定對汽輪機負荷進行控制, 通過鍋爐主控制器對燃料和風量進行控制,以保證主氣壓參數的穩定性。與DEH 具有明顯的不同,CCS以此調頻負荷及計算,主要以機組目標負荷為基礎,而DEH 以此調頻負荷計算,需要以實際負荷為準。CCS一次調頻最為顯著的優點就是可以保持機組長時間的穩定性,缺點就是響應的時間比較長,不能快速了解電網頻率變化。

4.3 控制策略的優化

雖然機組在CCS和DEH 都進行了科學的設計, 但是只是從設備方面進行考慮, 并沒有將機組整體運行安全作為考慮的主要因素,同時以往的控制策略需要結合機組運行情況,采取不同的方式進行控制,設計缺乏準確性,無法為機組穩定性提升產生促進作用。因此,需要對以往的控制策略進行改進和優化。

為了保證機組在運行過程中,一次調頻產生的負荷變化可以控制在合理的范圍內。當機組處于低負荷運行時,系統效率會逐漸升高,機組按照一次調頻要求迅速發生響應,機組燃燒率需要高于最低負荷,以保證機組出現不穩定時不會影響系統性能的發揮。因此,機組在不同負荷狀態進行運行時,所使用的控制模式必須具有修正作用, 如此可以為機組響應一次調頻負荷要求提供穩定的基礎,使機組可以在安全、穩定的環境中持續運行。在進行CCS側一次調頻回路優化時,需要對不同時間的參數進行調整,使參數可以保持在十五。根據不同閥的類型,對DEH 側調頻進行幅度修正,以優化系統設計。

5 結論

綜上所述,采用DEH 進行一次系統設計,可以使機組在投入后擁有更多的功能,并且機組一次調頻功能可以迅速適應不同環境的變化,即使出現頻率死區,依然可以具有良好的調頻效果。一次調頻系統與投入方式具有直接的關系, 按照負荷調整時間和動態偏差,進行排序后發現,大型機組的一次調頻系統不僅需要保證機組的穩定性,同時需要為電網運行提供技術方面的支持,科學、合理的設計,可以使機組運行可靠性得到顯著的提升,需要設計人員更加重視。