火電廠300MW 機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳賽男

（江蘇基久網(wǎng)絡(luò)科技有限公司南京分公司，江蘇 南京210000）

機(jī)組的一次調(diào)頻系統(tǒng)可以對(duì)并網(wǎng)后的速度進(jìn)行有效控制,如果一次調(diào)頻系統(tǒng)功能與相關(guān)要求出現(xiàn)偏差,將無法及時(shí)處理電網(wǎng)運(yùn)行故障,對(duì)電網(wǎng)和機(jī)組的安全性產(chǎn)生直接影響,嚴(yán)重甚至?xí)l(fā)多種事故。因此,電網(wǎng)對(duì)機(jī)組的一次調(diào)頻要求也更加嚴(yán)格。為了保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性,從根本提升電能質(zhì)量和調(diào)頻水平,必須徹底消除頻率波動(dòng)。這就要求機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng),需要迅速適應(yīng)不同的環(huán)境變化,擁有更強(qiáng)的穩(wěn)定性。

1 一次調(diào)頻的概念及重要性

通過對(duì)汽輪機(jī)速度進(jìn)行調(diào)整,可以充分結(jié)合外界負(fù)荷變化,保證電網(wǎng)處于穩(wěn)定頻率運(yùn)行, 就是一次調(diào)頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目的和基本概念。一次調(diào)頻可以使電網(wǎng)頻率波動(dòng)逐漸減少,提升電網(wǎng)的可靠性,滿足現(xiàn)實(shí)需要。

隨著機(jī)組電調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用范圍的不斷延伸與廣泛應(yīng)用,液壓調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)過改造,變成電調(diào)系統(tǒng)機(jī)組。由于一次調(diào)頻運(yùn)行方式對(duì)電網(wǎng)具有十分重要的促進(jìn)作用, 發(fā)電機(jī)組處于自身使用性能的影響,在汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生變化后,不需要再投入一次調(diào)頻,這樣電網(wǎng)系統(tǒng)主要由二次調(diào)頻來完成。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)電負(fù)荷需要與供電負(fù)荷保持平衡性,會(huì)使電網(wǎng)穩(wěn)定性受到影響。因此,在該種情況下,電網(wǎng)系統(tǒng)一次調(diào)頻已經(jīng)成為提升電網(wǎng)穩(wěn)定性的關(guān)鍵手段,發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)通過一次調(diào)頻功能,滿足電網(wǎng)對(duì)于穩(wěn)定性的要求。

2 一次調(diào)頻系統(tǒng)概述

某火電廠300MW供熱發(fā)電機(jī)組,其機(jī)組控制為單元制,采用多種方式相結(jié)合的方式進(jìn)行控制。該機(jī)組主要以DCS和DEH 系統(tǒng)為主要的控制系統(tǒng)。在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),需要對(duì)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷變化有全面的了解,靈活進(jìn)行設(shè)計(jì),合理進(jìn)行應(yīng)用,才能保證設(shè)計(jì)的合理性,為機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行提供充足的保證,滿足機(jī)組運(yùn)行的多種需要。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)情況

3.1 DCS頻率校正回路

在對(duì)機(jī)組調(diào)頻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),需要對(duì)DCS 與DEH 之間的配合進(jìn)行充分的分析和考慮, 同時(shí)需要充分利用DSC的一次調(diào)頻對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行矯正,否則DCS將無法發(fā)揮調(diào)頻作用。如果機(jī)組一次調(diào)頻功能可以順利使用,而DCS 中一次調(diào)頻屬于切除狀態(tài),將會(huì)對(duì)機(jī)組的一次調(diào)頻功能發(fā)揮產(chǎn)生直接的影響。

3.2 頻差函數(shù)的設(shè)置

轉(zhuǎn)速不等率會(huì)對(duì)功率回路變化產(chǎn)生直接的影響,當(dāng)功率目標(biāo)值逐漸減小時(shí),功率回路參考值會(huì)逐漸增加。根據(jù)一次調(diào)頻系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)要求, 轉(zhuǎn)速死區(qū)具有明確的參考值,DEC設(shè)計(jì)需要在汽輪機(jī)調(diào)速氣門指令中疊加頻率信號(hào),如果以CCS 方式投入,調(diào)頻負(fù)荷會(huì)被限制。以火電廠的相關(guān)參數(shù)為依據(jù),在保持額定電壓的基礎(chǔ)上,對(duì)調(diào)門開度進(jìn)行調(diào)整,使其可以逐漸增加到百分之八十以上,機(jī)組負(fù)荷從初始參數(shù)增加到300MW,因此,DEH 函數(shù)曲線會(huì)形成清晰的折線,作為函數(shù)曲線計(jì)算的主要參數(shù)。

3.3 一次調(diào)頻邏輯設(shè)計(jì)

通過DEH 系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻的所有功能, 在汽輪機(jī)調(diào)速汽門指令處與頻差信號(hào)進(jìn)行融合, 同時(shí)需要在校正回路中投入DCS,使機(jī)組工作狀態(tài)無論怎樣變化,采用任何一種方式,都可以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻的功能。在保證一次調(diào)頻系統(tǒng)可以快速響應(yīng)的基礎(chǔ)上,保持調(diào)頻的連續(xù)性。該系統(tǒng)的一次調(diào)頻功能不能隨意更改,需要確保一次調(diào)頻系統(tǒng)始終都處于投入狀態(tài)。經(jīng)過科學(xué)的試驗(yàn)后得知,通過此方式的設(shè)計(jì),調(diào)頻響應(yīng)基本不存在滯后性,響應(yīng)非常及時(shí)、快速,對(duì)頻率變化最為敏感。在DEH 設(shè)計(jì)中,一次調(diào)頻系統(tǒng)的閥控方式和頻率都需要具有共同的功能。閥控方式會(huì)通過疊加閥差函數(shù)完整進(jìn)行輸出,實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻;在投入功率回路時(shí),頻率偏差需要及時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換,以功率偏差進(jìn)行展示,與目標(biāo)負(fù)荷相重合,當(dāng)電網(wǎng)頻率出現(xiàn)偏差時(shí),調(diào)門會(huì)自動(dòng)調(diào)整開度,使目標(biāo)負(fù)荷發(fā)生變化,在協(xié)調(diào)作用下保證一次調(diào)頻系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。從以上的分析可以看出,DCS和DEH都可以對(duì)功率回路進(jìn)行控制,兩種方式都具有調(diào)頻作用,與一次調(diào)頻運(yùn)行管理相關(guān)規(guī)定完全符合, 在保證機(jī)組處于全程負(fù)荷的狀態(tài)下,實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能。

3.4 負(fù)荷變化幅度

機(jī)組的一次調(diào)頻功能可以對(duì)系統(tǒng)速度進(jìn)行調(diào)整,在限制機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷變化的情況下,需要對(duì)機(jī)組有清晰的了解,為機(jī)組安全運(yùn)行提供保證。機(jī)組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的負(fù)荷變化,是衡量機(jī)組穩(wěn)定性的主要因素。

4 火電廠300MW 機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

4.1 DEH 測(cè)一次調(diào)頻

DEH 側(cè)一次調(diào)頻,與頻差相對(duì)應(yīng)的負(fù)荷經(jīng)過限制會(huì)與定值相結(jié)合,經(jīng)功率回路等多個(gè)不同的程序調(diào)整后,可以作為機(jī)組一次調(diào)頻的開度指令,直接控制和調(diào)節(jié)閥的開度,使機(jī)組負(fù)荷可以快速恢復(fù)正常。DEH 一次調(diào)頻具有反應(yīng)快的主要特征,缺點(diǎn)主要體現(xiàn)在調(diào)節(jié)品質(zhì)方面,調(diào)節(jié)品質(zhì)很難得到保證,對(duì)機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行產(chǎn)生不利影響。如果DEH 功率回路和調(diào)節(jié)級(jí)壓力回路存在問題, 則以此調(diào)頻對(duì)比例進(jìn)行調(diào)節(jié)即可,調(diào)節(jié)結(jié)果會(huì)受到運(yùn)行參數(shù)的影響,因此實(shí)際負(fù)荷變化與調(diào)頻負(fù)荷之間會(huì)出現(xiàn)不統(tǒng)一的問題。

4.2 CCS側(cè)一次調(diào)頻

在CCS處于自動(dòng)化狀態(tài)的情況下, 可以開展CCS一次調(diào)頻,當(dāng)調(diào)頻負(fù)荷處于穩(wěn)定情況時(shí),由專業(yè)人員疊加目標(biāo)負(fù)荷,作為機(jī)組負(fù)荷給定值設(shè)置的依據(jù)。汽輪機(jī)主控制器通過發(fā)出一系列的制定對(duì)汽輪機(jī)負(fù)荷進(jìn)行控制, 通過鍋爐主控制器對(duì)燃料和風(fēng)量進(jìn)行控制,以保證主氣壓參數(shù)的穩(wěn)定性。與DEH 具有明顯的不同,CCS以此調(diào)頻負(fù)荷及計(jì)算,主要以機(jī)組目標(biāo)負(fù)荷為基礎(chǔ),而DEH 以此調(diào)頻負(fù)荷計(jì)算,需要以實(shí)際負(fù)荷為準(zhǔn)。CCS一次調(diào)頻最為顯著的優(yōu)點(diǎn)就是可以保持機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定性,缺點(diǎn)就是響應(yīng)的時(shí)間比較長(zhǎng),不能快速了解電網(wǎng)頻率變化。

4.3 控制策略的優(yōu)化

雖然機(jī)組在CCS和DEH 都進(jìn)行了科學(xué)的設(shè)計(jì), 但是只是從設(shè)備方面進(jìn)行考慮, 并沒有將機(jī)組整體運(yùn)行安全作為考慮的主要因素,同時(shí)以往的控制策略需要結(jié)合機(jī)組運(yùn)行情況,采取不同的方式進(jìn)行控制,設(shè)計(jì)缺乏準(zhǔn)確性,無法為機(jī)組穩(wěn)定性提升產(chǎn)生促進(jìn)作用。因此,需要對(duì)以往的控制策略進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。

為了保證機(jī)組在運(yùn)行過程中,一次調(diào)頻產(chǎn)生的負(fù)荷變化可以控制在合理的范圍內(nèi)。當(dāng)機(jī)組處于低負(fù)荷運(yùn)行時(shí),系統(tǒng)效率會(huì)逐漸升高,機(jī)組按照一次調(diào)頻要求迅速發(fā)生響應(yīng),機(jī)組燃燒率需要高于最低負(fù)荷,以保證機(jī)組出現(xiàn)不穩(wěn)定時(shí)不會(huì)影響系統(tǒng)性能的發(fā)揮。因此,機(jī)組在不同負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)行時(shí),所使用的控制模式必須具有修正作用, 如此可以為機(jī)組響應(yīng)一次調(diào)頻負(fù)荷要求提供穩(wěn)定的基礎(chǔ),使機(jī)組可以在安全、穩(wěn)定的環(huán)境中持續(xù)運(yùn)行。在進(jìn)行CCS側(cè)一次調(diào)頻回路優(yōu)化時(shí),需要對(duì)不同時(shí)間的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,使參數(shù)可以保持在十五。根據(jù)不同閥的類型,對(duì)DEH 側(cè)調(diào)頻進(jìn)行幅度修正,以優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

5 結(jié)論

綜上所述,采用DEH 進(jìn)行一次系統(tǒng)設(shè)計(jì),可以使機(jī)組在投入后擁有更多的功能,并且機(jī)組一次調(diào)頻功能可以迅速適應(yīng)不同環(huán)境的變化,即使出現(xiàn)頻率死區(qū),依然可以具有良好的調(diào)頻效果。一次調(diào)頻系統(tǒng)與投入方式具有直接的關(guān)系, 按照負(fù)荷調(diào)整時(shí)間和動(dòng)態(tài)偏差,進(jìn)行排序后發(fā)現(xiàn),大型機(jī)組的一次調(diào)頻系統(tǒng)不僅需要保證機(jī)組的穩(wěn)定性,同時(shí)需要為電網(wǎng)運(yùn)行提供技術(shù)方面的支持,科學(xué)、合理的設(shè)計(jì),可以使機(jī)組運(yùn)行可靠性得到顯著的提升,需要設(shè)計(jì)人員更加重視。