一期機(jī)組一次調(diào)頻優(yōu)化一次調(diào)頻扭虧為盈

大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司熱控專業(yè) 陜西 韓城 715400

1 前言

各機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，受外界負(fù)荷變動(dòng)影響，電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，這時(shí)各機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)作用，改變各機(jī)組所帶的負(fù)荷，使之與外界負(fù)荷相平衡.同時(shí)，還盡力減少電網(wǎng)頻率的變化，這一過(guò)程即為一次調(diào)頻。一次調(diào)頻通過(guò)各原動(dòng)機(jī)調(diào)速器來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，以試驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩隨系統(tǒng)頻率而變動(dòng)。一次調(diào)頻主要指標(biāo)有一次調(diào)頻死區(qū)、轉(zhuǎn)速不等率、一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間、一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間等

AGC(自動(dòng)發(fā)電控制)是并網(wǎng)電廠提供的有償輔助服務(wù)之一，發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi)，機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)跟蹤電力調(diào)度交易機(jī)構(gòu)下發(fā)的指令，按照機(jī)組設(shè)置的調(diào)節(jié)速率適時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)組的出力，用來(lái)滿足電力系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率控制的要求。

一次調(diào)頻及AGC指標(biāo)作為電網(wǎng)對(duì)機(jī)組兩個(gè)細(xì)則考核的兩個(gè)主要內(nèi)容。

1 系統(tǒng)概述

大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司一期2×600MW機(jī)組，鍋爐采用東方鍋爐廠制造的亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對(duì)沖燃燒方式、一次中間再熱、單爐膛平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、尾部雙煙道、全鋼構(gòu)架的π型汽包爐。汽輪機(jī)為T(mén)C4F—42型、單抽、四缸四排汽、亞臨界、一次中間再熱、沖動(dòng)、雙背壓凝汽式汽輪機(jī)，汽輪發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)額定功率為600MW，由東芝公司制造。分散控制系統(tǒng)(DCS)及數(shù)字電液控制系統(tǒng)皆采用美國(guó)西屋公司提供的OVATION 系統(tǒng)。

大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司一期機(jī)組一次調(diào)頻采用DCS與DEH同時(shí)控制的方案，最初DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻控制信號(hào)采用轉(zhuǎn)差信號(hào)，DCS系統(tǒng)一次調(diào)頻控制信號(hào)采用發(fā)電機(jī)頻差信號(hào)。

2 西北電網(wǎng)一次調(diào)頻主要考核指標(biāo)

(1)一次調(diào)頻的人工死區(qū)：電液型汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的火電機(jī)組死區(qū)控制在±0.033Hz內(nèi)。

(2)轉(zhuǎn)速不等率：火電機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率不大于5%。

(3)額定容量600MW及以上的火電機(jī)組，一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)整限幅為機(jī)組額定容量的±6%。

(4)一次調(diào)頻的響應(yīng)特性：一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)滯后時(shí)間火電機(jī)組應(yīng)小于3s；所有機(jī)組一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)整幅度應(yīng)在15秒內(nèi)達(dá)到理論計(jì)算的一次調(diào)頻的最大負(fù)荷調(diào)整幅度的90%；在電網(wǎng)頻率變化超過(guò)機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)開(kāi)始的45秒內(nèi)，機(jī)組實(shí)際出力與響應(yīng)目標(biāo)偏差的平均值應(yīng)在理論計(jì)算的調(diào)整幅度的±5%內(nèi)。

(5)并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組一次調(diào)頻月度平均合格率應(yīng)滿足如下標(biāo)準(zhǔn)：火電、燃?xì)鈾C(jī)組一次調(diào)頻平均合格率不小于70%。

3 存在問(wèn)題

(1)由于DEH系統(tǒng)同DCS系統(tǒng)一次調(diào)頻控制信號(hào)分別采用轉(zhuǎn)差信號(hào)及發(fā)電機(jī)頻差信號(hào)，由于信號(hào)不同源，存在一次調(diào)頻動(dòng)作不同步情況。

(2)一次調(diào)頻存在考核多，獎(jiǎng)勵(lì)少情況。主要體現(xiàn)在合格率低，一期機(jī)組合格率經(jīng)常低于50%，實(shí)際積分電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理論積分電量。從2019年1-8月一次調(diào)頻共考核661萬(wàn)元。獎(jiǎng)勵(lì)只有309萬(wàn)元，對(duì)我公司造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

4 一次調(diào)頻優(yōu)化

為了消除以上問(wèn)題，通過(guò)對(duì)一次調(diào)頻考核數(shù)據(jù)進(jìn)行逐條分析。發(fā)現(xiàn)造成一次調(diào)頻考核多最主要的原因?yàn)椋?1)DEH系統(tǒng)同DCS系統(tǒng)一次調(diào)頻采用的頻率(轉(zhuǎn)速)信號(hào)不同源；(2)由于一次調(diào)頻與AGC動(dòng)作方向相反造成一次調(diào)頻考核較多；(3)一次調(diào)頻采用的頻率信號(hào)精度不夠，誤差大，造成一次調(diào)頻動(dòng)作不及時(shí)，一次調(diào)頻考核多；(4)機(jī)組與調(diào)度采用的負(fù)荷線號(hào)不同源；(5)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)品質(zhì)差。

一次調(diào)頻優(yōu)化主要從以下幾方面進(jìn)行：

(1)DEH系統(tǒng)同DCS系統(tǒng)一次調(diào)頻控制信號(hào)改為同源，全部采用發(fā)電機(jī)頻率，經(jīng)過(guò)一個(gè)月觀察，由于頻率變送器精度較低為0.2級(jí)，考核雖有減少，但控制效果仍不佳，頻繁出現(xiàn)機(jī)組一次調(diào)頻與調(diào)度一次調(diào)頻動(dòng)作不一致及實(shí)際積分電量過(guò)小的現(xiàn)象。經(jīng)了解上海利乾生產(chǎn)的BPT9301FA一次調(diào)頻采樣裝置，頻率的精度在49.8-50.2Hz范圍內(nèi)可以達(dá)到0.2%級(jí)。利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)對(duì)母線頻率變送器進(jìn)行了更換，并對(duì)DCS系統(tǒng)及DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻邏輯進(jìn)行修改，控制信號(hào)皆采用母線頻率。同時(shí)為了防止單一信號(hào)不可靠，增加三選模塊信號(hào)源為發(fā)電機(jī)頻率、轉(zhuǎn)速、母線頻率，平常使用母線頻率，母線頻率故障時(shí)切換至頻率信號(hào)。改造完后，合理的解決了一次調(diào)頻不同源，造成控制異常的現(xiàn)象。

(2)優(yōu)化DCS側(cè)一次調(diào)頻函數(shù)，使DCS側(cè)一次調(diào)頻補(bǔ)償達(dá)到理論計(jì)算值。為了增加一次調(diào)頻積分電量，增加機(jī)主控一次調(diào)頻前饋，在DCS側(cè)一次調(diào)頻動(dòng)作同時(shí)，通過(guò)機(jī)主控直接動(dòng)作調(diào)門(mén)，防止DEH一次調(diào)頻動(dòng)作量不夠。但機(jī)主控一次調(diào)頻前饋過(guò)大，又會(huì)造成負(fù)荷動(dòng)作大，DCS側(cè)功率閉環(huán)回路又會(huì)反向拉回情況。

(3)增加DCS側(cè)汽機(jī)主控PID調(diào)節(jié)器閉鎖功能，實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻快速響應(yīng)。目前電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻提出了更高的要求，為了使控制系統(tǒng)適應(yīng)這種要求，就必須達(dá)到在不影響機(jī)組安全運(yùn)行工況下，無(wú)條件的快速響應(yīng)一次調(diào)頻的要求。在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)機(jī)主控PID調(diào)節(jié)器輸出增加閉鎖功能。當(dāng)電網(wǎng)調(diào)頻小于49.967Hz時(shí)，閉鎖機(jī)主控PID調(diào)節(jié)器輸出減少，同理，當(dāng)電網(wǎng)調(diào)頻大于50.033Hz時(shí)，閉鎖汽機(jī)主控PID調(diào)節(jié)器輸出增大。采用脈沖信號(hào)閉鎖的方式，當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作后，閉鎖汽機(jī)主控5秒鐘。這種方案既實(shí)現(xiàn)了一次調(diào)頻無(wú)條件快速響應(yīng)，同時(shí)防止了一次調(diào)頻長(zhǎng)時(shí)間一個(gè)方向動(dòng)作給機(jī)組帶來(lái)的安全隱患。

(4)增加目標(biāo)負(fù)荷指令變速率功能，抑制AGC指令對(duì)一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間和積分電量的影響。目前，電網(wǎng)方面AGC指令與一次調(diào)頻指令輸出，經(jīng)常出現(xiàn)方向相反的指令。在同一時(shí)刻，當(dāng)AGC指令與一次調(diào)頻指令方向不一致時(shí)，AGC指令負(fù)荷命令就會(huì)減弱一次調(diào)頻積分電量，并有可能出現(xiàn)一次調(diào)頻反調(diào)的現(xiàn)象。根據(jù)《西北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》免考核條款：機(jī)組一次調(diào)頻與AGC同時(shí)動(dòng)作期間，不進(jìn)行AGC考核。從電網(wǎng)側(cè)來(lái)說(shuō)一次調(diào)頻要優(yōu)先于AGC。我公司特制定以下方案，來(lái)解決一次調(diào)頻指令與AGC指令方向相反時(shí)，造成一次調(diào)頻積分電量不夠問(wèn)題。

針對(duì)AGC指令與一次調(diào)頻指令在同一時(shí)刻方向相反時(shí)的控制，通過(guò)改變負(fù)荷變速率，來(lái)滿足一次調(diào)頻動(dòng)作要求。具體修改方案：當(dāng)AGC指令要求增加負(fù)荷時(shí)，而一次調(diào)頻指令要求降低負(fù)荷時(shí)，AGC負(fù)荷變化速率切換為0MW/min，同時(shí)為了防止一次調(diào)頻長(zhǎng)期動(dòng)作，機(jī)組可以正常加負(fù)荷，在20秒后AGC負(fù)荷指令速率切換為正常速率；當(dāng)AGC指令要求降低負(fù)荷時(shí)，而一次調(diào)頻指令要求增加負(fù)荷時(shí)，AGC負(fù)荷變化速率切換為0MW/min，一次調(diào)頻動(dòng)作結(jié)束時(shí)AGC負(fù)荷指令速率切換為正常速率。

在參數(shù)設(shè)置上，防止負(fù)荷速率頻繁切換至0，對(duì)于高、低限值的設(shè)置必須合理，同時(shí)又不會(huì)影響一次調(diào)頻的動(dòng)作及積分電量。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，AGC指令高、低限值分別設(shè)置為2MW、-2MW，一次調(diào)頻負(fù)荷指令高、低限值分別設(shè)置為0.5MW、-0.5MW。邏輯圖設(shè)置如下：

(5)進(jìn)行汽輪機(jī)高調(diào)閥特性試驗(yàn)，根據(jù)高調(diào)閥實(shí)際的流量特性曲線關(guān)系及重疊度設(shè)置，優(yōu)化DEH系統(tǒng)高調(diào)閥單閥和順序閥流量曲線，提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，以及AGC和一次調(diào)頻調(diào)節(jié)能力，同時(shí)兼顧機(jī)組節(jié)能降耗的要求。通過(guò)優(yōu)化高調(diào)閥單閥和順序閥流量曲線，可以大大提高一次調(diào)頻的響應(yīng)能力及積分電量。

(6)調(diào)整CCS協(xié)調(diào)控制方案，優(yōu)化CCS控制參數(shù)。減少由于壓力波動(dòng)大，協(xié)調(diào)退出對(duì)一次調(diào)頻投退頻次的考核。這是一個(gè)長(zhǎng)期性工作，影響因素較多，需要持續(xù)關(guān)注，并進(jìn)行調(diào)整。

(7)機(jī)組負(fù)荷信號(hào)與調(diào)度負(fù)荷信號(hào)一體化改造。對(duì)負(fù)荷變送器進(jìn)行改造，改為高精度雙通道輸出負(fù)荷變送器，一路送機(jī)組DCS，一路送調(diào)度。從而減少由于兩個(gè)負(fù)荷不一致，造成的考核。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)韓二公司一次調(diào)頻考核曲線的逐條分析及對(duì)《西北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》的深刻解讀，通過(guò)對(duì)協(xié)調(diào)邏輯(特別是一次調(diào)頻邏輯)、參數(shù)從以上6方面的深入優(yōu)化，韓二公司的一次調(diào)頻有了巨大改觀。從2019年9月-2020年6月份韓二公司一次調(diào)頻考核降為37.08萬(wàn)元，補(bǔ)償1021.45萬(wàn)元。隨著電網(wǎng)公司對(duì)一次調(diào)頻工作的更加重視、細(xì)致，以及機(jī)組煤質(zhì)的改變，還需要對(duì)機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)參數(shù)及邏輯繼續(xù)進(jìn)行長(zhǎng)期觀察及優(yōu)化，確保機(jī)組一次調(diào)頻的可靠穩(wěn)定。