DCS至DEH有功通道的偏差影響及軟件修正

羅志浩，張 彩

（浙江省電力試驗研究院，杭州 310014）

隨著百萬千瓦容量的火力發(fā)電機組逐步增多，百萬千瓦機組對電網(wǎng)調(diào)度AGC的響應(yīng)和對電網(wǎng)一次調(diào)頻的影響越來越突出。在百萬千瓦機組的協(xié)調(diào)控制中，DCS至DEH的有功通道偏差成為機組AGC響應(yīng)和一次調(diào)頻效果的制約因素。目前，通道誤差的修正還沒有有效的措施，本文首次提出通過軟件修正的方法對有功通道偏差進(jìn)行處理。

1 1 000 MW超臨界機組協(xié)調(diào)控制策略

通常1 000 MW超臨界機組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)有4種控制方式：機爐協(xié)調(diào)控制方式（CC）、鍋爐跟蹤控制方式（BF）、鍋爐輸入控制方式（BI）和鍋爐手動控制方式（BH）。

當(dāng)機組處于協(xié)調(diào)方式下（CC）時，AGC的指令或機組負(fù)荷手動設(shè)定指令經(jīng)速率限制后加上一次調(diào)頻偏差并經(jīng)負(fù)荷限制器形成功率需求指令（簡稱MWD），MWD經(jīng)主蒸汽壓力偏差修正后分別送給鍋爐、汽機主控，用以控制進(jìn)入鍋爐的煤量、水量、風(fēng)量和汽機調(diào)門開度，調(diào)節(jié)機組的電能輸出并保證機組各項參數(shù)正常。在鍋爐主控回路中，MWD經(jīng)過主蒸汽壓力偏差修正后得到鍋爐輸入指令（BID），在協(xié)調(diào)控制方式下，BID＝MWD+MWDEV+其中MWDEV為負(fù)荷偏差，PTDEV為主蒸汽壓力偏差。BID分別送到燃料控制、給水控制和風(fēng)量控制等子回路，以控制鍋爐燃燒。在汽機主控回路中，功率需求指令與實際功率相減形成功率偏差，功率偏差加上主汽壓力偏差（作用很弱）并經(jīng)過壓力偏差校正后送到功率控制調(diào)節(jié)器，輸出信號至汽機DEH，在DEH中經(jīng)過閥門特性函數(shù)轉(zhuǎn)換成閥門開度指令，控制汽機調(diào)門開度，實現(xiàn)機爐的協(xié)調(diào)控制。圖1是三菱公司超臨界百萬機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的SAMA圖。

圖1 協(xié)調(diào)控制SAMA簡圖

在協(xié)調(diào)控制方式下，汽機主控指令可等同于汽機調(diào)門開度指令，在一次調(diào)頻功能投入的情況下，頻差對應(yīng)的功率信號在DEH側(cè)直接疊加在調(diào)門開度指令上，同時DCS側(cè)的功率指令也疊加頻差對應(yīng)的功率值，以防止協(xié)調(diào)系統(tǒng)將調(diào)門開度指令拉回。

通常，汽機主控指令（或稱為有功指令）是由DCS系統(tǒng)經(jīng)過硬件模擬量輸出通道送至DEH系統(tǒng)的模擬量輸入通道，再轉(zhuǎn)換成調(diào)門開度指令。有功指令在鍋爐和汽機協(xié)調(diào)中起著非常重要的作用，而有功指令在通過DCS系統(tǒng)的模擬量輸出卡輸出，再經(jīng)DEH的模擬量輸入卡輸入時，不可避免會存在通道誤差。根據(jù)對部份1 000 MW機組的統(tǒng)計，該項誤差可達(dá)0.3%，即DEH接受到的功率指令信號偏差將近3 MW，這無疑會對機組AGC響應(yīng)以及機組一次調(diào)頻功能造成較大的影響。

2 有功偏差的影響

2.1 有功偏差對AGC響應(yīng)的影響

為保障電力系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行，維護(hù)電力企業(yè)的合法權(quán)益，促進(jìn)電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)和并網(wǎng)發(fā)電廠協(xié)調(diào)發(fā)展，全國各個區(qū)域都制定了發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理實施細(xì)則。電力調(diào)度交易機構(gòu)依照細(xì)則具體實施調(diào)度管轄范圍內(nèi)并網(wǎng)發(fā)電廠運行考核和結(jié)算，這直接關(guān)系到各個并網(wǎng)電廠的經(jīng)濟利益。因此，華東電網(wǎng)公司已制定了與機組AGC運行情況和一次調(diào)頻考核相關(guān)的考核細(xì)則。

機組AGC運行情況考核中包括了對機組AGC平均調(diào)節(jié)速率和AGC調(diào)節(jié)精度的考核。其中，AGC調(diào)節(jié)精度考核電量為兩種考核電量之和∶

式中：Q1AGC為日平均調(diào)節(jié)精度系數(shù)小于0.8時，AGC調(diào)節(jié)精度考核電量；Q2AGC為目標(biāo)出力和實際出力偏差考核電量；A為日平均調(diào)節(jié)精度系數(shù)；t考考核核為2 h； αAGC為AGC考核系數(shù)， 其數(shù)值為1；PN為機組額定容量；P實實際際為機組實際出力；P目目標(biāo)標(biāo)為機組目標(biāo)出力；T為機組AGC每日投運時間。

機組有功控制的精準(zhǔn)率會影響AGC的調(diào)節(jié)精度，如果DCS至DEH的有功通道帶來的誤差為3 MW，以24 h為單位，利用公式（2）計算得到的考核電量誤差將達(dá)到7 200 kWh。

2.2 有功偏差對一次調(diào)頻效果的影響

火力發(fā)電機組的一次調(diào)頻功能參數(shù)設(shè)置基本一致，即轉(zhuǎn)速死區(qū)為±2 r/min，轉(zhuǎn)速不等率取5%，最大調(diào)頻負(fù)荷限制為6%MCR，如圖2所示。在電網(wǎng)頻率越過機組一次調(diào)頻死區(qū)及發(fā)生大擾動時將進(jìn)行一次調(diào)頻性能考核，考核以機組一次調(diào)頻效果為依據(jù)。

圖2 一次調(diào)頻功能參數(shù)設(shè)置曲線

一次調(diào)頻效果是指當(dāng)電網(wǎng)頻率超出50±Δfsq（機組頻率控制死區(qū)）且持續(xù)時間超過20 s時，一次調(diào)頻機組在電網(wǎng)頻率超出50±Δfsq的時段內(nèi)（最大為60 s）的實際發(fā)電出力與起始發(fā)電出力之差的積分電量占相應(yīng)時間內(nèi)理論計算積分電量的比例。在不同轉(zhuǎn)速下，計算得到理論積分電量和有功偏差帶來的積分電量，如表1所示，其中T為調(diào)頻時間（s）/3600。

3 MW的有功偏差，影響了機組的一次調(diào)頻性能，尤其在小頻差范圍內(nèi)，有功偏差帶來的影響不容忽視。經(jīng)測算，在有功偏差與一次調(diào)頻方向相反的情況下，轉(zhuǎn)速偏差在3.1 r/min以內(nèi)時，僅由于有功通道偏差的影響，機組的調(diào)頻效果將不足60%；轉(zhuǎn)速偏差在2.45 r/min以內(nèi)時，有功通道偏差將使機組的調(diào)頻效果為零，考核時將被計為一次調(diào)頻未動作。對于一次調(diào)頻的月動作正確率小于80%以及調(diào)頻效果不足60%的機組，都將產(chǎn)生考核電量。因此，在一次調(diào)頻考核中，DCS至DEH的有功通道誤差將弱化一次調(diào)頻功能。為保證功率控制的精準(zhǔn)率，減小有功通道誤差對AGC以及一次調(diào)頻的負(fù)面影響，有必要尋求消除有功通道偏差的方法。

表1 通道偏差對調(diào)頻效果的影響

3 有功通道偏差修正方法

有功指令信號通過硬件通道由DCS送至DEH，這一過程帶來約0.3%的誤差，DEH側(cè)收到的有功指令信號通過通信的方式反送給DCS，DEH反送信號與DEH收到的信號是無差的。用提高卡件通道的精度來消除誤差的方法，在實際應(yīng)用中并不可取?？沙浞掷肈EH至DCS通信數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在軟件中通過邏輯修正的方法，將誤差引至信號的源頭進(jìn)行補償，以減小或消除通道誤差。修正方法如圖3所示。

圖3 有功偏差修正邏輯簡圖

在修正邏輯中，DCS發(fā)出的功率指令減去通信返回的DEH功率指令得到通道誤差。為避免通信故障和升降負(fù)荷帶來的影響，通道誤差需要先經(jīng)過上下限幅和滯后環(huán)節(jié)再疊加到壓力修正后的功率指令上，其中上下限設(shè)置為±5 MW，滯后模塊 F（t）的滯后時間設(shè)置為 1200 s。

4 試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果

以某電廠1 000 MW機組為例，對采用上述修正方法前、后的通道誤差情況進(jìn)行分析試驗。

修正前，DCS送至DEH的MWD信號與DEH收到的MWD信號存在約0.3%的通道誤差，記錄數(shù)據(jù)如圖4所示。2009年12月8日02∶04∶16，AGC未投入時，DCS側(cè)的MWD為550 MW，DEH收到的MWD為553 MW，偏差為3 MW；04∶48∶03，AGC 投入時，DCS側(cè)的 MWD 為 583 MW，DEH收到的MWD為586 MW。從整個曲線看，DEH收到的功率指令與DCS送出的有功指令偏差約為3 MW。

圖4 誤差修正前有功數(shù)據(jù)記錄曲線

修正后，記錄數(shù)據(jù)如圖5所示。2010年2月03日13∶15∶09，AGC未投入且穩(wěn)態(tài)情況下，DCS側(cè)的MWD為863 MW，DEH收到的MWD為863 MW，無偏差。從曲線看，在穩(wěn)態(tài)時DEH收到的功率指令與DCS發(fā)出的功率指令完全重合，升降負(fù)荷階段存在約1 MW的偏差。

圖5 誤差修正后有功數(shù)據(jù)記錄曲線

實驗數(shù)據(jù)顯示，修正后穩(wěn)態(tài)時有功通道偏差為零，升降負(fù)荷階段有功偏差明顯減小。功率控制的精準(zhǔn)率得以提高，機組對AGC的響應(yīng)情況和一次調(diào)頻效果都有所改善。

針對動態(tài)時通道誤差未能完全消除的情況再次進(jìn)行了試驗，發(fā)現(xiàn)有功信號在硬件傳遞過程中會產(chǎn)生約2 s的延時，由于通道延時的存在，升降負(fù)荷時的通道偏差暫時還無法完全消除。

5 結(jié)論

1 000 MW超臨界機組大多存在有功指令信號在系統(tǒng)硬件間傳遞時會產(chǎn)生通道誤差的問題。采用本文提出的方法進(jìn)行誤差修正，可以達(dá)到靜態(tài)誤差完全消除、動態(tài)誤差明顯減小的效果。另外，由于對信號源頭疊加的偏差信號進(jìn)行了幅值限制，也就限制了通信故障帶來的影響。本設(shè)計不僅適用于有功指令信號，也適用于其他不同系統(tǒng)之間通過模擬量輸出/輸入通道進(jìn)行傳輸?shù)男盘?，其傳遞過程中存在的通道誤差都可利用該方法進(jìn)行實時修正。

[1] 劉維烈.電力系統(tǒng)調(diào)頻與自動發(fā)電控制[M].北京：中國電力出版社，2006.