提高火電機(jī)組一次調(diào)頻性能的措施

張恂，肖明偉

（華電淄博熱電有限公司，山東淄博255054）

提高火電機(jī)組一次調(diào)頻性能的措施

張恂，肖明偉

（華電淄博熱電有限公司，山東淄博255054）

以2×330 MW機(jī)組為例，分析研究火電機(jī)組一次調(diào)頻存在的主要問題，探索如何結(jié)合電網(wǎng)考核標(biāo)準(zhǔn)提高機(jī)組一次調(diào)頻性能，采取信號(hào)的同源改造及優(yōu)化控制等措施，有效提升機(jī)組的調(diào)頻性能，在滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。

一次調(diào)頻；信號(hào)同源改造；考核標(biāo)準(zhǔn)；邏輯優(yōu)化

0 引言

“十三五”期間，山東電網(wǎng)進(jìn)入以“特高壓”為特征的快速發(fā)展期。根據(jù)國(guó)網(wǎng)公司統(tǒng)一規(guī)劃，“東縱”（錫盟—濟(jì)南）、“北橫”（榆橫—濰坊）特高壓交流工程將分別于2016年、2017年年中投產(chǎn)，到2020年，山東省接受省外來(lái)電將達(dá)到3 750萬(wàn)kW，是2015年的5倍，約占全網(wǎng)用電的二分之一。

隨著山東電網(wǎng)外受電力的大幅提高，同時(shí)網(wǎng)內(nèi)風(fēng)電、光伏新能源及核電在電源結(jié)構(gòu)中占比持續(xù)攀升，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及頻率、電壓調(diào)節(jié)能力總體呈下降趨勢(shì)，安全基礎(chǔ)不斷削弱。作為電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰的主力，火電機(jī)組的性能得到日益重視，山東電網(wǎng)已經(jīng)對(duì)小擾動(dòng)進(jìn)行考核，山東電網(wǎng)從2014年依據(jù)國(guó)網(wǎng)下發(fā)的《火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)導(dǎo)則》以及《華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》、《華北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》，對(duì)一次調(diào)頻進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)和指標(biāo)考核。

1 一次調(diào)頻存在的主要問題

山東省一次調(diào)頻的日常小擾動(dòng)測(cè)試已經(jīng)進(jìn)行了2年，省內(nèi)絕大多數(shù)機(jī)組基本都能滿足調(diào)度的考核標(biāo)準(zhǔn)要求。以2016年2月份為例，全省共計(jì)85臺(tái)火電機(jī)組納入一次調(diào)頻考核，剔除暫時(shí)不計(jì)入考核的AGC-R模式（AGC PROPR模式的簡(jiǎn)稱，即機(jī)組基本功率按相同可調(diào)容量比例分配且無(wú)條件承擔(dān)調(diào)節(jié)量［1］）后，62臺(tái)機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)作合格率大于80%，占比72.9%；23臺(tái)機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)作合格率小于80%，占比37.1%。從數(shù)據(jù)看，經(jīng)過兩年來(lái)的分析改進(jìn)，省內(nèi)機(jī)組的一次調(diào)頻合格率得到普遍提升。但在實(shí)際運(yùn)行中，仍存在諸多問題。

1.1 測(cè)量信號(hào)問題

信號(hào)源不統(tǒng)一。對(duì)照山東省調(diào)度中心下發(fā)一次調(diào)頻考核數(shù)據(jù)，在DCS歷史曲線中觀察負(fù)荷變化情況，發(fā)現(xiàn)部分工況下，電廠側(cè)一次調(diào)頻動(dòng)作而電網(wǎng)側(cè)無(wú)一次調(diào)頻動(dòng)作，并且動(dòng)作次數(shù)很多，誤動(dòng)作極高。因此，一次調(diào)頻問題的根源在于信號(hào)源的不統(tǒng)一，電網(wǎng)考核所用信號(hào)為PMU根據(jù)周波計(jì)算得出，而機(jī)組CCS和DEH控制所用為轉(zhuǎn)速，兩者之間不同源。同時(shí)，部分電廠一次調(diào)頻控制邏輯中，在CCS側(cè)采用頻率信號(hào)進(jìn)行頻差計(jì)算，而在DEH側(cè)采用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行頻差計(jì)算，也會(huì)造成信號(hào)不統(tǒng)一。

信號(hào)測(cè)量精度。機(jī)組一次調(diào)頻控制采用的汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)一般通過磁阻發(fā)信器來(lái)測(cè)量［2］，其測(cè)量精度基本為0.5，測(cè)量誤差較大。調(diào)度考核所用的PMU精度能達(dá)到0.001，因此，轉(zhuǎn)速信號(hào)的測(cè)量精度不能滿足一次調(diào)頻考核的要求。

1.2 汽機(jī)調(diào)速閥門控制問題

火電機(jī)組投產(chǎn)后連續(xù)運(yùn)行周期較長(zhǎng)，大修周期一般為4年，主機(jī)調(diào)速閥門的線性和靈敏度等在機(jī)組運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)后均可能發(fā)生改變。DEH系統(tǒng)設(shè)置的流量特性曲線與調(diào)節(jié)閥實(shí)際流量特性不符合，汽機(jī)調(diào)速閥門的靈敏度及流量特性等隨工況的變動(dòng)而變化，使得閥門輸出指令與實(shí)際負(fù)荷變化不對(duì)應(yīng)，機(jī)組在不同工況下調(diào)速閥門響應(yīng)不同，從而造成一次調(diào)頻動(dòng)作效果的差異。同時(shí)，汽機(jī)調(diào)速閥門本身反應(yīng)所存在的遲延對(duì)一次調(diào)頻控制也產(chǎn)生負(fù)面影響。

1.3 閥門運(yùn)行方式影響

為了減少節(jié)流提高機(jī)組效率，火電機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)都采用順序閥控制方式運(yùn)行，只有極少數(shù)工況下采用單閥控制方式運(yùn)行。順序閥運(yùn)行方式下，當(dāng)調(diào)速閥門位置處于重疊區(qū)時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)速閥門之間若存在死行程，則在這個(gè)區(qū)域里閥門的開度與汽輪機(jī)進(jìn)汽量不對(duì)應(yīng)，一次調(diào)頻響應(yīng)不靈敏，影響一次調(diào)頻效果。

1.4 壓力控制方式影響

對(duì)于采用滑壓方式運(yùn)行的機(jī)組，汽機(jī)調(diào)速閥門的節(jié)流始終很小，滑壓和變負(fù)荷對(duì)汽機(jī)調(diào)速閥門的動(dòng)作要求是相反的，滑壓運(yùn)行會(huì)抑制汽機(jī)調(diào)速閥門快速調(diào)節(jié)負(fù)荷的能力，不利于一次調(diào)頻的控制。如果改為定壓方式運(yùn)行或提高節(jié)流，可以改善一次調(diào)頻控制效果，但增加節(jié)流會(huì)使機(jī)組的效率降低，對(duì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行不利。目前絕大多數(shù)機(jī)組實(shí)際運(yùn)行壓力低于額定壓力，如果壓力修正不合適，會(huì)造成負(fù)荷變化量達(dá)不到要求，此情況在高負(fù)荷段尤為明顯。

1.5 AGC-R模式對(duì)一次調(diào)頻的影響

火力發(fā)電機(jī)組在投入AGC-R模式時(shí)，經(jīng)常發(fā)生AGC指令與一次調(diào)頻指令作用在機(jī)組變負(fù)荷的方向上相反。由于反向會(huì)造成兩者的部分指令彼此抵消，造成一次調(diào)頻動(dòng)作幅值達(dá)不到考核標(biāo)準(zhǔn)的要求，如圖1所示。

圖1 AGC與一次調(diào)頻反向調(diào)節(jié)

從圖1可以明確看出，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行在AGC-R模式時(shí)，AGC指令以3 MW的階躍值進(jìn)行增減，局部存在AGC與一次調(diào)頻反向的問題，此時(shí)就會(huì)造成一次調(diào)頻動(dòng)作合格率的降低，同時(shí)對(duì)AGC-R模式下的調(diào)節(jié)精度指標(biāo)也會(huì)造成影響。如表1所示，將R模式剔除后相較于未剔除時(shí)會(huì)對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻合格率造成10%左右的影響。

表1 6號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻2015年6月動(dòng)作情況統(tǒng)計(jì)

1.6 機(jī)組供熱對(duì)一次調(diào)頻的影響

供熱機(jī)組在供熱季節(jié)多采用“以熱定電”方式運(yùn)行，優(yōu)先保證供熱熱源的穩(wěn)定，其發(fā)電負(fù)荷調(diào)整范圍和調(diào)節(jié)速率則受到很大限制［3］。供熱機(jī)組進(jìn)入冬季供暖季后工業(yè)抽汽及采暖抽汽量如果過大，電負(fù)荷受調(diào)度調(diào)節(jié)增長(zhǎng)超過機(jī)組范圍，即其負(fù)荷調(diào)節(jié)能力近飽和狀態(tài)下，機(jī)組負(fù)荷剩余調(diào)節(jié)量較少，對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻能力會(huì)造成很大的影響，如圖2所示。為減少節(jié)流損失，汽輪機(jī)通常采用順序閥模式進(jìn)汽。冬季供暖期供熱機(jī)組的負(fù)荷過高，當(dāng)?shù)?個(gè)高壓調(diào)速閥門GV4開度也達(dá)到100%上限時(shí)，機(jī)組已無(wú)調(diào)整余量，此時(shí)即使一次調(diào)頻信號(hào)頻繁動(dòng)作，但因高壓調(diào)速閥門已無(wú)法繼續(xù)開大，導(dǎo)致機(jī)組的調(diào)頻能力因此而大大降低。

圖2 供熱量大導(dǎo)致負(fù)荷無(wú)法調(diào)整

圖3 DEH一次調(diào)頻優(yōu)化后控制邏輯

2 一次調(diào)頻優(yōu)化措施

華電淄博熱電有限公司三期工程兩臺(tái)330 MW亞臨界雙排汽雙抽凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組（5號(hào)、6號(hào)機(jī)組）分別于2012年12月和2013年11月先后投運(yùn)。主機(jī)DCS及DEH控制系統(tǒng)均采用GE上海新華控制工程有限公司XDPS 400e系統(tǒng)。一次調(diào)頻采用通用的CCS+DEH的模式。

2.1 調(diào)頻信號(hào)的同源改造及邏輯優(yōu)化

為徹底解決調(diào)度考核所用信號(hào)與DCS一次調(diào)頻控制的信號(hào)不是同一信號(hào)源的根本問題，6號(hào)機(jī)組在2015年10月實(shí)施的第一次大修中進(jìn)行了信號(hào)的同源改造，在6號(hào)機(jī)組鍋爐電子間內(nèi)增加一次調(diào)頻智能控制裝置，切除原一次調(diào)頻相關(guān)控制邏輯，一次調(diào)頻的調(diào)頻量由一次調(diào)頻智能控制裝置分別輸出至DEH系統(tǒng)和CCS系統(tǒng)，用一次調(diào)頻智能控制裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻率信號(hào)的高速率、高精度采集；同時(shí)采用基于電網(wǎng)功率變化動(dòng)態(tài)調(diào)整的控制策略，直接輸出控制指令至DEH基本控制站（21號(hào)DPU33頁(yè)“頻差計(jì)算及初負(fù)荷”）和協(xié)調(diào)控制站（18號(hào)DPU100頁(yè)“機(jī)組指令”）。

如圖3所示，將調(diào)頻裝置采集來(lái)的調(diào)頻量進(jìn)行取大處理，然后再進(jìn)行主蒸汽壓力修正，目的是避免壓力過低時(shí)閥門動(dòng)作開度不足導(dǎo)致實(shí)際做功量達(dá)不到電網(wǎng)一次調(diào)頻標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的量值。

2.2 閥門流量特性曲線的調(diào)整優(yōu)化

6號(hào)機(jī)組連續(xù)運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)672天，機(jī)組大修時(shí)，汽輪機(jī)油動(dòng)機(jī)均返廠進(jìn)行檢修，復(fù)裝后發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行中閥門流量特性曲線不合適，對(duì)機(jī)組帶負(fù)荷能力及AGC和一次調(diào)頻影響很大，因此進(jìn)行試驗(yàn)了6號(hào)機(jī)組閥門流量特性及重疊度進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)后閥門流量曲線數(shù)據(jù)與試驗(yàn)前數(shù)據(jù)相比，具有較大差異，其中單閥模式下的閥門流量特性曲線如表2所示，可以看出4個(gè)調(diào)速閥門的開度并不是完全一致的，這試驗(yàn)前原有單閥曲線4個(gè)調(diào)速閥門的開度完全一致，兩者差異較大。

表2 6號(hào)汽輪機(jī)單閥配汽曲線%

3 改造后實(shí)際效果

經(jīng)一次調(diào)頻優(yōu)化改造后6號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作次數(shù)大幅下降，且由于信號(hào)準(zhǔn)確，一次調(diào)頻超調(diào)量得到降低，降低了對(duì)調(diào)速閥門等設(shè)備的沖擊，如圖4所示。可以很明顯地看出，機(jī)組的改造后的動(dòng)作次數(shù)和動(dòng)作幅值明顯降低。

通過一次調(diào)頻的同源治理改造，不僅僅是有效提高了一次調(diào)頻的動(dòng)作品質(zhì)，同時(shí)由于誤動(dòng)作次數(shù)和動(dòng)作幅度得到有效控制，AGC控制性能也得到有效保證。經(jīng)過一類列的措施和改造后，6號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻能力有了很大的提高。2016年3月，在仍有供熱的工況下，6號(hào)機(jī)組剔除R模式后的一次調(diào)頻合格率高達(dá)95.63%，AGC模式下的Kp值為2.304，屬優(yōu)秀行列。

圖4 信號(hào)同源改造前后動(dòng)作次數(shù)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于火電機(jī)組而言，調(diào)頻調(diào)峰性能的保證基礎(chǔ)就是控制信號(hào)的準(zhǔn)確。通過閥門流量特性曲線以及控制邏輯的優(yōu)化，方能有效提升機(jī)組調(diào)頻調(diào)峰性能達(dá)到電網(wǎng)的考核標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，由于一次調(diào)頻和AGC是對(duì)機(jī)組整體性能的考核，對(duì)電廠而言，涉及熱工、電氣、汽機(jī)等專業(yè)，因此，應(yīng)統(tǒng)籌安排，方能實(shí)現(xiàn)源網(wǎng)的共贏，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］畢貞福.火力發(fā)電廠熱工自動(dòng)控制實(shí)用技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2008.

［2］李軍，李慧聰，朱禮祝.D5000系統(tǒng)下火電機(jī)組AGC源網(wǎng)優(yōu)化控制應(yīng)用研究［C］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2014.

［3］LI Jun，ZHANG Hui，WANG Meng.Influence Research of Thermal Power Unit’s Extraction Steam for Power Grid Frequency Modulation［J］.Advances in Engineering Research，2015，vol. 45：228-231.

Measures to Improve the Performance of Primary Frequency Regulation of Thermal Power Units

ZHANG Xun，XIAO Mingwei
（Hudian Zibo Thermal Power Co.，Ltd.，Zibo 255054，China）

Take a 2×330 MW unit as an example，main problems of primary frequency regulation of thermal power units are analyzed.Discussion on how to improve the primary frequency regulation performance of units combined with the evaluation criteria of power grid is conducted.The primary frequency regulation performance of units is effectively improved by homologous transform and optimize control of signals，which can meet the safe and stable operation of the unit and keep the stability of grid frequency.

primary frequency regulation；homologous signal reconstruction；assess criteria；logic optimization

TM734；TM621.6

B

1007－9904（2016）12－0056－04

2016-08-28

張恂（1982），女，工程師，從事電廠熱控專業(yè)技術(shù)與管理工作。