9E燃?xì)廨啓C(jī)一次調(diào)頻分析

梁文欽

摘 要：針對(duì)9E燃?xì)廨啓C(jī)一次調(diào)頻存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并且通過(guò)仿真試驗(yàn)分析9E燃?xì)廨啓C(jī)一次調(diào)頻的特性，根據(jù)存在的問(wèn)題和一次調(diào)頻的特性，提出一次調(diào)頻的優(yōu)化方式。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；一次調(diào)頻；死區(qū)；基本負(fù)荷；燃料參考值

中圖分類(lèi)號(hào)： TK477 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）18-179-3

0 引言

某電廠有兩套型號(hào)為PG9171E的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組，單套機(jī)組總體出力為180MW，由于機(jī)組沒(méi)有設(shè)置一次調(diào)頻死區(qū)，導(dǎo)致與預(yù)選運(yùn)行時(shí)機(jī)組負(fù)荷一直隨轉(zhuǎn)速波動(dòng)而變化，不能滿(mǎn)足中調(diào)一次調(diào)頻的需求，基本負(fù)荷運(yùn)行時(shí)調(diào)頻死區(qū)設(shè)置過(guò)大，并且不具備尖峰負(fù)荷運(yùn)行的能力，也不滿(mǎn)足中調(diào)一次調(diào)頻的需求，針對(duì)這些問(wèn)題本文提出了解決的方案。

1 負(fù)荷與頻率的關(guān)系

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速TNH_RPM在2996rpm到3003rpm之間緩慢波動(dòng)，而絕大部分時(shí)間是在2998rpm到3002rpm之間緩慢波動(dòng)，而在轉(zhuǎn)速波動(dòng)期間有功功率DWATT也跟隨轉(zhuǎn)速波動(dòng)，呈現(xiàn)出來(lái)的規(guī)律是：轉(zhuǎn)速升高，有功功率降低，轉(zhuǎn)速降低，有功功率升高，而有功功率的降升要滯后于轉(zhuǎn)速的升降，在轉(zhuǎn)速波動(dòng)期間，有功功率圍繞設(shè)定功率緩慢上下波動(dòng)約3MW，而絕大部分時(shí)間是有功功率圍繞設(shè)定功率緩慢上下波動(dòng)約2MW，在有功功率波動(dòng)期間，燃料量參考值FSR和排煙溫度TTXM也隨之上下波動(dòng)，按照MK5控制系統(tǒng)的設(shè)置，當(dāng)有功功率高于或者低于其設(shè)定值2MW時(shí)，基準(zhǔn)轉(zhuǎn)速TNR就會(huì)降低或者升高直至有功功率不高于或者不低于其設(shè)定值0.25MW。由于TNR對(duì)DWATT的調(diào)節(jié)有一定的滯后并且調(diào)節(jié)強(qiáng)度不大（冷態(tài)時(shí)TNR每分鐘降低或者升高0.1%，在TNH不變的條件下，F(xiàn)SR每分鐘降低或者升高1%，DWATT 每分鐘降低或者升高約3MW，在溫態(tài)或熱態(tài)時(shí)，TNR每分鐘降低或者升高0.2%或0.3%，而在TNH不變的條件下，其他兩個(gè)參數(shù)分別是冷態(tài)時(shí)的兩倍和三倍）所以在TNH波動(dòng)速度較大時(shí)，DWATT通常超出控制系統(tǒng)規(guī)定的調(diào)節(jié)范圍約1MW。負(fù)荷的總體變化規(guī)律是當(dāng)TNH下降時(shí)，DWATT上升，而TNH上升時(shí)，DWATT下降。

2 一次調(diào)頻仿真試驗(yàn)

省電網(wǎng)規(guī)定一次調(diào)頻的死區(qū)為±2rpm，即±0.033Hz，而我廠GT4和GT6在帶預(yù)選負(fù)荷時(shí)一次調(diào)頻的死區(qū)為分別為：±0.6rpm，即±0.1Hz；±0.75rpm，即±0.125Hz，并且由于死區(qū)選擇邏輯信號(hào)L83SCDB一直為“0”，故我廠燃?xì)廨啓C(jī)在預(yù)選負(fù)荷時(shí)并沒(méi)有設(shè)置一次調(diào)頻的死區(qū)，根據(jù)公式：FSRN=FSR+FSKNG*（TNR-TNH-DWKDG*DWATT），那么當(dāng)DWATT和TNR不變時(shí)，由網(wǎng)上頻率的微小波動(dòng)而引起的TNH微小變動(dòng)必然會(huì)引起FSRN的變動(dòng)，也必然會(huì)引起DWATT的變動(dòng)。以下利用MATLAB的SIMULINK仿真軟件對(duì)GT6帶預(yù)選負(fù)荷時(shí)，由于網(wǎng)上頻率微小的波動(dòng)而引起的一次調(diào)頻進(jìn)行仿真。仿真的關(guān)鍵參數(shù)如下：預(yù)選負(fù)荷PRESETLOAD為93MW，此時(shí)對(duì)應(yīng)的TNR為103.255%，擾動(dòng)信號(hào)為幅值為3rpm，即0.001TNH，頻率為0.06rad/s，初相角為0的正弦波信號(hào)。設(shè)定FSR每變化1%，DWATT變動(dòng)3MW，當(dāng)DWATT高于或者低于PRESETLOAD 2MW時(shí)，仿真系統(tǒng)以0.3%/min的速度降低或升高TNR，直到其差值的絕對(duì)值小于0.25MW，仿真步距為1/16秒，仿真時(shí)間為100秒，而三次仿真試驗(yàn)中一次調(diào)頻的死區(qū)分別為0rpm，±0.75rpm，±2rpm。

合理增大一次調(diào)頻的死區(qū)，可以減小預(yù)選負(fù)荷時(shí)候負(fù)荷的波動(dòng)范圍。并且當(dāng)負(fù)荷波動(dòng)時(shí)，TTXM，控制閥開(kāi)度FSG，速比閥開(kāi)度FSGR和燃油旁路回油伺服閥的開(kāi)度FSL也會(huì)隨之波動(dòng)，而負(fù)荷波動(dòng)較大時(shí)，TTXM波動(dòng)幅值高達(dá)20℃，一般情況下，波動(dòng)幅值也有10℃，可見(jiàn)合理增大一次調(diào)頻的死區(qū)不但可以減小伺服閥開(kāi)度的波動(dòng)范圍，以減小設(shè)備原件的老化，而且還能減小高溫部件受到的周期性變化的熱應(yīng)力，并且還能限制負(fù)荷波動(dòng)的范圍，能更好地適應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)峰要求。我們可以通過(guò)控制常數(shù)TNKEDB來(lái)改變一次調(diào)頻的死區(qū)，根據(jù)廣東省發(fā)電機(jī)組一次死區(qū)下限的要求，可以把TNKEDB設(shè)置為0.067%，為了把一次調(diào)頻死區(qū)調(diào)節(jié)的功能激活，可以在需要死區(qū)調(diào)節(jié)時(shí)，把邏輯信號(hào)L83SCDB設(shè)置為“1”。

3 一次調(diào)頻存在的問(wèn)題

我廠燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組在帶預(yù)選負(fù)荷時(shí)具備一定的一次調(diào)頻的能力，但由于受到透平一級(jí)噴嘴溫度T3的限制并且由于沒(méi)有針對(duì)網(wǎng)上頻率大幅降低后燃?xì)廨啓C(jī)自動(dòng)切換至尖峰負(fù)荷運(yùn)行的設(shè)置，以提高溫控線，增加機(jī)組的出力，故帶預(yù)選負(fù)荷時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的一次調(diào)頻的能力受到一定的限制。當(dāng)網(wǎng)上頻率大幅降低后，在燃?xì)廨啓C(jī)一次調(diào)頻的作用下，DWATT迅速提高，排煙溫度TTXM，壓氣機(jī)壓比CPR也迅速提高，排煙溫控參考值TTRXB迅速降低，此時(shí)若IGV在“OFF”狀態(tài)，IGV的溫控參考值為常數(shù)370℃，若此時(shí)IGV在“ON”狀態(tài)，IGV的溫控參考值隨CPR的升高而降低，若此時(shí)IGV角度CSGV小于86度，則當(dāng)TTXM高于IGV的溫控參考值后，IGV角度逐步打開(kāi)，以抑制TTXM增大，當(dāng)IGV全開(kāi)后，IGV失去對(duì)TTXM的控制能力，此時(shí)TTXM處于不可控狀態(tài)，若此時(shí)TTXM繼續(xù)增大使得TTXM大于或者等于排煙溫控參考值TTRXB后，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入溫控，由于此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)不會(huì)切換至尖峰模式運(yùn)行，以提高溫控線，故燃?xì)廨啓C(jī)的出力沒(méi)法再提高，一次調(diào)頻的能力受到限制，所以越接近基本負(fù)荷，燃?xì)廨啓C(jī)一次調(diào)頻往上升負(fù)荷的能力越低。當(dāng)帶滿(mǎn)基本負(fù)荷后，當(dāng)網(wǎng)上頻率降低時(shí)，我廠燃?xì)廨啓C(jī)失去了一次調(diào)頻的能力，但當(dāng)網(wǎng)上頻率升高時(shí)，機(jī)組還是有一定的一次調(diào)頻的能力。

當(dāng)選擇基本負(fù)荷后，升負(fù)荷指令L70R為“1”，速度有差燃料參考值FSRN逐步增加，DWATT逐步增大，排氣溫度TTXM也逐步升高，同時(shí)由于壓氣機(jī)壓比CPR增大，排氣溫度參考值TTRXB逐步減少，溫度控制燃料參考值FSRT逐步減少，當(dāng)TTXM等于TTXRB后，燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入溫控狀態(tài)，根據(jù)MK5的控制原理，當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)入溫控狀態(tài)后，F(xiàn)SRN依然逐步增加，直到FSRN比FSRT大3%后，L70R為“0”，在DWATT和TNH不變的條件下，F(xiàn)SRN保持不變，當(dāng)網(wǎng)上頻率波動(dòng)引起TNH波動(dòng)后或者進(jìn)氣溫度CTIM的升降引起DWATT的降升或者網(wǎng)上電壓的波動(dòng)等因素引起DWATT的波動(dòng)后使得FSRN比FSRT小3%或者大6%后，控制系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)L70R或者L70L為“1”來(lái)緩慢升高或降低FSRN，以保持FSRN與FSRT的差值在區(qū)間[3%，6%]范圍內(nèi)。但是，當(dāng)網(wǎng)上頻率向上波動(dòng)較大時(shí)，F(xiàn)SRN就有可能小于FSRT，由于通過(guò)L70R升FSRN是比較緩慢的（冷態(tài)1%/min，溫態(tài)2%/min，熱態(tài)3%/min），因而在短時(shí)間內(nèi)難以使FSRN大于FSRT而退出控制，那么此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)就進(jìn)入一次調(diào)頻狀態(tài)，降低DWATT以降低網(wǎng)上頻率。根據(jù)參數(shù)FSR速度控制比例增益值FSKNG為10%/%，并且在穩(wěn)定溫控狀態(tài)FSRN與FSRT的差值在[3%，6%]范圍內(nèi)，可以得出在穩(wěn)定溫控狀態(tài)下，當(dāng)網(wǎng)上頻率至少向上波動(dòng)0.15HZ，即TNH往上波動(dòng)0.3%，即TNH_RPM往上波動(dòng)9rpm/min后，燃?xì)廨啓C(jī)才能進(jìn)入一次調(diào)頻狀態(tài)，而網(wǎng)上頻率往上波動(dòng)0.3Hz，即TNH往上波動(dòng)0.6%，即TNH_RPM往上波動(dòng)18rpm/min后，燃?xì)廨啓C(jī)一定進(jìn)入一次調(diào)頻狀態(tài)，當(dāng)網(wǎng)上頻率穩(wěn)定或者往下波動(dòng)后，燃?xì)廨啓C(jī)重新進(jìn)入溫控狀態(tài)而退出一次調(diào)頻。由于沒(méi)有針對(duì)頻率較低時(shí)提高機(jī)組溫控線，從而提高機(jī)組出力，使機(jī)組進(jìn)入尖峰負(fù)荷狀態(tài)的相關(guān)設(shè)置，所以在溫控狀態(tài)下，當(dāng)網(wǎng)上頻率往下波動(dòng)時(shí)，我廠燃?xì)廨啓C(jī)組基本上沒(méi)有實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻的能力，當(dāng)由于大機(jī)組跳機(jī)或者其他原因引起網(wǎng)上頻率驟降時(shí)，我廠GT6和GT4也出現(xiàn)過(guò)轉(zhuǎn)速迅速下降的現(xiàn)象（GT6的TNH_RPM降低到2993rpm/min），并伴有P252“燃?xì)廨啓C(jī)功率太低不能支持TNR”的報(bào)警，燃?xì)廨啓C(jī)在L70L的作用下，以較快的速度往下降TNR，以快速維持FSRN與FSRT的差值在[3%，6%]范圍內(nèi)，但在這個(gè)過(guò)程中并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)DWATT發(fā)生波動(dòng)?？梢?jiàn)在溫控狀態(tài)下，網(wǎng)上頻率大幅往下降時(shí)，我廠燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組并沒(méi)有一次調(diào)頻的能力，并且為了保護(hù)機(jī)組，當(dāng)TNH低于94%時(shí)，MK5發(fā)出跳發(fā)電機(jī)出口斷路器的命令。增大溫控時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)一次調(diào)頻的死區(qū)有利于增強(qiáng)燃?xì)廨啓C(jī)在該狀態(tài)下的穩(wěn)定性，但是死區(qū)較大并不利于燃?xì)廨啓C(jī)更好地參與一次調(diào)頻，考慮正常運(yùn)行時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)速向上最高波動(dòng)4rpm，可以適當(dāng)減小一次調(diào)頻的死區(qū)，通過(guò)改變參數(shù)LK90DB3和LK90DB4可以改變一次調(diào)頻的死區(qū)，目前，LK90DB3：3%，LK90DB4：6%，為了提高溫控時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)一次調(diào)頻的能力，可以針對(duì)頻率降幅較大時(shí)，適當(dāng)?shù)靥岣邷乜鼐€，以增大機(jī)組的出力，當(dāng)頻率恢復(fù)正常后，恢復(fù)原來(lái)的溫控線運(yùn)行，但是提高溫控線時(shí)，必須謹(jǐn)慎。

4 解決方案

由于在穩(wěn)定溫控狀態(tài)下，控制系統(tǒng)將維持FSN與FST的差值在[3%，6%]的范圍內(nèi)，因此在基本負(fù)荷狀下選擇預(yù)選負(fù)荷或者發(fā)出停機(jī)命令后，忽略網(wǎng)上頻率波動(dòng)的影響，冷態(tài)狀態(tài)下：3到6分鐘開(kāi)始降負(fù)荷，溫態(tài)狀態(tài)下：1.5到3分鐘開(kāi)始降負(fù)荷，熱態(tài)狀態(tài)下：1到2分鐘開(kāi)始降負(fù)荷，為了減小FST控制到FSRN控制的過(guò)渡時(shí)間，可以手動(dòng)點(diǎn)擊HMI主畫(huà)面右下角的Speed/Load control的“Lower”按鈕，但是即使點(diǎn)擊該按鈕，最快也要30到60秒才開(kāi)始降負(fù)荷，而且該按鈕發(fā)出的是脈沖信號(hào)，對(duì)于運(yùn)行人員來(lái)說(shuō)并不好掌握，由于在FST控制到FSRN控制的過(guò)渡時(shí)間內(nèi)，F(xiàn)SR和DWATT一直都沒(méi)有變化，只是一次調(diào)頻的死區(qū)在慢慢降低，所以為了讓機(jī)組在出現(xiàn)緊急情況下如：排煙溫度變高，排氣分散度變高并且接近跳機(jī)值，振動(dòng)變高，能更加快速地停機(jī)或者降幅負(fù)荷，或者更快地響應(yīng)調(diào)度的調(diào)峰要求，可以考慮適當(dāng)修改或者添加一些控制變量和控制邏輯如下：在HMI上增加兩個(gè)命令按鈕，F(xiàn)SRUNLOADING_ON 和FSRUNLOADING_OFF，增加兩個(gè)控制常數(shù)KFSRT_BIAS和TTKR_A_UNLOADING，三個(gè)邏輯變量LFSRT_BIAS，L43FSRNUNLOADING和L83FSRNUNLOADING。增加CSP控制圖如下：

L83PS“1”表示機(jī)組處于預(yù)選負(fù)荷狀態(tài)。

更改CSP控制圖如下：把第一個(gè)為真的邏輯信號(hào)從L83BOIL_C改為L(zhǎng)83FSRNUNLOADING，其對(duì)于的模擬量輸出為常數(shù)TTKR_A_UNLOADING。

當(dāng)點(diǎn)擊命令按鈕FSRNUNLOADING_ON，邏輯信號(hào)L43FSRNUNLOADING為“1”當(dāng)點(diǎn)擊命令按鈕FSRNUNLOADING_OFF，邏輯信號(hào)L43FSRNUNLOADING為“0”從基本負(fù)荷選到預(yù)選負(fù)荷后，若打算快速降FSRN，可以點(diǎn)擊命令按鈕FSRNUNLOADING_ON，取消快速降FSRN可以點(diǎn)擊命令按鈕FSRNUNLOADING_OFF，把常數(shù)KFSRT_BIAS設(shè)置為0.15%，常數(shù)TTKR_A_UNLOADING設(shè)置為9.6%/min（即每個(gè)采樣周期TNR降0.01%，F(xiàn)SRN降0.1%）當(dāng)LFSRT_BIAS為“0”后，控制系統(tǒng)按正常狀態(tài)的速率降TNR和FSRN，當(dāng)FSRN小于FSRT后，開(kāi)始降負(fù)荷。按照這種方法選擇預(yù)選負(fù)荷后，大約6到9秒就能降負(fù)荷。

總的來(lái)說(shuō)，我廠燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組在預(yù)選負(fù)荷時(shí)并沒(méi)有投入一次調(diào)頻的死區(qū)調(diào)節(jié)，并且死區(qū)設(shè)定值較小，在網(wǎng)上

頻率波動(dòng)時(shí)，容易引起負(fù)荷和相關(guān)參數(shù)波動(dòng)，不利于機(jī)

組的穩(wěn)定運(yùn)行，在基本負(fù)荷時(shí)，由于一次調(diào)頻的死區(qū)較大并且沒(méi)有網(wǎng)上頻率下降幅度較大時(shí)切至尖峰負(fù)荷運(yùn)行等相關(guān)設(shè)置，故在基本負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，一次調(diào)頻的能力非常有限。