給水一次調(diào)頻新技術(shù)在超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用

金　飛，唐廣通，楊春來

(國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊　050021)

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給水一次調(diào)頻新技術(shù)在超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用

金飛，唐廣通，楊春來

(國網(wǎng)河北省電力公司電力科學(xué)研究院，石家莊050021)

摘要：針對超超臨界機(jī)組存在的蓄熱能力差、對外部負(fù)荷響應(yīng)速度慢、無法滿足電網(wǎng)對一次調(diào)頻功能要求的問題，提出給水一次調(diào)頻的新技術(shù)。以浙能臺(tái)州第二發(fā)電廠超超臨界機(jī)組為例，介紹給水一次調(diào)頻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及控制邏輯，并通過給水汽動(dòng)閥對負(fù)荷的擾動(dòng)試驗(yàn)，分析該技術(shù)的可行性，為電網(wǎng)一次調(diào)頻提供了有效輔助，提高了機(jī)組的調(diào)頻能力，更好地滿足電網(wǎng)對機(jī)組的調(diào)頻要求。

關(guān)鍵詞：超超臨界機(jī)組；一次調(diào)頻；控制邏輯；調(diào)頻能力

由于電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的滯后性，電網(wǎng)自動(dòng)控制無法快速克服這些沖擊，而一次調(diào)頻功能能夠有效地解決這一問題?，F(xiàn)有的機(jī)組采用DCS+DEH一次調(diào)頻共同協(xié)作的策略，DEH側(cè)通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)門，DCS側(cè)防止閥門回調(diào)，利用兩側(cè)回路在調(diào)節(jié)特性和時(shí)序上互補(bǔ)，來響應(yīng)電網(wǎng)頻率變化[1]。超超臨界機(jī)組配用直流鍋爐，蓄熱能力差，對外部負(fù)荷變化的響應(yīng)速度慢，動(dòng)作能力不足，無法滿足電網(wǎng)對于一次調(diào)頻快速性的要求。

1給水一次調(diào)頻傳統(tǒng)技術(shù)

由于超超臨界直流爐鍋爐本身蓄熱能力有限，在要求變化范圍內(nèi)，機(jī)組的變負(fù)荷能力不足。機(jī)組汽輪機(jī)-鍋爐之間本身存在響應(yīng)速度上的差異，汽輪機(jī)響應(yīng)速度快，響應(yīng)時(shí)間為“秒”級(jí)；而鍋爐系統(tǒng)需要經(jīng)歷燃燒，傳熱及熱交換過程等環(huán)節(jié)，特別是直吹式制粉系統(tǒng)加劇了這種滯后性，使鍋爐的響應(yīng)時(shí)間為“分鐘”級(jí)。因此，在鍋爐側(cè)通過風(fēng)煤前饋的辦法過于滯后，只能在汽機(jī)側(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行研究。針對這種情況，國內(nèi)外學(xué)者給出了一些解決辦法。

a. 國外某超超臨界機(jī)組在一次調(diào)頻時(shí)采用凝結(jié)水節(jié)流的方法，瞬間降低機(jī)組中低壓缸抽汽來增加機(jī)組負(fù)荷。出于機(jī)組安全運(yùn)行考慮，凝結(jié)水節(jié)流流量有限，抽氣瞬時(shí)流量有限，無法滿足負(fù)荷變化。

b. 國內(nèi)某超超臨界機(jī)組在高加抽汽管道上增加進(jìn)汽調(diào)門，在一次調(diào)頻低頻動(dòng)作時(shí)，關(guān)小高加抽氣調(diào)門，減少抽氣流量，加大汽輪機(jī)做功能力，提高負(fù)荷變化量。瞬時(shí)減小高加抽氣，將造成水側(cè)溫度劇烈降低，可能引起高加解列，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

2給水一次調(diào)頻新技術(shù)

以下以浙能臺(tái)州第二發(fā)電廠超超臨界機(jī)組為例，介紹給水調(diào)頻新技術(shù)的應(yīng)用情況。通過調(diào)節(jié)該電廠進(jìn)入高壓加熱器的給水流量，來改變抽汽量，進(jìn)而改變汽輪機(jī)的進(jìn)汽量，從而達(dá)到一次調(diào)頻目的。

2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

給水調(diào)頻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1　給水調(diào)頻結(jié)構(gòu)示意

a. 在2號(hào)3號(hào)高壓加熱器中間引出一條管道，增加上汽動(dòng)調(diào)節(jié)閥，設(shè)計(jì)此閥門的一次調(diào)頻動(dòng)作邏輯。該邏輯只考慮單方向動(dòng)作，即在一次調(diào)頻低頻動(dòng)作時(shí)，打開汽動(dòng)調(diào)節(jié)閥，一次調(diào)頻結(jié)束后關(guān)閉。

b. 給水調(diào)頻動(dòng)作后，將對高壓加熱器水位造成擾動(dòng)，增加前饋邏輯，修改自動(dòng)參數(shù)，保證水位正常。

2.2控制策略

一次調(diào)頻動(dòng)作的時(shí)間比較短，機(jī)組有功要在瞬間提高，提高一次調(diào)頻能力，主要依靠汽輪機(jī)側(cè)的控制改變。浙能臺(tái)州第二發(fā)電廠超超臨界機(jī)組的給水一次調(diào)頻功能控制方案，其中增加的汽動(dòng)調(diào)節(jié)閥邏輯見圖2。

圖2　汽動(dòng)調(diào)節(jié)閥邏輯示意

圖2中汽動(dòng)調(diào)節(jié)閥指令=頻差f1(x)×負(fù)荷f2(x)。

一次調(diào)頻動(dòng)作后，2號(hào)高壓加熱器進(jìn)水突降，液位隨之降低，增加高壓加熱器水位的前饋控制響應(yīng)速度，做到類似于階躍動(dòng)作，同時(shí)優(yōu)化自動(dòng)調(diào)節(jié)參數(shù)，使前饋量的回復(fù)平滑，保證高壓加熱器液位的穩(wěn)定，高壓加熱器液位控制邏輯如圖3所示。

圖3　高加水位控制邏輯

3新技術(shù)應(yīng)用情況及效果

浙能臺(tái)州第二發(fā)電廠超超臨界機(jī)組采用新的給水一次調(diào)頻技術(shù)后，做過多次試驗(yàn)，取得了理想的控制效果。

3.1應(yīng)用情況

將機(jī)組負(fù)荷提升至900 MW，鍋爐側(cè)穩(wěn)定參數(shù)不變，汽輪機(jī)側(cè)投入控壓模式，高壓加熱器液位自動(dòng)投入，變化趨勢示意見圖4。

圖4　給水汽動(dòng)閥對負(fù)荷的擾動(dòng)試驗(yàn)示意

汽動(dòng)調(diào)節(jié)閥從關(guān)閉開至40%，負(fù)荷上升7 MW；從關(guān)閉開至51%，負(fù)荷上升13 MW；期間省煤器入口溫度正常，2號(hào)高加液位波動(dòng)正常。接著以“CCS 協(xié)調(diào)投入，DCS 側(cè)一次調(diào)頻投入，DEH一次調(diào)頻投入，給水一次調(diào)頻投入”的運(yùn)行方式，在900 MW工況下進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)，DEH側(cè)設(shè)置要保證順利實(shí)現(xiàn)機(jī)組快速響應(yīng)一次調(diào)頻負(fù)荷的需要，一次調(diào)頻曲線設(shè)置如圖5所示。

圖5　一次調(diào)頻曲線設(shè)置

邏輯中設(shè)置一次調(diào)頻的限幅為±6%THA，一次調(diào)頻死區(qū)±2 r/min，對應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速偏差約為±11 r/min；DCS 側(cè)設(shè)置要有效避免一次調(diào)頻響應(yīng)被CCS 指令很快消除從而造成一次調(diào)頻能力被削弱的情況，提高機(jī)組在一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)快速平穩(wěn)過渡的能力；給水調(diào)頻動(dòng)作正常，保證一次調(diào)頻動(dòng)作能力滿足電網(wǎng)要求，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

采用給水一次調(diào)頻，調(diào)頻汽動(dòng)調(diào)節(jié)閥將會(huì)較頻繁的動(dòng)作，對就地執(zhí)行機(jī)構(gòu)的可靠性提出了更高的要求，同時(shí)也對高壓加熱器水位控制的品質(zhì)提出了更高要求，這些都是需要充分考慮的，因此給水一次調(diào)頻技術(shù)宜作為機(jī)組高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的一次調(diào)頻手段。

3.2應(yīng)用效果

a. 浙能臺(tái)州第二發(fā)電廠超超臨界機(jī)組采用給水一次調(diào)頻新技術(shù)后，通過調(diào)節(jié)高加水側(cè)的水量，進(jìn)而改變汽側(cè)抽汽量，溫度變化平滑，有利于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

表1一次調(diào)頻試驗(yàn)結(jié)果

記錄項(xiàng)目90%MCR(900MW)+4r/min-4r/min+6r/min-6r/min試驗(yàn)前負(fù)荷/MW900.7907901.5901試驗(yàn)發(fā)生15s負(fù)荷/MW885.2922.7876.8926.215s負(fù)荷變化量ΔP-15.522-24.725.215s負(fù)荷變化幅度/%1161659395試驗(yàn)穩(wěn)定負(fù)荷876.6927.3872934穩(wěn)定后負(fù)荷變化量ΔP-24.120.329.533實(shí)際轉(zhuǎn)速不等率2.93.44.74.2穩(wěn)定時(shí)間/s37252227調(diào)頻目標(biāo)887.4920.3874.8927.7試驗(yàn)結(jié)論合格合格合格合格

b. 試驗(yàn)證明，在保證高壓加熱器水位控制的品質(zhì)滿足要求下，用給水一次調(diào)頻實(shí)現(xiàn)機(jī)組的一次調(diào)頻在技術(shù)上是可行的。

c. 該給水調(diào)頻新技術(shù)為電網(wǎng)一次調(diào)頻提供了有效的輔助手段，提高了調(diào)頻的精度和調(diào)頻響應(yīng)的速度，更好地滿足電網(wǎng)對機(jī)組的調(diào)頻要求。

4結(jié)束語

浙能臺(tái)州第二發(fā)電廠超超臨界機(jī)組采用了給水一次調(diào)頻新技術(shù)，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，成功解決一次調(diào)頻動(dòng)作能力不足的問題。試驗(yàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了一次調(diào)頻回路和相關(guān)參數(shù)設(shè)置的正確性，機(jī)組一次調(diào)頻功能滿足電網(wǎng)要求，機(jī)組其他參數(shù)均在正常范圍內(nèi)，對提高電能質(zhì)量、維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定起到了積極的作用。

參考文獻(xiàn):

[1]陳小強(qiáng),項(xiàng)瑾,魏路平,等. 1 000 MW機(jī)組一次調(diào)頻性能優(yōu)化[J].中國電力，2010，43(4)：63-66.

本文責(zé)任編輯：楊秀敏

Application of Water Supply Primary Frequency ModulationNew Technology in Ultra Supercritical Unit

Jin Fei,Tang Guangtong,Yang Chunlai

(State Grid Hebei Electric Power Research Institute,Shijiazhuang 050021,China)

Abstract:The existence of the ultra supercritical unit has the poor heat storage capacity and the slow response to the external load,which can not meet the requirements of the power grid,this paper proposes a new technique for primary frequency regulation of water supply,introduces the structure and control logic of primary frequency regulation system of water supply,analyzes the feasibility of the technique by the disturbance of the load of the steam valve,provides an effective auxiliary for primary frequency regulation of power grid,which improves the capacity of the unit.

Key words:ultra supercritical unit;primary frequency regulation;control logic;frequency regulation ability

收稿日期：2016-02-04

作者簡介：金飛(1984-)，男，工程師，主要從事機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)工作。

中圖分類號(hào)：TK323

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1001-9898(2016)03-0030-03