9E燃機(jī)一次調(diào)頻測(cè)試存在的問題及優(yōu)化

摘 要：通過對(duì)9E燃機(jī)電廠一次調(diào)頻在線測(cè)試邏輯的研究，發(fā)現(xiàn)其存在的不足并進(jìn)行優(yōu)化。通過試驗(yàn)，改進(jìn)后的邏輯完全能滿足電網(wǎng)公司對(duì)電廠一次調(diào)頻測(cè)試的要求。

關(guān)鍵詞：9E 燃機(jī)；聯(lián)合循環(huán)；一次調(diào)頻測(cè)試

引言

隨著國(guó)家對(duì)電網(wǎng)安全越來越重視，電網(wǎng)公司對(duì)電廠涉網(wǎng)部分也提出了更高的要求。對(duì)于一次調(diào)頻功能，電廠不僅需要全程投入，而且還需滿足電網(wǎng)對(duì)一次調(diào)頻功能進(jìn)行在線測(cè)試的要求。由于燃機(jī)控制系統(tǒng)屬于國(guó)外壟斷技術(shù)，國(guó)內(nèi)電廠對(duì)燃機(jī)控制原理掌握不夠深入，導(dǎo)致在按電網(wǎng)規(guī)定設(shè)置一次調(diào)頻在線測(cè)試邏輯時(shí)存在問題，從而影響電網(wǎng)公司獲取燃機(jī)一次調(diào)頻能力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

為了解決這個(gè)問題，公司組織技術(shù)力量進(jìn)行攻關(guān)，在江蘇方天電力技術(shù)有限公司工程師的協(xié)助下，對(duì)燃機(jī)一次調(diào)頻的響應(yīng)原理，控制實(shí)現(xiàn)方法等進(jìn)行深入研究，從而找到了能真實(shí)反映燃機(jī)對(duì)于電網(wǎng)公司進(jìn)行一次調(diào)頻能力測(cè)試數(shù)據(jù)的方法，解決了燃機(jī)一次調(diào)頻在線測(cè)試數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)存在偏差的問題。

1 9E燃機(jī)負(fù)荷控制的原理

某電廠9E燃機(jī)由南京汽輪（電機(jī)）集團(tuán)公司成套供貨，燃機(jī)控制系統(tǒng)采用MK VIe系統(tǒng)，DCS系統(tǒng)由GE新華控制公司供貨，也采用MK VIe系統(tǒng)，整個(gè)控制系統(tǒng)一體化工作由GE新華控制公司負(fù)責(zé)，燃機(jī)TCS控制組態(tài)由GE公司提供，DEH控制組態(tài)由GE新華控制公司完成，DCS控制組態(tài)及AGC、一次調(diào)頻組態(tài)工作由西安熱工院完成，整體調(diào)試工作由華電電力科學(xué)研究院完成。

一次調(diào)頻邏輯在DCS側(cè)組態(tài)，通過DCS發(fā)送給燃機(jī)的負(fù)荷指令，控制燃機(jī)升降負(fù)荷，來實(shí)現(xiàn)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的一次調(diào)頻功能。通過研究燃機(jī)側(cè)的負(fù)荷控制邏輯（見圖1）發(fā)現(xiàn)這種方式不能真正反映9E燃機(jī)一次調(diào)頻的特性，燃機(jī)的負(fù)荷控制模式是采用一種有差控制模式，它的控制模式具有以下特點(diǎn)：

燃機(jī)的轉(zhuǎn)速/負(fù)荷控制信號(hào)TNR是用百分?jǐn)?shù)表示的燃機(jī)轉(zhuǎn)速/負(fù)荷指令。機(jī)組的控制范圍正常是95%～107%。在啟動(dòng)期間，當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)獲得（L83PRES1），這個(gè)指令預(yù)先設(shè)定到100.3%。當(dāng)同步到電網(wǎng)后，TNR變?yōu)樨?fù)荷指令，典型的值變化范圍是從100%～104%對(duì)應(yīng)于功率輸出從0%～100%，即轉(zhuǎn)速不等率為4%。

燃機(jī)控制回路采用有差調(diào)速器響應(yīng)去幫助維持電網(wǎng)在一個(gè)恒定的頻率。通常，一個(gè)低于電網(wǎng)的頻率表示功率的輸出能力低于電網(wǎng)的負(fù)荷指令。相反，如果電網(wǎng)頻率高于正常值，則表示供給電網(wǎng)的功率輸出能力超出負(fù)荷指令。有差控制反向成比例改變這些電站的功率輸出去控制電網(wǎng)頻率到正常值。如果電網(wǎng)頻率低于燃機(jī)當(dāng)前旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的頻率，機(jī)組將發(fā)出指令增加功率輸出。如果電網(wǎng)頻率增加高于當(dāng)前旋轉(zhuǎn)的頻率，機(jī)組將發(fā)出指令減少它的功率輸出。

對(duì)于一個(gè)極限的頻率變化，機(jī)組的有差控制調(diào)速器的典型響應(yīng)會(huì)引起機(jī)組負(fù)荷輸出100%的變化。9E燃機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的有差控制配置應(yīng)用4%的有差響應(yīng)。這意味這燃機(jī)負(fù)荷輸出改變100%會(huì)引起電網(wǎng)頻率4%的改變。換句話說，改變?nèi)紮C(jī)25%的輸出引起電網(wǎng)頻率1%的改變（或機(jī)組軸轉(zhuǎn)速1%的改變，因?yàn)殡娋W(wǎng)頻率與機(jī)組轉(zhuǎn)速是成比率變化）。

有差控制是一個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)速控制回路，外部是功率控制回路。這個(gè)內(nèi)部轉(zhuǎn)速回路是一個(gè)正向比例控制，它的任務(wù)是確保機(jī)組轉(zhuǎn)速TNH匹配參考轉(zhuǎn)速指令TNRL。這個(gè)外部功率回路表示這個(gè)有差調(diào)速器通過建立一個(gè)轉(zhuǎn)速偏置作為機(jī)組功率輸出的一種功能。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速保持與電網(wǎng)一致，機(jī)組燃料消耗和功率輸出的TNRL參考轉(zhuǎn)速指令等于機(jī)組轉(zhuǎn)速TNH。將機(jī)組功率輸出DWATT轉(zhuǎn)換為正比于轉(zhuǎn)速為量程值的DWDROOP是用于定義有差調(diào)速器每百分?jǐn)?shù)電網(wǎng)頻率改變對(duì)應(yīng)于功率量的輸出響應(yīng)。

但通過對(duì)該控制回路的研究，發(fā)現(xiàn)它存在一個(gè)缺點(diǎn)，即燃機(jī)在投入AGC、協(xié)調(diào)控制或在預(yù)選負(fù)荷模式下由于有差控制回路的存在具有一次調(diào)頻的特性，即電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)，燃機(jī)會(huì)迅速改變功率輸出，但即使頻率偏差一直保持，由于負(fù)荷控制回路的存在，它會(huì)調(diào)節(jié)燃機(jī)輸出功率回到設(shè)定點(diǎn)，即最終輸出功率回到頻率出現(xiàn)偏差的初始階段。

2 原一次調(diào)頻測(cè)試邏輯及其不足

目前9E燃機(jī)普遍在DCS中設(shè)置的一次調(diào)頻邏輯及一次調(diào)頻遠(yuǎn)方測(cè)試邏輯（圖2）由于未能實(shí)際改變?nèi)紮C(jī)控制邏輯中有差控制回路的轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)TNH，所以不能真實(shí)反映燃機(jī)有差控制回路對(duì)于電網(wǎng)實(shí)際頻率變化的一次調(diào)頻特性。因此可以說目前的DCS一次調(diào)頻邏輯僅起到了在整個(gè)負(fù)荷指令中增加了一次調(diào)頻負(fù)荷分量的功能，該功能解決了燃機(jī)有差控制回路中對(duì)于一次調(diào)頻響應(yīng)中存在的負(fù)荷拉回的缺點(diǎn)，但不能真實(shí)反映燃機(jī)一次調(diào)頻的特點(diǎn)。

3 改進(jìn)后的一次調(diào)頻測(cè)試邏輯

因此如果需要真正反映燃機(jī)的一次調(diào)頻特性及滿足電網(wǎng)公司對(duì)于一次調(diào)頻測(cè)試的要求，試驗(yàn)產(chǎn)生的一次調(diào)頻分量必須轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化分量并同時(shí)改變?nèi)紮C(jī)有差控制回路中的TNH，經(jīng)分析原設(shè)計(jì)的整個(gè)控制回路方案見圖3，由于該方案中限于對(duì)TCS控制理念理解不透徹，僅采用一次調(diào)頻分量疊加到dwref上的方式，使得一次調(diào)頻測(cè)試數(shù)據(jù)受到TCS控制邏輯中P模塊增減速率的限制而失去真實(shí)性，而且將TCS中的變化速率放得過大又會(huì)嚴(yán)重影響燃機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。

修改后的方案見圖4，由于燃機(jī)本身具有一次調(diào)頻特性，因此保留了DCS側(cè)增加一次調(diào)頻功率分量的功能，而針對(duì)原方案中測(cè)試回路未能真實(shí)反映燃機(jī)一次調(diào)頻的特性，在新的方案中將一次調(diào)頻測(cè)試的分量直接改變TNR的值來達(dá)到間接改變TNH值的目的（因?yàn)門NRL是由TNR與TNH比較產(chǎn)生的，TNR是燃機(jī)采用有差控制的轉(zhuǎn)速/負(fù)荷參考指令?？紤]到TNH使用范圍較廣，直接修改TNH有可能導(dǎo)致一些不可預(yù)測(cè)的因素，因此用改變TNR的方式更為妥當(dāng)），確保采用該方案測(cè)得的一次調(diào)頻測(cè)試數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確反映燃機(jī)在進(jìn)行一次調(diào)頻負(fù)荷修正后應(yīng)對(duì)電網(wǎng)頻率發(fā)生波動(dòng)的真實(shí)一次調(diào)頻特性。

由于該方案僅是修改了一次調(diào)頻測(cè)試的邏輯，使得測(cè)試的情況能真實(shí)反映燃機(jī)本身的一次調(diào)頻特性，而對(duì)整個(gè)機(jī)組的調(diào)速特性沒有改變，因此也就不會(huì)改變機(jī)組調(diào)速建模的參數(shù)。

4 對(duì)改進(jìn)后的一次調(diào)頻測(cè)試邏輯進(jìn)行功能測(cè)試

根據(jù)確定的方案對(duì)DCS和燃機(jī)相關(guān)控制邏輯進(jìn)行修改，后利用燃機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)會(huì)，與方天公司合作對(duì)兩臺(tái)燃機(jī)改動(dòng)后的一次調(diào)頻測(cè)試回路進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)一次調(diào)頻分量變負(fù)荷試驗(yàn)。經(jīng)過參數(shù)調(diào)整及優(yōu)化后，一次調(diào)頻測(cè)試數(shù)據(jù)已能反映9E燃機(jī)的真實(shí)調(diào)頻性能，且測(cè)試數(shù)據(jù)優(yōu)于電網(wǎng)公司對(duì)燃機(jī)一次調(diào)頻的標(biāo)準(zhǔn)，相關(guān)測(cè)試曲線如下，見圖5-圖8。

5 結(jié)束語(yǔ)

該優(yōu)化方案經(jīng)測(cè)試后完全能滿足電網(wǎng)公司對(duì)電廠一次調(diào)頻測(cè)試的要求。同時(shí)將原燃機(jī)轉(zhuǎn)速功率回路中為滿足一次調(diào)頻測(cè)試試驗(yàn)而放大的負(fù)荷變化速率參數(shù)TNKR1（4）適當(dāng)減小，確保了燃機(jī)功率控制的穩(wěn)定性。

作者簡(jiǎn)介：張浩良（1973-），男，江蘇省蘇州市人，工作單位：江蘇華電吳江熱電有限公司，職務(wù)：生技部主任助理兼熱控專工，研究方向：熱工控制。