火電機(jī)組一次調(diào)頻的優(yōu)化

李國(guó)慶，賀心燕

（1.國(guó)家電網(wǎng)電力大同發(fā)電有限責(zé)任公司，山西大同037043；2.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同037003）

火電機(jī)組一次調(diào)頻的優(yōu)化

李國(guó)慶1，賀心燕2

（1.國(guó)家電網(wǎng)電力大同發(fā)電有限責(zé)任公司，山西大同037043；2.山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同037003）

并網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)品質(zhì)直接影響電網(wǎng)安全和供電質(zhì)量。對(duì)于發(fā)電企業(yè)來(lái)說(shuō)，機(jī)組一次調(diào)頻調(diào)節(jié)品質(zhì)也將會(huì)影響汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壽命，甚至?xí)?dǎo)致機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行事故。文章重點(diǎn)探討了提高機(jī)組一次調(diào)頻的正確動(dòng)作率和一次調(diào)頻動(dòng)作的合格率，并通過(guò)對(duì)華北某廠10臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻調(diào)節(jié)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)，給出了有效的解決方法。

一次調(diào)頻；優(yōu)化；AGC；CCS；DEH

隨著我國(guó)大容量機(jī)組在電網(wǎng)中所占比例不斷增加，國(guó)民經(jīng)濟(jì)“L”型長(zhǎng)周期的新形勢(shì)，電網(wǎng)用電結(jié)構(gòu)性變化所引起的負(fù)荷峰谷波動(dòng)正在逐步加大，與此同時(shí)，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也在不斷提高，電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性的問(wèn)題越來(lái)越需要被重視。各并網(wǎng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，受外界負(fù)荷波動(dòng)影響，當(dāng)電網(wǎng)頻率發(fā)生變化時(shí)，各機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)，改變各機(jī)組所帶的負(fù)荷，使之與電網(wǎng)負(fù)荷相平衡，這一過(guò)程即為一次調(diào)頻[1]。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是并網(wǎng)機(jī)組需要一起努力保證電網(wǎng)頻率始終保持在50 Hz，提高供電品質(zhì)。

由于水電、風(fēng)電、核電機(jī)組的特殊性，各大電網(wǎng)公司一般均安排由大裝機(jī)容量的火電機(jī)組來(lái)完成電網(wǎng)的AGC調(diào)峰和一次調(diào)頻調(diào)差工作。從之前華北電網(wǎng)的兩個(gè)細(xì)則（AGC、一次調(diào)頻）考核情況來(lái)看[2-3]，華北某廠10臺(tái)機(jī)組中，因?yàn)橐淮握{(diào)頻正確率低和動(dòng)作頻率超標(biāo)，每個(gè)月都會(huì)有機(jī)組被電網(wǎng)考核為不合格。如何提高并網(wǎng)火電機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作的正確性、準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性是需要我們探討和解決的重要問(wèn)題。

1 華北電網(wǎng)對(duì)網(wǎng)內(nèi)機(jī)組一次調(diào)頻的要求

根據(jù)《華北電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定》要求，網(wǎng)內(nèi)機(jī)組在任何運(yùn)行方式下都需全程參與一次調(diào)頻，且應(yīng)滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)的各項(xiàng)要求。

（1）速度變動(dòng)率。應(yīng)在4～5%之間。

（2）調(diào)頻死區(qū)。一次調(diào)頻死區(qū)＜±2 r/min（即0.034 Hz）。

（3）響應(yīng)滯后時(shí)間及穩(wěn)定時(shí)間。一次調(diào)頻的響應(yīng)時(shí)間＜3 s，穩(wěn)定時(shí)間＜60 s，且一次調(diào)頻動(dòng)作15 s之后，調(diào)頻負(fù)荷應(yīng)達(dá)到理論計(jì)算調(diào)頻負(fù)荷的90%。

（4）調(diào)頻幅度。額定負(fù)荷≤200 MW的火電機(jī)組，限制幅度≥機(jī)組額定負(fù)荷的±10%；200 MW＜額定負(fù)荷≤250 MW時(shí)，限制幅度≥±20 MW；250 MW＜額定負(fù)荷≤350 MW時(shí)，限制幅度≥±8%；350 MW＜額定負(fù)荷≤500 MW時(shí)，限制幅度≥±28 MW；額定負(fù)荷≥500 MW時(shí)，限制幅度≥±6%。

（5）一次調(diào)頻的實(shí)現(xiàn)形式。一次調(diào)頻應(yīng)由CCS與DEH共同完成，保證一次調(diào)頻響應(yīng)的快速性和持續(xù)性。

2 華北某廠機(jī)組一次調(diào)頻問(wèn)題分析

電網(wǎng)一天一次調(diào)頻動(dòng)作次數(shù)就幾次，而該廠每臺(tái)機(jī)組平均每天一次調(diào)頻動(dòng)作次數(shù)在幾十甚至上百次，汽輪機(jī)調(diào)門頻繁動(dòng)作，已經(jīng)影響到了汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的壽命，嚴(yán)重威脅機(jī)組設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)存在這些問(wèn)題的原因主要有：

（1）機(jī)組一次調(diào)頻邏輯所用的頻差信號(hào)是由汽機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出來(lái)的，變電二次送DCS的頻率信號(hào)只供參考。這里需要注意的是一次調(diào)頻所用的頻率信號(hào)的測(cè)量精度和傳輸精度要求較高。

（2）根據(jù)電網(wǎng)考核一次調(diào)頻不正確動(dòng)作的數(shù)據(jù)，與該月的一次調(diào)頻曲線對(duì)比分析發(fā)現(xiàn):①被考核的頻率段都在50.034～50.039 Hz和49.960～49.967 Hz，在這個(gè)頻率段，一次調(diào)頻動(dòng)作量小，負(fù)荷變化不明顯，甚至有時(shí)電廠測(cè)量的機(jī)組頻率并沒(méi)有達(dá)到電網(wǎng)一次調(diào)頻動(dòng)作的條件（處于死區(qū)偏差的臨界值，與電網(wǎng)存在微小偏差）。②每臺(tái)機(jī)組都存在小調(diào)節(jié)偏差不調(diào)整，即機(jī)組負(fù)荷偏差小于2 MW，或機(jī)組調(diào)門小幅度動(dòng)作，機(jī)組負(fù)荷沒(méi)變化的情況，也就是汽輪機(jī)的氣門的調(diào)節(jié)精度差。

（3）同一時(shí)間，機(jī)組頻率與電網(wǎng)頻率間存在差別：①#1、#3、#7機(jī)組一次調(diào)頻頻率與電網(wǎng)給定不正確動(dòng)作時(shí)的頻率動(dòng)作方向一致，與電網(wǎng)當(dāng)時(shí)頻率之差在0.001～0.006 Hz，有一定的規(guī)律，可以對(duì)調(diào)頻死區(qū)進(jìn)行修正。②#4機(jī)組頻率與電網(wǎng)頻率不一致的次數(shù)比較多，說(shuō)明變電二次送DCS的機(jī)組頻率采樣回路精度較差。③#9、#10機(jī)組頻率與電網(wǎng)頻率之差的絕對(duì)值經(jīng)常大于0.01 Hz，說(shuō)明變電二次送DCS的機(jī)組頻率采樣回路精度較差。

（4）汽輪機(jī)調(diào)門流量特性不好，一次調(diào)頻邏輯對(duì)象是DEH調(diào)門開(kāi)度，邏輯上動(dòng)作了，但是汽輪機(jī)調(diào)門動(dòng)作后進(jìn)汽量并沒(méi)有發(fā)生變化，機(jī)組負(fù)荷也就不會(huì)跟隨變化。

（5）有時(shí)機(jī)組運(yùn)行工況突變，機(jī)組負(fù)荷出現(xiàn)波動(dòng)，反向作用于一次調(diào)頻。

（6）現(xiàn)機(jī)組一次調(diào)頻邏輯細(xì)節(jié)存有差異:①部分機(jī)組沒(méi)有主蒸汽壓力對(duì)一次調(diào)頻函數(shù)的修正，部分機(jī)組僅在DEH側(cè)有壓力對(duì)一次調(diào)頻函數(shù)的修正。②機(jī)組一次調(diào)頻函數(shù)均作用于協(xié)調(diào)側(cè)，在DEH側(cè)也進(jìn)行了疊加（超前）。③根據(jù)電網(wǎng)考核數(shù)據(jù)及頻率偏差比對(duì)，每臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻函數(shù)對(duì)調(diào)節(jié)死區(qū)進(jìn)行了不同的修正。④除#7機(jī)組以外的其他機(jī)組一次調(diào)頻的頻差信號(hào)用的是汽機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算出來(lái)的。⑤有的機(jī)組一次調(diào)頻的頻差信號(hào)的選取沒(méi)有做邏輯，只有汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)一路。

3 優(yōu)化措施

3.1 頻率信號(hào)的優(yōu)化

由問(wèn)題分析不難看出，變電二次送給DCS的機(jī)組頻率信號(hào)是機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻的主要依據(jù)。由于測(cè)量和傳輸精度的原因，該信號(hào)與電網(wǎng)頻率比對(duì)，一般出現(xiàn)兩種情況：（1）機(jī)組頻率與電網(wǎng)的頻率有一定的規(guī)律，頻率動(dòng)作方向一致，可以通過(guò)對(duì)一次調(diào)頻函數(shù)的修正提高精確度；（2）機(jī)組頻率信號(hào)與電網(wǎng)頻率波動(dòng)毫無(wú)規(guī)律。目前該廠機(jī)組一次調(diào)頻邏輯所用的頻率信號(hào)是由DEH汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速卡經(jīng)三取中計(jì)算出來(lái)的，一般情況下取這路信號(hào)，如出現(xiàn)異常工況切至變電二次回路送來(lái)的頻率信號(hào)。隨著新技術(shù)的不斷應(yīng)用，目前已出現(xiàn)了一種直接測(cè)量頻率變化（即頻差增減量）信號(hào)的測(cè)量手段，筆者及團(tuán)隊(duì)成員一致認(rèn)為目前該廠一次調(diào)頻軟硬件回路中最需要改進(jìn)和提高的就是變電二次送DCS頻率信號(hào)的測(cè)量精度、正確性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

3.2 其他優(yōu)化措施

（1）目前各臺(tái)機(jī)組DCS均已接入北斗GPS信號(hào)，但DCS時(shí)間與電網(wǎng)采集數(shù)據(jù)的時(shí)間并不一致，電網(wǎng)考核數(shù)據(jù)的采集時(shí)間得不到有效確認(rèn)，這就給我們分析曲線查找問(wèn)題帶來(lái)了困擾，需要解決機(jī)組DCS時(shí)間與電網(wǎng)采集數(shù)據(jù)時(shí)間一致性的問(wèn)題，保證優(yōu)化分析的準(zhǔn)確性。

（2）機(jī)務(wù)改善調(diào)門流量特性，使調(diào)頻閥位前饋調(diào)節(jié)量精準(zhǔn)，一次調(diào)頻的正確動(dòng)作率也會(huì)有明顯的提高。

（3）DCS對(duì)調(diào)門流量特性曲線進(jìn)行修正，精細(xì)調(diào)門開(kāi)度變化與機(jī)組負(fù)荷變化之間的關(guān)系。

（4）進(jìn)一步對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻邏輯進(jìn)行優(yōu)化：①DEH側(cè)，一次調(diào)頻閥位前饋函數(shù)將頻差信號(hào)轉(zhuǎn)化為閥位指令，直接疊加在汽輪機(jī)調(diào)門指令上，同時(shí)引入主汽壓力對(duì)一次調(diào)頻函數(shù)進(jìn)行修正。協(xié)調(diào)側(cè)，一次調(diào)頻負(fù)荷修正函數(shù)將頻差信號(hào)轉(zhuǎn)化為負(fù)荷指令，疊加到CCS功率回路指令上，對(duì)DEH側(cè)前饋進(jìn)行補(bǔ)償，保證調(diào)頻負(fù)荷精確控制。②頻差信號(hào)回路能夠在機(jī)組運(yùn)行期間人為選擇，即要有頻率信號(hào)，也要有汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，方便及時(shí)調(diào)整。③引入主汽壓力、調(diào)節(jié)級(jí)壓力修正一次調(diào)頻回路，適當(dāng)減少汽壓變化對(duì)機(jī)組調(diào)頻的影響。④對(duì)一次調(diào)頻函數(shù)指令進(jìn)行適當(dāng)?shù)南匏?，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。⑤以上4條完成后，根據(jù)優(yōu)化后的運(yùn)行情況，對(duì)一次調(diào)頻（線性、死區(qū)）函數(shù)，對(duì)比每月的電網(wǎng)考核數(shù)據(jù)，持續(xù)跟蹤改進(jìn)，進(jìn)行微小修正，并研究設(shè)計(jì)自動(dòng)修正回路的可行性。

一次調(diào)頻優(yōu)化結(jié)果，見(jiàn)圖1。

4 結(jié)果及展望

上述方案在華北某廠200 MW和600 MW機(jī)組試驗(yàn)，優(yōu)化后一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間及速度、調(diào)節(jié)質(zhì)量及品質(zhì)均有大幅提升，一次調(diào)頻正確動(dòng)作率大于95%，每臺(tái)機(jī)組每天一次調(diào)頻動(dòng)作次數(shù)降低至10-20次，滿足了華北電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則（AGC、一次調(diào)頻）考評(píng)管理的要求，收效良好。

圖1 華北某廠目前使用的一次調(diào)頻邏輯

目前發(fā)達(dá)國(guó)家普遍的電網(wǎng)頻率變動(dòng)允許范圍是0.1 Hz，我國(guó)的電網(wǎng)頻率變動(dòng)允許范圍是0.2 Hz，由于供電品質(zhì)的因素，造成了許多重要工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量比不上發(fā)達(dá)國(guó)家，這更需要我們加倍努力，為我國(guó)早日邁進(jìn)工業(yè)4.0，實(shí)現(xiàn)“中國(guó)制造2025”提供電力保障，提升供電品質(zhì)，提高電能質(zhì)量。

[1]文群英.熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)[M].3版.北京：中國(guó)電力出版社，2015:20-21.

[2]華北電網(wǎng)有限公司.華北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則（試行）[Z].2009.

[3]華北電網(wǎng)有限公司.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（試行）[Z].2009.

Optimization of Primary Frequency Regulation in Thermal Power Plant

LI Guo-qing1,HE Xin-yan2
（1.Guodian Datong Power Generation Co.,LTD,Datong Shanxi,037043;2.School of Coal Engineering,Shanxi Datong University，Datong Shanxi,037003）

Primary frequency control quality of grid unit directly affects the safety of power grid,the quality of power supply.For power generation enterprises,poor primary frequency control unit also will affect the life of the turbine regulating system,and even cause serious accident impacting the unit safe and stable operation.How to improve the correct rate of movement and the percent of pass of the unit primary frequency control is a primary problem.In this paper,the primary frequency control status quo of 10 units of some factory in the north of China is analyzed,and some effective solutions are found combined with their own experience.

primary frequency regulation;optimization;AGC;CCS;DEH

TM621.6

A

1674-0874(2017)03-0067-03

〔責(zé)任編輯 王東〕

2016-11-08

李國(guó)慶（1981-），男，山西大同人，在讀碩士，工程師，研究方向：電廠自動(dòng)控制。