基于褐煤燃燒的超超臨界660MW直流爐一次調(diào)頻控制策略優(yōu)化及應(yīng)用

作者簡(jiǎn)介：路廣亮（1975—）， 男，本科 ，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏δ茉础?/p>

摘 要：該文總結(jié)分析了內(nèi)蒙古大唐國(guó)際錫林浩特發(fā)電公司2×660MW超超臨界機(jī)組基于褐煤燃燒的一次調(diào)頻控制策略存在的問(wèn)題，提出了相應(yīng)的控制邏輯優(yōu)化方案，并實(shí)際應(yīng)用在機(jī)組生產(chǎn)中，改善機(jī)組一次調(diào)頻性能，使電網(wǎng)頻率維持穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)機(jī)組的能量平衡。在滿足華北網(wǎng)一次調(diào)頻控制的要求基礎(chǔ)上，通過(guò)控制策略的優(yōu)化，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性，可供同類(lèi)型機(jī)組的一次調(diào)頻參考與借鑒。

關(guān)鍵詞： AGC ?一次調(diào)頻 ?涉網(wǎng)性能 ?電能質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào)： TM621 ????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ??文章編號(hào)：1672-3791（2021）12（b）-0000-00

Abstract：This paper summarizes and analyzes 2 of Inner Mongolia Datang International Xilinhot power generation company × Based on the problems existing in the primary frequency regulation control strategy of 660MW ultra supercritical unit based on lignite combustion， the corresponding control logic optimization scheme is proposed and applied in the unit production to improve the primary frequency regulation performance of the unit， maintain the stability of power grid frequency and realize the energy balance of the unit. On the basis of meeting the requirements of primary frequency regulation control of North China power grid， the safety and stability of unit operation are improved through the optimization of control strategy， which can be used as a reference for primary frequency regulation of similar units.

Key Words： AGC; Primary frequency modulation;Network related performance;Power quality

隨著新能源的快速發(fā)展，光伏、風(fēng)電新能源發(fā)電易受天氣等因素影響，儲(chǔ)能效果不是很明顯，發(fā)電呈現(xiàn)出間歇性和波動(dòng)性，在綠色低碳環(huán)保形勢(shì)下，推動(dòng)低碳減排，發(fā)展和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)，電站結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，對(duì)電網(wǎng)造成了很大的沖擊，直接影響電能的質(zhì)量[1]。電網(wǎng)頻率波動(dòng)，其安全風(fēng)險(xiǎn)使得電網(wǎng)公司對(duì)發(fā)電機(jī)組涉網(wǎng)性能、尤其是一次調(diào)頻性能非常重視[2]。電網(wǎng)公司也對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻的性能加大了嚴(yán)格控制并下發(fā)了相關(guān)考核指標(biāo)。

1一次調(diào)頻基本概況

1.1一次調(diào)頻基本原理和考核指標(biāo)

一次調(diào)頻是指由發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的頻率特性所固有的能力，隨頻率變化而自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。但不同的發(fā)電機(jī)組性能不同，且調(diào)整量有限，值班調(diào)度員控制難度加大。電網(wǎng)的頻率一旦有波動(dòng)時(shí)，網(wǎng)內(nèi)機(jī)組的控制系統(tǒng)自動(dòng)地控制機(jī)組有功功率的增減，限制電網(wǎng)頻率變化[3]，使電網(wǎng)頻率維持穩(wěn)定的自動(dòng)控制過(guò)程。

考核指標(biāo)包括：（1）轉(zhuǎn)速不等率δ;（2）最大負(fù)荷調(diào)節(jié)量;（3）調(diào)頻死區(qū);（4）動(dòng)態(tài)指標(biāo)。

1.2調(diào)頻控制方式

采用協(xié)調(diào)控制策略，通過(guò)DEH和 CCS側(cè)一次調(diào)頻功能的同時(shí)動(dòng)作，將DEH側(cè)調(diào)頻信號(hào)的一部分直接疊加在汽機(jī)總閥門(mén)指令上，轉(zhuǎn)速偏差經(jīng)不等函數(shù)轉(zhuǎn)換為一次調(diào)頻負(fù)荷疊加負(fù)荷指令，直接疊加到汽機(jī)主控回路上。一次調(diào)頻動(dòng)作后調(diào)節(jié)負(fù)荷設(shè)定值確保和數(shù)字電液控制系統(tǒng)的作用方向相同，最終穩(wěn)定負(fù)荷到所需要的值。在由于一次調(diào)頻引起功率快速升降的過(guò)程中仍能維持較好的機(jī)前進(jìn)氣壓力，這不僅使得一次調(diào)頻動(dòng)作取得穩(wěn)定的效果，而且確保了一次調(diào)頻控制系統(tǒng)的長(zhǎng)期，穩(wěn)定投入，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)組最終能量平衡。

2一次調(diào)頻中存在的問(wèn)題及現(xiàn)象

2.1一次調(diào)頻投入邏輯設(shè)置不合理

按照規(guī)程、規(guī)范要求，符合一次調(diào)頻投入條件的機(jī)組，實(shí)際機(jī)組存在一次調(diào)頻投切按鈕，且投入條件有負(fù)荷限制：330 MW，是主要造成一次調(diào)頻投入率過(guò)低的原因，不滿足調(diào)度要求。具體如圖1所示。

2.2一次調(diào)頻與AGC調(diào)節(jié)相互影響

AGC與一次調(diào)頻反向調(diào)節(jié)、主蒸汽壓力拉回、AGC加負(fù)荷前饋等原因?qū)е碌囊淮握{(diào)頻調(diào)整幅度不夠及積分電量不足。機(jī)組負(fù)荷指令2（含一次調(diào)頻負(fù)荷指令）經(jīng)過(guò)1 s濾波，對(duì)一次調(diào)頻指令造成滯后，當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，壓力拉回負(fù)荷量，可能會(huì)導(dǎo)致一次調(diào)頻量不足或反向[4]。當(dāng)AGC加負(fù)荷時(shí)，會(huì)對(duì)汽機(jī)主控有增加輸出的前饋，當(dāng)一次調(diào)頻要求減負(fù)荷時(shí)，會(huì)造成一次調(diào)頻反調(diào)。

2.3 DEH側(cè)一次調(diào)頻前饋量不足

DEH側(cè)利用機(jī)組轉(zhuǎn)速與定值3000的轉(zhuǎn)速差信號(hào)形成一次調(diào)頻閥位前饋指令疊加到綜合開(kāi)度指令，調(diào)整汽輪機(jī)的負(fù)荷，快速穩(wěn)定電網(wǎng)頻率。設(shè)置的轉(zhuǎn)速差函數(shù)如表1所示，一次調(diào)頻閥位前饋量不足導(dǎo)致一次調(diào)頻動(dòng)作緩慢甚至出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。

2.4一次調(diào)頻合格率低

由于一次調(diào)頻控制邏輯存在問(wèn)題和控制參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致一次調(diào)頻合格率很低，電量貢獻(xiàn)指數(shù)合格率32.82%，15 s響應(yīng)指數(shù)合格率19.08%，30 s響應(yīng)指數(shù)合格率18.32%。

3一次調(diào)頻優(yōu)化方案

3.1邏輯優(yōu)化

（1）取消一次調(diào)頻指令濾波，使得一次調(diào)頻指令不經(jīng)過(guò)濾波環(huán)節(jié)，有助于一次調(diào)頻動(dòng)作更為快速及時(shí)。

（2）主蒸汽壓力拉回回路保持功能：當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，壓力拉回負(fù)荷量保持當(dāng)前值，將不會(huì)影響到一次調(diào)頻的負(fù)荷量調(diào)整，同時(shí)也不會(huì)對(duì)機(jī)組安全產(chǎn)生影響（注：一次調(diào)頻動(dòng)作消失后，壓力拉回負(fù)荷量恢復(fù)速率為0.2 MW/s）。

（3）AGC負(fù)荷調(diào)整前饋保持功能：增加當(dāng)一次調(diào)頻量<-1 MW時(shí)，保持AGC對(duì)汽機(jī)主控的前饋量，將不會(huì)影響到一次調(diào)頻的負(fù)荷量調(diào)整。同時(shí)增加此功能的投切開(kāi)關(guān)（注：一次調(diào)頻動(dòng)作消失后，AGC前饋恢復(fù)速率為每秒0.05%）。

3.2增加一次調(diào)頻負(fù)荷指令“快動(dòng)慢回”邏輯

為了提高一次調(diào)頻的性能，確定了“快動(dòng)慢回”一次調(diào)頻的控制策略。

一次調(diào)頻動(dòng)作后，一次調(diào)頻負(fù)荷指令快速動(dòng)作，為滿足一次調(diào)頻積分電量的考核要求，增加一次調(diào)頻動(dòng)作后，一次調(diào)頻負(fù)荷指令緩慢恢復(fù)的功能，能夠滿足積分電量的考核指標(biāo)?？靹?dòng)慢回實(shí)現(xiàn)策略：實(shí)際轉(zhuǎn)速>3 001.7 rpm，實(shí)際轉(zhuǎn)速與自身經(jīng)過(guò)14 s濾波后取大;實(shí)際轉(zhuǎn)速<2 998.3 rpm，實(shí)際轉(zhuǎn)速與自身經(jīng)過(guò)14 s濾波后取小。增加0.3 rpm的目的是為了實(shí)現(xiàn)快動(dòng)緩回功能，以此增加積分電量。

3.3一次調(diào)頻中轉(zhuǎn)速“死區(qū)”調(diào)整

汽輪機(jī)受轉(zhuǎn)速精度影響，將轉(zhuǎn)速死區(qū)±2 rpm修改為±1.9 rpm，能夠在一定程度上克服轉(zhuǎn)速精度帶來(lái)的調(diào)節(jié)滯后。一次調(diào)頻頻繁動(dòng)作時(shí)，會(huì)造成進(jìn)汽調(diào)門(mén)的來(lái)回?cái)[動(dòng)，從而影響到協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定。進(jìn)而造成機(jī)組功率在死區(qū)附近振蕩[5]。所以死區(qū)的設(shè)置必須要合理。

3.4 增加AGC反向調(diào)節(jié)負(fù)荷閉鎖增/減邏輯

增加AGC加負(fù)荷且一次調(diào)頻要求減負(fù)荷時(shí)，閉鎖AGC負(fù)荷指令增的功能。能夠解除AGC負(fù)荷指令調(diào)整對(duì)一次調(diào)頻負(fù)荷量的干擾，一次調(diào)頻量絕對(duì)值大于1 MW（回程死區(qū)為0.3 MW）且一次調(diào)頻與AGC調(diào)節(jié)反向時(shí)，閉鎖AGC負(fù)荷反向調(diào)節(jié)，正向調(diào)節(jié)不受限制。

增加AGC減負(fù)荷且一次調(diào)頻要求加負(fù)荷時(shí)，閉鎖AGC負(fù)荷指令減的功能。能夠解除AGC負(fù)荷指令調(diào)整對(duì)一次調(diào)頻負(fù)荷量的干擾。一次調(diào)頻量絕對(duì)值大于1 MW（回程死區(qū)為0.3 MW）且一次調(diào)頻與AGC調(diào)節(jié)反向時(shí)，閉鎖AGC負(fù)荷反向調(diào)節(jié)，正向調(diào)節(jié)不受限制。

3.5 DEH側(cè)一次調(diào)頻前饋功能優(yōu)化

機(jī)組是燃燒褐煤的機(jī)組，褐煤的熱值較低且不耐燒，加上直流爐特性，如果一次調(diào)頻前饋量不足，將會(huì)大大降低機(jī)組一次調(diào)頻效果。從一次調(diào)頻響應(yīng)曲線上來(lái)看，DEH側(cè)一次調(diào)頻前饋函數(shù)輸出的前饋量不足。

DEH側(cè)一次調(diào)頻投入負(fù)荷限值由330 MW修改為200 MW。為保證低負(fù)荷下一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)汽輪機(jī)安全運(yùn)行，增加200～300MW負(fù)荷段，當(dāng)機(jī)組處于干態(tài)運(yùn)行時(shí)，DEH側(cè)一次調(diào)頻對(duì)汽機(jī)主控前饋的修正功能（注：修正函數(shù)為實(shí)際負(fù)荷經(jīng)過(guò)fx（200，0）（300，1）乘在前饋量上），當(dāng)干態(tài)信號(hào)觸發(fā)或消失時(shí)，T選塊切換速率可為0.03%/s。

4 優(yōu)化后效果

選取一定負(fù)荷工況點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，機(jī)組協(xié)調(diào)控制，CCS側(cè)和DEH側(cè)一次調(diào)頻都投入，退出機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制，先后進(jìn)行±4 rpm、±6 rpm的模擬頻差擾動(dòng)試驗(yàn)，數(shù)據(jù)結(jié)果統(tǒng)計(jì)及分析如表2所示。

機(jī)組在頻差越過(guò)死區(qū)后一次調(diào)頻迅速動(dòng)作，負(fù)荷的響應(yīng)速度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

選取改造后機(jī)組某段時(shí)間實(shí)際一次調(diào)頻響應(yīng)速度較之前有所提高，一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)壓力拉回回路切除功能正常，一次調(diào)頻負(fù)荷指令為負(fù)時(shí)汽機(jī)主控前饋切除回路正常。當(dāng)一次調(diào)頻調(diào)節(jié)與AGC調(diào)節(jié)反向時(shí)，一次調(diào)頻動(dòng)作，且一次調(diào)頻負(fù)荷指令為正，此時(shí)AGC負(fù)荷指令為減負(fù)荷，閉鎖減信號(hào)觸發(fā)，實(shí)現(xiàn)了一次調(diào)頻動(dòng)作優(yōu)先;當(dāng)一次調(diào)頻負(fù)荷指令為負(fù)，此時(shí)AGC負(fù)荷指令為增負(fù)荷，閉鎖增信號(hào)觸發(fā)，同樣實(shí)現(xiàn)了一次調(diào)頻動(dòng)作優(yōu)先。

優(yōu)化后通過(guò)各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比分析，改造前后同段時(shí)間連續(xù)2個(gè)月的一次調(diào)頻考核電量數(shù)據(jù)，合格率由42.75%上升到78.9%。表明機(jī)組通過(guò)采取相關(guān)優(yōu)化措施，改善機(jī)組的一次調(diào)頻穩(wěn)定性明顯[6]。由于褐煤燃燒直流爐蓄能少的特點(diǎn)，在一次調(diào)頻同時(shí)，微調(diào)給水、給煤量等參數(shù)，維持機(jī)組整體的穩(wěn)定。

5結(jié)語(yǔ)

通過(guò)優(yōu)化邏輯，新增加一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)AGC閉鎖邏輯，取消一次調(diào)頻指令濾波、增加主蒸汽壓力拉回回路保持功能、增加AGC負(fù)荷調(diào)整前饋保持功能、增加一次調(diào)頻負(fù)荷指令“快動(dòng)慢回”邏輯、調(diào)整一次調(diào)頻中轉(zhuǎn)速“死區(qū)”、優(yōu)化DEH側(cè)一次調(diào)頻前饋功能，能夠明顯改善機(jī)組一次調(diào)頻性能。對(duì)褐煤燃燒直流爐一次調(diào)頻起到了參考和借鑒。

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