315MW機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作準(zhǔn)確率低的原因分析及功能優(yōu)化

三河發(fā)電有限責(zé)任公司維護(hù)部 曹 旭 胡佳佳 趙大偉

2018年1月華北電網(wǎng)發(fā)布了新的《華北電網(wǎng)并網(wǎng)電廠一次調(diào)頻性能考核辦法（華北能監(jiān)局征求意見(jiàn)稿）》，并同時(shí)更新了電網(wǎng)的一次調(diào)頻考核系統(tǒng)，引入并網(wǎng)電廠一次調(diào)頻動(dòng)作15秒響應(yīng)指數(shù)、30秒響應(yīng)指數(shù)、60秒積分電量的考核指標(biāo)及計(jì)算辦法，進(jìn)一步提高了電網(wǎng)對(duì)于并網(wǎng)電廠的一次調(diào)頻考核標(biāo)準(zhǔn)。

具體規(guī)定如下：對(duì)于煤電機(jī)組15秒出力響應(yīng)指數(shù)小于75%為不合格；對(duì)于燃?xì)鈾C(jī)組和水電機(jī)組15秒出力響應(yīng)指數(shù)小于90%為不合格；對(duì)于煤電機(jī)組30秒出力響應(yīng)指數(shù)小于90%為不合格；對(duì)于燃?xì)鈾C(jī)組和水電機(jī)組30秒出力響應(yīng)指數(shù)小于100%為不合格；對(duì)于所有煤電機(jī)組、燃?xì)鈾C(jī)組和水電機(jī)組電量貢獻(xiàn)指數(shù)小于75%為不合格。

1 目前存在的問(wèn)題及分析

華北電網(wǎng)一次調(diào)頻考核系統(tǒng)上線運(yùn)行，具體到三河電廠的一次調(diào)頻響應(yīng)次數(shù)及動(dòng)作率而言，根據(jù)華北電網(wǎng)通報(bào)的一次調(diào)頻考核新規(guī)下的考評(píng)結(jié)果為：電量考核144MW，15秒、30秒響應(yīng)出力指數(shù)及電量貢獻(xiàn)指數(shù)的采集次數(shù)、合格次數(shù)、合格率（%）分別為33/6/18.8,33/4/12.2/33,33/9/27.2，一次調(diào)頻采集總次數(shù)99、合格總次數(shù)19、總合格率19.1%，其存在以下問(wèn)題：

大部分不合格的15秒出力響應(yīng)指數(shù)都只到了20%左右，遠(yuǎn)低于新標(biāo)準(zhǔn)所要求的75%；基本上15秒出力響應(yīng)評(píng)價(jià)不合格的情況下30秒出力響應(yīng)也不合格，且大部分不合格的30秒出力響應(yīng)指數(shù)都只到了30%左右，同樣遠(yuǎn)低于新標(biāo)準(zhǔn)所要求的90%；電量貢獻(xiàn)指數(shù)評(píng)價(jià)難以合格，且發(fā)現(xiàn)部分15秒、30秒出力響應(yīng)評(píng)價(jià)合格甚至優(yōu)秀的情況，最終因機(jī)組調(diào)頻出力的持續(xù)性不夠而導(dǎo)致電量貢獻(xiàn)指數(shù)不達(dá)標(biāo)被考核。

華北電網(wǎng)一次調(diào)頻考核系統(tǒng)中存在部分機(jī)組的功率信號(hào)不同源現(xiàn)象，同時(shí)電網(wǎng)一次調(diào)頻考核系統(tǒng)中采用指定的電網(wǎng)線路頻率（即網(wǎng)頻）作為一次調(diào)頻的考核觸發(fā)信號(hào)，而機(jī)組中一次調(diào)頻觸發(fā)邏輯所用信號(hào)絕大多數(shù)采用的是機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)，少部分采用的是技術(shù)改造后的發(fā)電機(jī)端高精度頻率信號(hào)。目前電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)（沒(méi)有線路事故），絕大多數(shù)的網(wǎng)頻小擾動(dòng)范圍在0.04～0.05Hz/2.4～3rpm 以內(nèi)，即實(shí)際轉(zhuǎn)差在超出2rpm 死區(qū)后僅0.4～1rpm。從精度上要求一次調(diào)頻的轉(zhuǎn)速或頻率偏差應(yīng)該小于0.4rpm或0.0067Hz，否則一次調(diào)頻動(dòng)作無(wú)法準(zhǔn)確觸發(fā)進(jìn)而被考核。同時(shí)從時(shí)間指標(biāo)上也要求轉(zhuǎn)速和頻率信號(hào)基本同步。

綜合以上分析，機(jī)組對(duì)于一次調(diào)頻響應(yīng)的快速性、持續(xù)性都不夠；另一方面，出現(xiàn)了在一次調(diào)頻動(dòng)作期間AGC指令方向與一次調(diào)頻動(dòng)作方向相反而引起反調(diào)作用的情況，需增加一次調(diào)頻動(dòng)作優(yōu)先即一次調(diào)頻動(dòng)作期間AGC反向閉鎖的功能；為保證組一次調(diào)頻性能指標(biāo)提升，也要解決好一次調(diào)頻中核心的機(jī)組轉(zhuǎn)速、機(jī)組頻率、有功信號(hào)的同源性和精度問(wèn)題（建議使用機(jī)組轉(zhuǎn)速信號(hào)作為一次調(diào)頻觸發(fā)條件的改用高精度頻率信號(hào)）。因此須針對(duì)本次考核指標(biāo)的結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，對(duì)機(jī)組的一次調(diào)頻功能進(jìn)行完善，減少一次調(diào)頻考核。

2 控制策略優(yōu)化方案

通過(guò)對(duì)比實(shí)施細(xì)則中的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)當(dāng)前#3號(hào)機(jī)組存在的問(wèn)題，將控制優(yōu)化方案分為CCS和DEH 系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行[1]：

針對(duì)CCS 系統(tǒng)采用精確的一次調(diào)頻閉環(huán)控制策略，采用一次調(diào)頻與AGC動(dòng)態(tài)解耦技術(shù)，主要解決一次調(diào)頻的響應(yīng)持續(xù)性低的問(wèn)題[2]。機(jī)組一次調(diào)頻與AGC變負(fù)荷方向相反時(shí)，發(fā)電機(jī)組優(yōu)先執(zhí)行一次調(diào)頻的變負(fù)荷任務(wù)；當(dāng)電網(wǎng)頻率低于額定頻率0.05Hz 或轉(zhuǎn)速小于2997rpm 時(shí)，應(yīng)閉鎖AGC或CCS 減負(fù)荷的指令；當(dāng)電網(wǎng)頻率高于額定頻率0.05Hz 或轉(zhuǎn)速大于3003rpm 時(shí)，應(yīng)閉鎖AGC 或CCS 加負(fù)荷的指令；閉鎖指令出口為脈沖指令，脈沖時(shí)長(zhǎng)為輸入為1的持續(xù)時(shí)間，不超過(guò)60秒。

DEH 側(cè)則通過(guò)建模試驗(yàn)獲取不同負(fù)荷段機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的多模型（針對(duì)90%Pe、80%Pe、70%Pe、60%Pe 分段調(diào)整動(dòng)作幅度），并借助快動(dòng)緩回、分段不等率設(shè)置、壓力修正、時(shí)間修正等多種方法，綜合解決機(jī)組一次調(diào)頻過(guò)程中15s、30s 響應(yīng)指數(shù)不達(dá)標(biāo)（快速性欠缺）以及積分電量不達(dá)標(biāo)（持續(xù)性欠缺）的問(wèn)題。

圖1 基于調(diào)速系統(tǒng)多模型預(yù)測(cè)的一次調(diào)頻優(yōu)化控制策略

負(fù)荷修正：用于削弱流量特性曲線非線性給調(diào)頻效果帶來(lái)的干擾；分段不等率：轉(zhuǎn)速不等率采用分段設(shè)置，增強(qiáng)機(jī)組在低頻差段的調(diào)頻效果，將轉(zhuǎn)速偏差在(-2.4,-2.1)、(2.1,2.4)時(shí)，不等率設(shè)為3%(3.89MW/rpm)；轉(zhuǎn)速偏差在(-3.6,-2.4)、(2.4,3.6)時(shí)，不等率設(shè)為3.3%(3.54MW/rpm)；快動(dòng)緩回：此策略保證了一次調(diào)頻的“快動(dòng)”性能，并且在頻率的恢復(fù)過(guò)程中，通過(guò)速率限制使調(diào)頻作用緩慢地隨頻率偏差恢復(fù)，從而提供更多的調(diào)頻電量；壓力修正：基于壓力變化進(jìn)行調(diào)頻量補(bǔ)償，修正綜合閥位指令與主汽流量之間的非線性干擾，其中設(shè)定壓力Ps 與實(shí)際壓力Pt 的比值用于減少主汽壓力偏差對(duì)調(diào)頻效果造成的影響；時(shí)間修正：從時(shí)間角度對(duì)補(bǔ)償增益進(jìn)行變參數(shù)設(shè)置。

圖1中的修正函數(shù)如下：F(x)對(duì)應(yīng)的函數(shù)，機(jī)組實(shí)際負(fù)荷MW（0，200，300，350，400），對(duì)應(yīng)輸負(fù)荷MW（350，150，50，0，0）；F1(x)對(duì)應(yīng)的函數(shù)，轉(zhuǎn)差rpm（-15，-11.9，-3.6，3.6，11.9，15），對(duì)應(yīng)負(fù)荷修正量MW（-21.59，-21.59，0，0，21.59，21.59）；F2(x)對(duì)應(yīng)的函數(shù)，轉(zhuǎn)差rpm（-15，2.09，2.1，2.4，3.6，15），對(duì)應(yīng)負(fù)荷修正量MW（0，0，1，2.17，6.41，6.41）；F3(x)對(duì)應(yīng)的函數(shù)，轉(zhuǎn)差rpm（-15，-3.6，-2.4，-2.1，-2.09，15）負(fù) 荷修正量MW（-6.41，-6.4，-2.17，-1，0，0）。

F11(x)～F15(x)通過(guò)一次調(diào)頻系統(tǒng)模型試驗(yàn)后獲得，試驗(yàn)負(fù)荷點(diǎn)的選取根據(jù)確定的一次調(diào)頻試驗(yàn)負(fù)荷范圍50～100%Pe，按照一定的負(fù)荷區(qū)間選取試驗(yàn)點(diǎn)（按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際閥門(mén)流量特性合理調(diào)整試驗(yàn)負(fù)荷點(diǎn)），在特性變化大的區(qū)間增大取點(diǎn)密度。#3機(jī)組選取175MW-210MW-260MW-315MW，手動(dòng)模擬實(shí)際轉(zhuǎn)差或手動(dòng)提高額定轉(zhuǎn)速的方式，分別進(jìn)行包含死區(qū)轉(zhuǎn)差±2.5rpm、±3rpm、±4rpm、±6rpm 的試驗(yàn)，根據(jù)調(diào)頻試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行該負(fù)荷段下的機(jī)組建模，并進(jìn)行一次調(diào)頻控制相應(yīng)各項(xiàng)參數(shù)以及壓力設(shè)定值（滑壓曲線）的優(yōu)化；在每個(gè)負(fù)荷點(diǎn)都得到一組負(fù)荷-壓力-綜合閥位對(duì)應(yīng)關(guān)系，整個(gè)負(fù)荷段下來(lái)，得到一簇負(fù)荷-壓力-綜合閥位對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線。

3 實(shí)施效果

三河#3機(jī)組實(shí)施一次調(diào)頻優(yōu)化后，一次調(diào)頻的響應(yīng)次數(shù)以及動(dòng)作率都大幅增強(qiáng)，分別調(diào)取電網(wǎng)對(duì)三河電廠2020年8月份#1、#2、#3號(hào)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作合格率，結(jié)果顯示#3機(jī)組一次調(diào)頻合格率為76.87%，未優(yōu)化的#1、#2機(jī)組的一次調(diào)頻合格率分別為18.14%和28.15%，#3機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作合格率遠(yuǎn)高于未優(yōu)化機(jī)組。對(duì)優(yōu)化后的#3機(jī)組一次調(diào)頻考核合格率根據(jù)時(shí)間軸進(jìn)行分析，從2019年3月至12月份，可看到隨著優(yōu)化方案的實(shí)施#3機(jī)組的合格率從最初的19%提升至76.8%。此次控制策略的優(yōu)化大幅提升一次調(diào)頻性能，并取得#3機(jī)組一次調(diào)頻合格率大幅提升的顯著效果。

目前該套優(yōu)化方案在三河電廠#3、4機(jī)組上均已實(shí)裝且效果顯著。#3、4機(jī)組未優(yōu)化時(shí)的一次調(diào)頻的合格率分別為19.19%和7.07%，優(yōu)化后達(dá)76.87%和58.71%，遠(yuǎn)高于未優(yōu)化時(shí)期，后期將繼續(xù)把該套優(yōu)化方案推廣應(yīng)用在#1、2機(jī)組上。

隨著綠色清潔電源在電網(wǎng)中的占比不斷增長(zhǎng)，擠占了常規(guī)火電機(jī)組的發(fā)電空間，導(dǎo)致常規(guī)機(jī)組并網(wǎng)數(shù)量在電網(wǎng)中占比減少，造成網(wǎng)頻系統(tǒng)調(diào)頻的能力下降，因此對(duì)并網(wǎng)機(jī)組的接入質(zhì)量要求就更高，三河電廠此次進(jìn)行機(jī)組一次調(diào)頻性能優(yōu)化，為提高電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、降低電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，增強(qiáng)電網(wǎng)的抗事故能力貢獻(xiàn)一份力量。