135 MW循環(huán)流化床機(jī)組一次調(diào)頻性能優(yōu)化研究與應(yīng)用

弭尚文，張鳳忠，黃慶勇，褚云山，王洪凱

(1.中電投東北能源科技有限公司，遼寧 沈陽 110179；2.國家電投集團(tuán)東北電力有限公司，遼寧 沈陽 110181； 3.大連泰山熱電有限公司，遼寧 大連 116021；4.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006)

2010年東北電網(wǎng)調(diào)度中心更新了《東北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實施細(xì)則》和《東北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實施細(xì)則》，簡稱“兩個細(xì)則”，其對發(fā)電廠機(jī)組的管理考核和性能考核作了全新的規(guī)定，加強(qiáng)了涉網(wǎng)考核監(jiān)督和獎懲力度。新的“兩個細(xì)則”增加了對200 MW以下的火電機(jī)組一次調(diào)頻考核，大連泰山熱電廠2臺機(jī)組都不能完全滿足考核需要，某些考核指標(biāo)不達(dá)標(biāo)，造成機(jī)組一次調(diào)頻扣罰嚴(yán)重，對電網(wǎng)的支持效果造成制約，也對電廠的經(jīng)濟(jì)效益帶來影響。為提高2臺機(jī)組的涉網(wǎng)服務(wù)能力，需要對其一次調(diào)頻功能進(jìn)行整改和優(yōu)化，力求發(fā)揮機(jī)組最大潛力，使電網(wǎng)調(diào)度中心對機(jī)組的考核扣罰分?jǐn)?shù)降至最低。

大連泰山熱電有限公司2臺135 MW循環(huán)流化床機(jī)組于2005年投產(chǎn)運(yùn)行，一次調(diào)頻調(diào)節(jié)品質(zhì)長期不能滿足電網(wǎng)公司兩個細(xì)則要求，需要進(jìn)行優(yōu)化。

1 一次調(diào)頻優(yōu)化前準(zhǔn)備

1.1 主要指標(biāo)

按照《遼寧電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻管理規(guī)定》，機(jī)組的一次調(diào)頻考核技術(shù)指標(biāo)如下。

數(shù)字電液型調(diào)速系統(tǒng)的火電機(jī)組一次調(diào)頻的人工死區(qū)為±0.033 Hz(±2 r/min)；火電機(jī)組速度變動率為5%；額定負(fù)荷小于200 MW的火電機(jī)組，一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)整限幅為機(jī)組額定負(fù)荷的±10%。一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)的滯后時間B1；一次調(diào)頻負(fù)荷調(diào)整幅度B2；調(diào)整幅度的偏差B3；調(diào)頻響應(yīng)指數(shù)Bu；電力調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)依據(jù)各電廠PMU子站上送數(shù)據(jù)計算發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻響應(yīng)特性，若B1、B2、B3及Bu任一項不合格，扣減一次調(diào)頻月投入時間，從而間接扣減月投運(yùn)率；若1個月內(nèi)B1、B2、B3及Bu平均值滿足B1≥0.5、B2≥0.9、B3≤0.3、Bu≥0.8，則該機(jī)組本月可以不扣除月投入時間[1]。

1.2 一次調(diào)頻優(yōu)化前數(shù)據(jù)分析

表1為1號機(jī)組一次調(diào)頻月度考核數(shù)據(jù)，2號機(jī)組情況相同，通過優(yōu)化前數(shù)據(jù)顯示，2臺機(jī)組B1指標(biāo)能夠滿足電網(wǎng)考核要求，但B2、B3及Bu指標(biāo)長期不合格。這說明2臺機(jī)組一次調(diào)頻功能能夠快速響應(yīng)電網(wǎng)一次調(diào)頻需求，但前期調(diào)整幅度不能滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻要求，而且一次調(diào)頻調(diào)整幅度偏差較大，一次調(diào)頻響應(yīng)指數(shù)偏小。這說明機(jī)組一次調(diào)頻控制精度較差，后繼出力不足，貢獻(xiàn)電量較少，不能夠有效響應(yīng)電網(wǎng)的調(diào)頻需求。

表1 2021年9月1號機(jī)組一次調(diào)頻月度考核數(shù)據(jù)

1.3 一次調(diào)頻優(yōu)化前邏輯梳理

大連泰山熱電有限公司2臺機(jī)組汽輪機(jī)控制采用數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在DEH和DCS側(cè)都設(shè)計了一次調(diào)頻功能。其中DEH側(cè)的一次調(diào)頻功能主要用于實現(xiàn)頻差(轉(zhuǎn)速差)的計算并通過一定函數(shù)修正后直接動作調(diào)速汽門，實現(xiàn)一次調(diào)頻功能的快速響應(yīng)。其主要影響電網(wǎng)考核系統(tǒng)中負(fù)荷響應(yīng)指標(biāo)、負(fù)荷調(diào)整幅度指標(biāo)的效果[2]。原DEH側(cè)的一次調(diào)頻邏輯組態(tài)如圖1所示。

通過對原控制邏輯的梳理，發(fā)現(xiàn)2點問題。

a.一次調(diào)頻前饋增量作用不明顯。由原邏輯可見，現(xiàn)一次調(diào)頻前饋增量只增加在CCS方式下的CCS指令上，從而輸出到高調(diào)門指令。但是，DEH在功率控制模式和壓力控制模式下時一次調(diào)頻前饋增量沒有作用。

b.一次調(diào)頻前饋系數(shù)設(shè)置不直觀。一次調(diào)頻綜合閥位前饋與CCS來綜合閥位指令疊加處，前饋信號現(xiàn)乘以0.42的系數(shù)。根據(jù)經(jīng)驗分析，其設(shè)計意圖為目標(biāo)負(fù)荷轉(zhuǎn)化為期望閥位的標(biāo)幺系數(shù)。但考慮到一次調(diào)頻綜合閥位前饋信號本身即為開度指令，因此此處的一次調(diào)頻前饋系數(shù)設(shè)置就不夠直觀。因此本次優(yōu)化工作可將此處參數(shù)設(shè)置為1，對DEH側(cè)一次調(diào)頻前饋系數(shù)進(jìn)行重點優(yōu)化整合，并調(diào)整其切入位置[3]。

1.4 一次調(diào)頻PMU數(shù)據(jù)核對

通過電網(wǎng)調(diào)度歷史數(shù)據(jù)曲線觀察發(fā)現(xiàn)，大連泰山熱電有限公司1、2號機(jī)組負(fù)荷數(shù)據(jù)在通過PMU系統(tǒng)上傳網(wǎng)調(diào)數(shù)據(jù)過程中存在誤差，數(shù)據(jù)信號不穩(wěn)定，具體如圖2所示。

通過對大連泰山熱電有限公司機(jī)組負(fù)荷觀察，綠色實際負(fù)荷曲線存在劇烈波動，在一次調(diào)頻動作時，雖然實際負(fù)荷動作趨勢與理論負(fù)荷處理趨勢相同。但由于實際負(fù)荷波動劇烈造成B2、B3及Bu仍不合格。

2 一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化及調(diào)試

DEH側(cè)一次調(diào)頻優(yōu)化工作重點為一次調(diào)頻前饋作用的完善。首先新增邏輯頁進(jìn)行一次調(diào)頻前饋修正系數(shù)的組態(tài)，針對省網(wǎng)一次調(diào)頻考核指標(biāo)要求采用變參數(shù)控制策略[4]，分別設(shè)計了壓力回路、功率回路、頻差回路以及綜合閥位回路[5]。將新組態(tài)邏輯計算生成的修正系數(shù)嵌入原有控制邏輯中，與一次調(diào)頻補(bǔ)償函數(shù)輸出相乘后得到一次調(diào)頻閥位前饋；其次在綜合閥位指令生成環(huán)節(jié)，加入CCS方式下一次調(diào)頻前饋作用生效邏輯；最后將原前饋系數(shù)改為零，目的是將一次調(diào)頻修正系數(shù)整合到新增邏輯頁中，便于調(diào)試期間調(diào)整。此外，針對大連泰山熱電有限公司長期運(yùn)行方式為DCS側(cè)基本方式，DEH側(cè)閥位控制方式，對一次調(diào)頻優(yōu)化系數(shù)采用了閉環(huán)控制，有效提升機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)的精準(zhǔn)性。

該項目自2021年9月入廠開工，收集資料；2021年10月利用1號機(jī)組停機(jī)檢修期間增加一次調(diào)頻優(yōu)化邏輯，并進(jìn)行靜態(tài)試驗；2021年10月20日，1號機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定后進(jìn)行了動態(tài)參數(shù)調(diào)整；2021年10月25日，1號機(jī)組一次調(diào)頻優(yōu)化邏輯投入正常使用。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行情況，跟蹤一次調(diào)頻考核結(jié)果，隨時對動態(tài)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，使機(jī)組在各種工況下，一次調(diào)頻動作能力都能滿足涉網(wǎng)要求，為后期長期穩(wěn)定運(yùn)行提供基礎(chǔ)。

3 一次調(diào)頻優(yōu)化效果及經(jīng)濟(jì)效益

大連泰山熱電有限公司一次調(diào)頻優(yōu)化前后，網(wǎng)調(diào)一次調(diào)頻考核系統(tǒng)數(shù)據(jù)如圖3、圖4所示。

網(wǎng)調(diào)考核后扣罰時間顯示，一次調(diào)頻優(yōu)化前調(diào)頻扣罰時間為587 min，一次調(diào)頻優(yōu)化后扣罰時間平均值為72.9 min。扣罰時間減少87.6%，扣罰金額也相應(yīng)減少，減少了扣罰金額對該電廠經(jīng)濟(jì)效益的影響。

4 結(jié)語

通過對大連泰山熱電有限公司DEH側(cè)一次調(diào)頻功能優(yōu)化使該機(jī)組一次調(diào)頻考核指標(biāo)B1、B2、B3及Bu均有所改善，發(fā)揮機(jī)組最大潛能，提高了機(jī)組涉網(wǎng)服務(wù)能力，促使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定安全運(yùn)行。同時，降低了電網(wǎng)調(diào)度對機(jī)組的考核扣罰分?jǐn)?shù)，減輕了考核扣罰給電廠經(jīng)濟(jì)效益帶來的影響。