珙縣電廠2×600 MW超臨界機(jī)組一次調(diào)頻試驗(yàn)

蘭立剛，郭同書，趙明，朱能飛

(1.四川省電力工業(yè)調(diào)整試驗(yàn)所，四川 成都 610072;2.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 210031)

1 研究背景

隨著電網(wǎng)容量的增大和用戶對(duì)電能質(zhì)量要求的提高，電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性問(wèn)題越來(lái)越被重視，尤其大容量并網(wǎng)機(jī)組的故障跳閘會(huì)對(duì)電網(wǎng)頻率產(chǎn)生很大的沖擊。一次調(diào)頻功能的有效投入，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組負(fù)荷對(duì)頻率的快速響應(yīng)，維持電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)頻率的控制水平，迅速消除由于電網(wǎng)負(fù)荷變化而引起的頻率波動(dòng)。

由于直流鍋爐蓄熱能力低、快速響應(yīng)負(fù)荷能力差、難以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻功能，因此，必須優(yōu)化鍋爐、汽輪機(jī)以及發(fā)電機(jī)之間的協(xié)調(diào)。采用協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)+數(shù)字電調(diào)控制系統(tǒng)協(xié)(DEH)聯(lián)合控制的方式，使機(jī)組在一次調(diào)頻響應(yīng)過(guò)程中鍋爐側(cè)和汽輪機(jī)側(cè)協(xié)調(diào)動(dòng)作，在CCS邏輯和DEH邏輯中同時(shí)加入頻率校正回路，共同完成一次調(diào)頻功能。這樣，既能保證一次調(diào)頻的響應(yīng)速度，又能避免機(jī)組參數(shù)的大幅度波動(dòng)，確保機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

2 一次調(diào)頻分析及試驗(yàn)

2.1 控制策略

華電四川珙縣電廠一期工程2×600 MW機(jī)組為超臨界W形火焰直流鍋爐機(jī)組，采用國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司生產(chǎn)的TCS3000分散控制系統(tǒng)(DCS)，DEH采用東方汽輪機(jī)有限公司－日立公司生產(chǎn)的H5000M控制系統(tǒng)，CCS采用以鍋爐跟隨為基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)控制策略。

DEH頻差補(bǔ)償按照4.5%速度變動(dòng)率設(shè)置，如圖1所示。流量補(bǔ)償直接疊加在閥門流量指令上，沒(méi)有延時(shí)的動(dòng)作特性決定了負(fù)荷響應(yīng)快速直接，其調(diào)頻能力的大小僅和汽輪機(jī)的調(diào)門特性有關(guān)，因此，DEH側(cè)一次調(diào)頻能夠做到快速響應(yīng)。由于DEH側(cè)為開(kāi)環(huán)閥控方式，而頻差補(bǔ)償?shù)牧髁啃拚祵?duì)應(yīng)的電功率是機(jī)組處于額定參數(shù)下的對(duì)應(yīng)值，如果機(jī)組運(yùn)行在非額定工況下，對(duì)應(yīng)的電功率會(huì)出現(xiàn)偏差，對(duì)機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行影響較大。CCS頻差補(bǔ)償按照5%速度變動(dòng)率設(shè)置，如圖2所示。其功率指令補(bǔ)償直接疊加到機(jī)組負(fù)荷指令上。當(dāng)系統(tǒng)采用CCS+DEH同時(shí)投入一次調(diào)頻的方式時(shí)，DEH側(cè)能保證一次調(diào)頻快速動(dòng)作，而CCS側(cè)則能保證功率回路的準(zhǔn)確、穩(wěn)定調(diào)節(jié)。

圖1 DEH側(cè)頻差補(bǔ)償

2.2 一次調(diào)頻現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

根據(jù)四川電網(wǎng)一次調(diào)頻管理細(xì)則要求，600 MW火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻應(yīng)滿足以下條件:人工死區(qū)為±2 r/min內(nèi);速度變動(dòng)率為4% ～5%;一次調(diào)頻最大負(fù)荷調(diào)整限幅為±6%機(jī)組額定負(fù)荷;響應(yīng)滯后時(shí)間小于4 s;15 s內(nèi)達(dá)到理論計(jì)算一次調(diào)頻最大負(fù)荷調(diào)整幅度的90%。

試驗(yàn)過(guò)程應(yīng)確認(rèn)DCS和DEH工作正常，機(jī)組負(fù)荷升至450 MW左右，主汽壓力、溫度、爐膛負(fù)壓等重要參數(shù)無(wú)大幅波動(dòng)、機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。首先要進(jìn)行DEH一次調(diào)頻試驗(yàn)，此時(shí)DCS處在基本運(yùn)行狀態(tài)。DEH一次調(diào)頻投入，而CCS一次調(diào)頻不投。在試驗(yàn)過(guò)程中，首先強(qiáng)制DEH中間轉(zhuǎn)速信號(hào)為3 002 r/min，此時(shí)DEH一次調(diào)頻不動(dòng)作;接著分別強(qiáng)制轉(zhuǎn)速為3007 r/min和3010 r/min得到負(fù)荷響應(yīng)曲線，如圖3所示。轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)制為3007 r/min時(shí)，實(shí)際負(fù)荷在1 s內(nèi)從418 MW變?yōu)?86 MW，15 s內(nèi)降至376 MW;轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)制為3 010 r/min時(shí)，實(shí)際負(fù)荷在1 s內(nèi)從428MW變?yōu)?85MW，15s內(nèi)降至367MW。分別強(qiáng)制轉(zhuǎn)速為2993r/min和2990r/min時(shí)得到負(fù)荷響應(yīng)曲線如圖4所示。轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)制為2 993 r/min時(shí)，實(shí)際負(fù)荷在2s內(nèi)從421MW變?yōu)?25MW，15s內(nèi)升至434 MW;轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)制為2 990 r/min時(shí)，實(shí)際負(fù)荷在2 s內(nèi)從424 MW升為427 MW，15 s內(nèi)升至439 MW。試驗(yàn)曲線表明:由于DEH一次調(diào)頻補(bǔ)償函數(shù)為閥門流量補(bǔ)償，各頻差點(diǎn)的負(fù)荷響應(yīng)快速，但不能準(zhǔn)確反映負(fù)荷的補(bǔ)償。若DEH側(cè)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)閥門流量指令加入機(jī)前壓力偏差補(bǔ)償，則可改善其補(bǔ)償精度。

圖2 CCS側(cè)頻差補(bǔ)償

DEH側(cè)一次調(diào)頻試驗(yàn)完成后，機(jī)組投入CCS運(yùn)行方式并投入CCS一次調(diào)頻。重復(fù)強(qiáng)制上述轉(zhuǎn)速點(diǎn)，得到CCS+DEH一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)曲線。升轉(zhuǎn)速負(fù)荷響應(yīng)曲線如圖5所示，轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)制為3 007 r/min時(shí)，實(shí)際負(fù)荷在1 s內(nèi)從424 MW 變?yōu)?08 MW，15 s內(nèi)降至404 MW;轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)制為3 010 r/min時(shí)，實(shí)際負(fù)荷在1 s內(nèi)從425 MW變?yōu)?05 MW，15 s內(nèi)降至390 MW;降轉(zhuǎn)速負(fù)荷響應(yīng)曲線如圖6所示，轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)制為2993 r/min時(shí)，實(shí)際負(fù)荷在1 s內(nèi)從414 MW變?yōu)?15 MW，15 s內(nèi)升至440 MW;轉(zhuǎn)速?gòu)?qiáng)制為2990 r/min時(shí)，實(shí)際負(fù)荷在2 s內(nèi)從414 MW變?yōu)?25 MW，15 s內(nèi)升至450 MW。由試驗(yàn)曲線可知:在非額定工況下，DEH側(cè)一次調(diào)頻快速動(dòng)作，滯后時(shí)間小于2 s，同時(shí)會(huì)使實(shí)際功率過(guò)調(diào)，而由于CCS側(cè)轉(zhuǎn)差率設(shè)置為5%，一次調(diào)頻疊加到負(fù)荷指令后通過(guò)汽輪機(jī)功率調(diào)節(jié)器將實(shí)際功率回調(diào)至準(zhǔn)確的一次調(diào)頻動(dòng)作值，且滿足15 s內(nèi)達(dá)到一次調(diào)頻最大負(fù)荷調(diào)整幅度90%的要求。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)DEH和CCS側(cè)一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速變動(dòng)率的不同設(shè)置，珙縣電廠一次調(diào)頻動(dòng)作變得快速、穩(wěn)定和準(zhǔn)確，確保了調(diào)頻動(dòng)作的準(zhǔn)確度。珙縣電廠一次調(diào)頻能夠滿足四川電網(wǎng)一次調(diào)頻的要求，對(duì)電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定性作用明顯，可起到維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定和電網(wǎng)優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的作用且對(duì)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行影響不大。

［1］尹峰.CCS參與的火電機(jī)組一次調(diào)頻能力試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)電力，2005，38(3):74 －76.