一次調頻反調及CCS負荷反調波動大的原因分析

陳仕剛

(韶關發(fā)電廠，廣東 韶關 512027)

1 一次調頻反調原因分析

1.1 機組一次調頻動作過程

2011-07-21T20:12:03，靖海電廠4號發(fā)電機跳閘，甩負荷990MW，此時廣東電網統(tǒng)調負荷為63480MW，電網頻率在 8s內從 49.982Hz 降至49.911Hz。在這次電網頻率波動事件過程中，韶關發(fā)電廠10號機組一次調頻動作過程被考核為“反調”，機組一次調頻動作過程如圖1所示。

1.2 原因分析

圖1 韶關發(fā)電廠10號機組一次調頻動作過程

由圖1可以看出，機組負荷隨頻率的波動而反方向調節(jié)。當頻率降低時，機組負荷升高；當頻率升高時，機組負荷降低。機組一次調頻控制方向正確，并沒有出現“反調”的控制。從機組的實際負荷來看，頻率擾動時，機組的“出力初值”為193.8MW，“出力末值”為 192.7MW，“出力末值”比“出力初值”低，但在“出力初值”時刻的電網頻率并沒有高過擾動前的頻率，所以電網對機組的一次調頻考核為“反調”。即頻率并未恢復至一次調頻動作區(qū)外，仍然在機組一次調頻動作的范圍內，機組的出力值就已經降到了比初始值還低，這是不合理的。正常情況下，一次調頻動作結束后，出力值開始增加直至最大值，后期會存在機組出力值回落的現象，但是回落值在頻率還沒恢復前必須大于“出力初值”，否則就會造成反調節(jié)。

機組一次調頻控制是利用鍋爐的蓄熱來完成的，而蓄熱的變化又會影響機組的一次調頻質量。在此次頻率擾動事件中，電網頻率由49.982Hz(對應轉速為 2998.92r/min)降低到 49.911Hz(對應轉速為2994.66r/min)時，機組負荷利用鍋爐蓄熱迅速由193.8MW增加到197.4MW(調差系數為9.26%，1.08MW/(r/min))。在網內機組一次調頻的共同作用下，電網頻率由49.911Hz(對應轉速為 2994.66r/min)回升到 49.963Hz(對應轉速為2997.78r/min)。此時電網頻率仍未恢復，仍在一次調頻動作的范圍內，但鍋爐的蓄熱已被之前的加負荷消耗掉了一部分，機組負荷降低的幅度比升高時要大，實際負荷從197.4MW降到192.2MW(調差系數 5.99%，1.67MW/(r/min))。在結束點，電網頻率為 49.953Hz，機組負荷為 192.7MW(比頻率擾動前的193.8MW降低1.1MW)。如果機組負荷降低的幅度比升高時的幅度大，則會對電網的頻率恢復造成不利的影響，一次調頻不如不動作。

單從“出力初值”和“出力末值”2點的機組實際負荷值來看，機組一次調頻好像為“反調”;但從機組一次調頻控制的過程來看，一次調頻控制方向正確，并沒有出現“反調”的控制，僅僅是減負荷時一次調頻的調差系數(5.99%)比加負荷時(9.26%)小。造成調差系數有差異的主要原因是加負荷持續(xù)的時間比減負荷持續(xù)的時間短，同時鍋爐的蓄熱也發(fā)生了變化。

查看機組的歷史記錄曲線，汽輪機調門指令、主汽壓力、負荷等信號的變化如圖2所示。

由圖2可以看出，主汽壓力(鍋爐的蓄熱)在一次調頻動作時不斷下降，是造成機組一次調頻“反調”的主要原因；在CCS的調節(jié)作用下，機組負荷20s后恢復。從圖2的汽機調門指令變化來看，當頻率降低時，汽機調門由57.24%上升到60.01%；當頻率回升后，汽機調門最低降到57.8%，高于頻率擾動前的57.24%，機組一次調頻控制并沒有“反調”。

圖2 韶關發(fā)電廠10號機組一次調頻動作過程

分析圖2可知，要避免機組出現一次調頻的“反調”現象，可以通過加速CCS的負荷閉環(huán)調節(jié)，多利用鍋爐的蓄熱，從而避免負荷降低過多。同時，還要加快鍋爐燃料的調節(jié)，及時補充鍋爐的蓄熱。從機組來看，機組一次調頻控制方面沒有問題，但是控制和最終機組的一次調頻效果卻是2個不同的概念。不僅要一次調頻控制正確，更重要的是機組能夠真正在一次調頻的控制下實現有利于系統(tǒng)頻率恢復的出力調整。

1.3 對策及整改措施

機組一次調頻動作時，鍋爐蓄熱的變化會影響機組負荷的調節(jié)，而一次調頻主要以開環(huán)調節(jié)為主(DEH)，而且為比例有差調節(jié)(不等率的倒數即為比例調節(jié)增益)，鍋爐蓄熱的變化對機組一次調頻的影響較大。

為減少鍋爐蓄熱對一次調頻的影響，可采取以下對策和措施：

(1)采用主汽壓力信號對DEH的一次調頻指令進行補償控制；

(2)增強CCS的負荷調節(jié)作用，在一次調頻動作時，利用CCS的負荷閉環(huán)無差調節(jié)作用，減少鍋爐蓄熱變化對一次調頻的影響；

(3)在出現類似的頻率波動時，加強鍋爐的燃料調節(jié)作用，及時補充鍋爐蓄熱。

2 一次調頻引起CCS負荷反調波動大的原因分析

2.1 機組負荷反調波動情況

近期以來，韶關發(fā)電廠10號機組在一次調頻的長時間作用下，在AGC指令、機組主汽壓力、燃料量等參數均穩(wěn)定的情況下，機組負荷會自動慢慢下降15MW左右，然后又快速回升。這種負荷波動與電網頻率偏離一次調頻死區(qū)持續(xù)的時間長短有關，一次調頻作用持續(xù)的時間越長，發(fā)生的頻率就越高。當機組退出一次調頻時，這種負荷波動的現象就會消失。

這種負荷波動對機組的擾動很大，有時會造成主汽壓力超壓，或者因負荷偏差太大造成AGC退出，使得機組不得不退出一次調頻，以進行處理。一次機組負荷波動的情況記錄如圖3所示；一次機組負荷偏差太大，退出一次調頻時機組負荷迅速增加的記錄如圖4所示。

圖3 負荷自動下降時機組主要參數曲線記錄

圖4 一次調頻退出時機組負荷迅速增加的情況記錄

2.2 原因分析

首先，這種負荷波動只有在一次調頻的長時間作用下才會出現；當電網頻率一直在調頻死區(qū)內波動或機組退出一次調頻時，就不會出現這種波動。由此可見，機組負荷的波動與一次調頻有關。

其次，在機組負荷慢慢下降的過程中，AGC指令、負荷設定值、主汽壓力、鍋爐燃料量等均穩(wěn)定，沒有發(fā)生過波動。由此可見，機組負荷的波動與AGC及機組參數無關。

最后，在機組負荷波動過程中，汽機的調門開度也在波動，而且與負荷波動的方向一致。由此可見，機組負荷的波動還與CCS的汽機主控有關。

綜合上述分析，應該是一次調頻作用在CCS的汽機主控回路發(fā)生問題。檢查CCS的汽機主控回路發(fā)現，當一次調頻指令大于2MW時，閉鎖汽機主控PID增大方向運算；當一次調頻指令小于-2MW時，閉鎖汽機主控減少方向運算。這就造成了機組負荷的波動。CCS的汽機主控PID閉鎖邏輯原理如圖5所示，PID的BI輸入為BLOCKINCREASE，即閉鎖增；BD輸入為BLOCKDECREASE，即閉鎖降。

型號為ABBSYMHPONEY的DCS，其PID模塊在閉鎖輸入為“真”時，具有反調的作用。例如，閉鎖增時，PID的輸出會慢慢減少;閉鎖減時，PID的輸出會慢慢增加。當閉鎖增時，PID只進行減少的運算，PID的偏差輸入是一個動態(tài)的輸入量，在P的調節(jié)作用下，總會有減少的運算；而偏差為正時，I積分運算只進行減加的運算，對輸出沒有影響，所以PID的輸出就會慢慢減少。PID閉鎖減時原理相同。

圖5 汽機主控PID一次調頻控制閉鎖邏輯原理

如圖5所示，當一次調頻指令大于2MW時，汽機主控PID閉鎖增，其輸出就會慢慢減少，機組負荷就會慢慢降低；當一次調頻指令小于-2MW時，汽機主控PID的閉鎖增消失，此時負荷已降低了很多，PID的偏差輸入很大，在積分I的作用下，當其輸出迅速增加時，機組負荷就會迅速升高。機組一次負荷波動過程如圖6所示，一次調頻閉鎖增時，負荷慢慢降低;閉鎖增消失時，負荷迅速增加。

圖6 汽機主控閉鎖增與負荷波動的關系記錄

一次調頻對汽機主控的閉鎖，是造成機組負荷波動的主要原因。一次調頻動作后對機組負荷的閉鎖，是為了防止AGC調節(jié)影響一次調頻，即當AGC指令與一次調頻作用方向相矛盾時，一次調頻優(yōu)先。但這種閉鎖會引起機組負荷反方向的調節(jié)，可能會造成一些不良后果。電網公司曾出臺一個關于一次調頻的補充規(guī)定，建議閉鎖時間不要超過60s。而韶關發(fā)電廠10號機組沒有閉鎖時間限制，當一次調頻指令存在時，閉鎖一直存在，造成了負荷的大幅度波動。同時，這種閉鎖后的反調作用，相當于一次調頻控制具有積分作用，機組負荷不斷地增加或減少，可以增加機組一次調頻貢獻的電量，也可以避過電網公司對一次調頻的考核，但這是不科學的一次調頻控制方法。

2012年8，9月份，南方電網用電負荷緊張，用電缺口很大，電網頻率較長時間低于49.967Hz運行，韶關發(fā)電廠10號機組一次調頻長時間動作，因閉鎖造成的負荷波動現象比較明顯。

另外，一次調頻閉鎖汽機主控的方向不對，是造成機組負荷波動的另一個主要原因。一次調頻增加負荷閉鎖時，應該閉鎖降，而不是閉鎖增。

2.3 對策及整改措施

(1)修改機組一次調頻閉鎖方向邏輯，當調頻指令大于2MW時，閉鎖汽機主控降；當調頻指令小于-2MW時，閉鎖汽機主控增。

(2)修改機組一次調頻閉鎖時間邏輯，當閉鎖時間超過60s后，自動取消閉鎖。

3 結束語

一次調頻對汽機主控的閉鎖，在PID閉鎖的反調作用下，造成機組負荷不斷波動，對機組的安全穩(wěn)定運行不利。這種閉鎖后的PID反調作用，相當于一次調頻控制具有積分作用，機組負荷不斷增加或減少，可增加機組一次調頻貢獻的電量，避過對一次調頻的考核，但這是不科學的控制方法。電網的一次調頻考核方法還應不斷完善，除了公平外，還應該更加科學。