火電機(jī)組一次調(diào)頻控制系統(tǒng)升級(jí)改造實(shí)踐

摘要：火電機(jī)組一次調(diào)頻是電網(wǎng)頻率穩(wěn)定的有力和優(yōu)質(zhì)支撐，因此調(diào)度對(duì)機(jī)組一次調(diào)頻的作用極其重視。但火電機(jī)組的一次調(diào)頻控制存在頻率測(cè)量不精確，控制受機(jī)組不同負(fù)荷工況影響大等問題。本文通過在控制的測(cè)量與策略進(jìn)行技術(shù)改造，達(dá)到了較理想的一次調(diào)頻控制品質(zhì)，可對(duì)一次調(diào)頻優(yōu)化提供較好的參考作用。

關(guān)鍵詞：火電機(jī)組一次調(diào)頻;控制品質(zhì);技術(shù)改造;頻率測(cè)量;控制優(yōu)化

1 概述

某電廠2臺(tái)300MW機(jī)組在投入一次調(diào)頻控制后，在云南調(diào)度控制中心輔助服務(wù)考核[1][2]中是處于被考核最嚴(yán)重的廠之一，經(jīng)對(duì)機(jī)組的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)問題進(jìn)行分析，主要存在如下問題：

（1）一次調(diào)頻的調(diào)頻指令形成信號(hào)-機(jī)組頻率采用汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)的精度問題。DEH三選信號(hào)[3]的測(cè)量精度目前僅為1轉(zhuǎn)/分鐘，在低轉(zhuǎn)速偏差時(shí)形成的一次調(diào)頻動(dòng)作量誤差很大，如：除去2轉(zhuǎn)/分鐘頻率偏差死區(qū)后，若汽機(jī)轉(zhuǎn)速為3003轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，5%調(diào)差系數(shù)時(shí)的調(diào)頻功率指令為-2MW，實(shí)際計(jì)算調(diào)頻功率指令因測(cè)量誤差可能為0，顯然不合格;若汽機(jī)轉(zhuǎn)速為3004轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，5%調(diào)差系數(shù)時(shí)的調(diào)頻功率指令為-4MW，實(shí)際計(jì)算調(diào)頻功率指令因測(cè)量誤差可能為-2MW，加之負(fù)荷調(diào)節(jié)有響應(yīng)時(shí)間，也很難達(dá)到要求的50%調(diào)頻電量。低于額定轉(zhuǎn)速的一次調(diào)頻也類似。

（2）一次調(diào)頻在不同的工況時(shí)，機(jī)組主汽壓力對(duì)負(fù)荷閉環(huán)調(diào)節(jié)的響應(yīng)影響很大，導(dǎo)致為滿足額定壓力的負(fù)荷控制不超調(diào)、振蕩，在低壓力時(shí)的負(fù)荷自動(dòng)控制較慢，影響了一次調(diào)頻的考核指標(biāo)。

（3）在鍋爐側(cè)的主要自動(dòng)未投入、投好時(shí)，主汽壓力控制不佳，在機(jī)組一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)時(shí)，因壓力朝相反方向變化，抵消了機(jī)組負(fù)荷控制的快速響應(yīng)能力，導(dǎo)致一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)指標(biāo)變差。

（4）機(jī)組的DEH汽機(jī)調(diào)門為進(jìn)一步提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了開度的優(yōu)化，致響應(yīng)機(jī)組開度流量線性化變差，負(fù)荷響應(yīng)變慢。

2 解決方案

（1）針對(duì)問題1。選用升級(jí)版的DEH轉(zhuǎn)速卡件更換老的轉(zhuǎn)速卡，使轉(zhuǎn)速測(cè)量進(jìn)入DCS系統(tǒng)后達(dá)到0.001轉(zhuǎn)/分鐘的計(jì)算精度，大幅提高調(diào)頻功率指令精度，滿足規(guī)定與實(shí)際要求。若采用機(jī)組頻率變送器，現(xiàn)在市面上的頻率變送器精度最高為0.2%量程，量程一般在45-55Hz，計(jì)算出的頻率精度為0.02Hz即1.2轉(zhuǎn)/分鐘，計(jì)算的一次調(diào)頻功率指令誤差仍然很大，不能滿足一次調(diào)頻指令精度要求。

（2）針對(duì)問題2。采用機(jī)組主汽壓力自適應(yīng)[4]的負(fù)荷控制方法，補(bǔ)償主汽壓力變化對(duì)負(fù)荷控制的影響，保證一次調(diào)頻控制品質(zhì)在不同壓力工況下的一致性。

（3）針對(duì)問題3。采用快速自適應(yīng)燃煤熱值的協(xié)調(diào)控制策略[5]及磨煤機(jī)模擬風(fēng)量自動(dòng)控制方法[6]，解決目前機(jī)組因磨煤機(jī)風(fēng)量測(cè)量不準(zhǔn)，導(dǎo)致的磨風(fēng)量自動(dòng)不能投入影響燃料調(diào)節(jié)中燃燒滯后加大，影響協(xié)調(diào)控制的調(diào)節(jié)品質(zhì);采用軟測(cè)量的快速燃煤熱值協(xié)調(diào)控制新技術(shù)，極大解決了各種煤參燒的燃煤熱值變化大及因磨煤系統(tǒng)堵煤引起的給煤控制變化大的擾動(dòng)，相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在多個(gè)電廠。

（4）針對(duì)問題4?；謴?fù)168小時(shí)試運(yùn)的汽機(jī)調(diào)門曲線線性修正函數(shù)，以提高機(jī)組調(diào)門的負(fù)荷響應(yīng)快速性與線性化。

3 改造實(shí)施內(nèi)容

3.1轉(zhuǎn)速卡的更換與測(cè)試

針對(duì)1號(hào)機(jī)組，升級(jí)轉(zhuǎn)速卡及配套的機(jī)架與連接件，并配置了DEH組態(tài)軟件，進(jìn)行了相關(guān)的轉(zhuǎn)速精度測(cè)試和OPC、超速保護(hù)等測(cè)試，測(cè)試表明轉(zhuǎn)速計(jì)算精度為0.001RPM，實(shí)際測(cè)量誤差為0.150RPM，精度滿足一次調(diào)頻控制的需要。

3.2 控制邏輯修改

3.2.1 主汽壓力自適應(yīng)機(jī)組功率調(diào)節(jié)的改進(jìn)

進(jìn)行了機(jī)組功率調(diào)節(jié)的的主汽壓力自適應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)。通過改進(jìn)，可使機(jī)組功率閉環(huán)PID調(diào)節(jié)在不同的主汽壓力下，保持機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)品質(zhì)的一致性和高品質(zhì)，使機(jī)組的一次調(diào)頻的快速響應(yīng)能力在影響最大的主汽壓力參數(shù)變化后仍然得到保證。

3.2.2 快速自適應(yīng)燃煤熱值的協(xié)調(diào)控制策略的改進(jìn)

進(jìn)行了鍋爐燃料調(diào)節(jié)的快速燃煤熱值自適應(yīng)改進(jìn)。燃煤熱值軟測(cè)量方法可極大提高響應(yīng)時(shí)間，燃煤熱值可20秒開始響應(yīng)燃煤的變化，燃料調(diào)節(jié)可在2-4分鐘響應(yīng)完成燃煤熱值變化的擾動(dòng)，極大提高機(jī)組供煤品質(zhì)的多變與摻燒的協(xié)調(diào)控制適應(yīng)能力。

進(jìn)行了協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的控制策略的改進(jìn)。在鍋爐能量需求中，增加了壓力偏差及微分的補(bǔ)償，使機(jī)組的協(xié)調(diào)控制過程中主汽壓力控制更快、偏差更小，進(jìn)一步加強(qiáng)機(jī)組一次調(diào)頻控制的精度與快速性。

4 投用與分析

在機(jī)組的AGC投入后，從圖1的機(jī)組負(fù)荷控制可看出：1、機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量可精確、靈敏地變化，機(jī)組的一次調(diào)頻量功率值能準(zhǔn)確靈敏的隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速及時(shí)形成并疊加在機(jī)組的負(fù)荷指令上;2、機(jī)組功率控制因引入了壓力自適應(yīng)，在機(jī)組各不同主汽壓力負(fù)荷階段，機(jī)組的負(fù)荷控制穩(wěn)定、快速，從而提高了機(jī)組的一次調(diào)頻考核的指標(biāo)，也提高了機(jī)組AGC的負(fù)荷控制快速性與控制精度指標(biāo)，即使因機(jī)組鍋爐側(cè)原因未投入燃料、氧量風(fēng)量、一次風(fēng)壓力等自動(dòng)控制，機(jī)組的一次調(diào)頻與AGC指標(biāo)也能顯著改善;3、機(jī)組協(xié)調(diào)控制的關(guān)鍵參數(shù)熱量信號(hào)計(jì)算與整定準(zhǔn)確，不會(huì)因機(jī)組調(diào)門開度變化引起機(jī)組壓力變化的擾動(dòng)而變化;4、在機(jī)組鍋爐主要自動(dòng)投入后，機(jī)組的主汽壓力控制精度能進(jìn)一步提高，可進(jìn)一步改善機(jī)組的負(fù)荷控制品質(zhì)。

5 結(jié)論

通過在某燃煤機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中實(shí)施了的快速煤質(zhì)自適應(yīng)控制、壓力自適應(yīng)機(jī)組功率控制等新技術(shù)，在燃料自動(dòng)控制中實(shí)施燃煤的快速煤質(zhì)軟測(cè)量新技術(shù)，在磨的風(fēng)量控制中實(shí)施了磨的模擬風(fēng)量測(cè)量與控制等新技術(shù)，結(jié)合機(jī)組DEH轉(zhuǎn)速卡的升級(jí)改造達(dá)到高精度的一次調(diào)頻頻率的測(cè)量運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組一次調(diào)頻與AGC控制品質(zhì)的大幅提高，極大減少了機(jī)組的輔助服務(wù)的電量考核，達(dá)到了升級(jí)改造目的。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

趙森，男，助理工程師，主要從事火電廠發(fā)電運(yùn)行、工程、燃料及綜合事務(wù)管理工作。