超超臨界660MW機組一次調頻多變量優(yōu)化策略

韓院臣 姜力偉

摘要：一次調頻，是指電網的頻率一旦偏離額定值時，電網中機組的控制系統(tǒng)就自動地控制機組有功功率的增減，限制電網頻率變化，使電網頻率維持穩(wěn)定的自動控制過程。絕大多數(shù)電廠的一次調頻控制采用CCS+DEH聯(lián)合方式，依據(jù)汽輪發(fā)電機組的轉速信號來判斷電網頻率是否超限。這存在滯后性，不僅影響一次調頻動作的及時性，還易引起汽輪機調門晃動，造成主汽壓力波動和負荷偏差較大，進而影響機組的運行。

關鍵詞：一次調頻;頻差;汽輪機轉速;快動慢回;快動緩回

針對傳統(tǒng)一次調頻控制策略中存在的控制滯后、影響機組穩(wěn)定性等調頻能力的不足，提出了測頻系統(tǒng)設備改進及邏輯控制策略優(yōu)化方案，提高了測頻精度和控制準確度，在保證充足調頻電量的前提下，提高了主汽壓力、功率等參數(shù)的穩(wěn)定性，保障了機組安全、經濟、穩(wěn)定運行。

1 機組概況

某發(fā)電廠1期工程建設2×600 MW超臨界機組，鍋爐為超臨界參數(shù)變壓運行螺旋管圈直流爐，為單爐膛、一次中間再熱、采用四角切圓燃燒方式、平衡通風、固態(tài)排渣、全鋼懸吊結構Π型、露天布置燃煤鍋爐。汽輪機為超臨界、一次中間再熱三缸四排汽、單軸、雙背壓、凝汽式汽輪機。1，2號機組分別于2007年7月和10月投入商業(yè)運行，DCS采用基于UNIX操作系統(tǒng)開發(fā)的OVATION1.7.2分散控制系統(tǒng)。該發(fā)電廠輸送線路接入的是容量大的特高壓線路，一次調頻動作對每臺機組要求的積分電量也相應較多，有必要對一次調頻方案進行優(yōu)化，幫助電網頻率快速恢復。

2 優(yōu)化方案

2.1 測量系統(tǒng)改進

傳統(tǒng)一次調頻系統(tǒng)控制信號采用汽輪發(fā)電機組的轉速信號，鑒于轉速信號的滯后性，新控制策略決定采用頻率信號。

為確保系統(tǒng)的可靠運作，新測量系統(tǒng)配置3套頻率測量裝置，以確?！叭《鳖l率采樣源的安全裕量。每套頻率測量裝置支持3路以上4—20 mA模擬信號的輸出，并支持3路以上數(shù)字信號的輸出，測量精度達到0.0001 Hz。

測量系統(tǒng)同時配置了2臺冗余衛(wèi)星主時鐘，確保動作時間與電網一致。

2.2 邏輯控制方案優(yōu)化

一次調頻原控制方案為CCS+DEH聯(lián)合方式。一次調頻負荷指令跟隨汽輪機轉速實時變化，并直接作用于汽輪機調門，導致汽輪機調門晃動，引起機組主汽壓力、負荷等參數(shù)的振蕩。

針對傳統(tǒng)控制方案存在的問題，優(yōu)化方案取消了DEH側的一次調頻指令，將其轉移至CCS側，作為汽輪機主控回路中PID輸出的前饋，以達到一次調頻快速動作的目的。一次調頻的功率變化應設置在功率指令處理的“功率變化率”和“功率上下限”之間，這樣既可以實現(xiàn)快速變負荷，又能保證機組的發(fā)電功率控制在允許范圍內。當一次調頻與AGC變化方向不一致時，應優(yōu)先執(zhí)行一次調頻動作。

通過設計方向閉鎖邏輯，避免汽輪機主控出現(xiàn)與電網頻率恢復方向反向的操作，即電網頻率高時閉鎖汽輪機主控指令繼續(xù)增大，電網頻率低時閉鎖汽輪機主控指令繼續(xù)減小。根據(jù)閉鎖值的大小決定采用快動慢回還是快動緩回方案，若閉鎖值的設定值為±0.033 Hz，采用快動慢回方案;若設定值絕對值低于0.033 Hz，則采用快動緩回方案。當閉鎖值的設定值為0.020 Hz時，快動緩回方案下可以得到較多的積分電量，有效避免一次調頻連續(xù)動作導致調門連續(xù)晃動的現(xiàn)象。優(yōu)化方案中，在一次調頻變負荷時減弱對給水分離器溫度的修正作用。在保證安全的范圍內，對給水分離器溫度調節(jié)器的入口偏差進行智能處理，設置不同的調節(jié)死區(qū)，即在一定偏差范圍內不讓修正回路出現(xiàn)反向動作。減溫水回路同樣如此，給主汽溫度設置不同的調節(jié)死區(qū)，電網頻率高時，閉鎖減溫水調門開;電網頻率低時，閉鎖減溫水調門關。

同時，優(yōu)化方案考慮到不同的負荷階段鍋爐蓄熱能量的不同，設計了不同負荷階段下對應的不同增益，提高調頻效率，以得到合理情況下的較大積分電量，保障電網頻率快速恢復。

3 優(yōu)化方案實施

根據(jù)以上方案對該發(fā)電廠1期工程2號機組進行了優(yōu)化。優(yōu)化后，轉速與頻率實時趨勢比較如圖1所示。從圖中可以看出，頻率的變化比汽輪機轉速更及時，且其峰值比汽輪機轉速高。

采用優(yōu)化方案的快動緩回策略后，一次調頻動作時，實際功率與負荷指令的動作趨勢如圖2所示。從圖中可以看出，一次調頻共動作了2次，由于采取的是快動緩回策略，在方向閉鎖的作用下，負荷指令雖然已恢復，但實際功率并未恢復，直至第2次動作結束，電網頻率恢復至正常值時才恢復，因而有效地避免了調門的來回震蕩，并得到了較多的積分電量。

對1，2號機組在一次調頻動作時的各項參數(shù)進行了匯總，比較結果如表1所示。從表中數(shù)據(jù)可以看出，1號機有2次動作的積分電量達到電網要求，而2號機組的積分電量都在100 %以上，且汽輪機調門的動作幅度較小。

由此可見，優(yōu)化后的方案有效地避免了汽輪機調門的振蕩，保證了主汽壓力和機組功率等參數(shù)的相對穩(wěn)定。

4 結束語

針對傳統(tǒng)一次調頻方案中存在的控制滯后、主參數(shù)波動及偏差大等問題，對測頻系統(tǒng)進行設備改造，并優(yōu)化了調頻控制邏輯，在實際應用中取得了良好的效果，有力地保障了機組安全穩(wěn)定運行，有利于電網頻率的快速恢復。

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