吳　欣，吳　寧，孫海濤，任　林

（1.華電滕州新源熱電有限公司，山東　滕州　277599；2.國網(wǎng)山東省電力公司棗莊供電公司，山東　棗莊　277100）

0　引言

“十三五”期間，山東電網(wǎng)進入以“特高壓”為特征的快速發(fā)展期?！皷|縱”（錫盟—濟南）、“北橫”（榆橫—濰坊）特高壓交流工程分別于2016年、2017年年中投產(chǎn)，到2020年山東接受省外來電將達到3750萬kW，是2015年的5倍，約占全網(wǎng)用電的二分之一。在山東電網(wǎng)外供電力大幅提高的同時，省內(nèi)風(fēng)電、光伏新能源及核電在電源結(jié)構(gòu)中占比持續(xù)攀升，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量以及頻率、電壓調(diào)節(jié)能力總體呈下降趨勢，安全基礎(chǔ)不斷削弱。山東電網(wǎng)的裝機構(gòu)成中，沒有水電機組，燃?xì)怆姀S相對較少，抽水蓄能機組容量與總負(fù)荷比例太小。火電機組成為電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰的主力，調(diào)節(jié)性能日益受到重視。為了確保電網(wǎng)安全，山東電網(wǎng)已經(jīng)從2014年對小擾動進行經(jīng)濟考核，將一次調(diào)頻服務(wù)由基本服務(wù)轉(zhuǎn)成有償服務(wù)，用經(jīng)濟手段來促進各火電廠提升機組調(diào)節(jié)性能。

通過采取網(wǎng)廠信號同源、閥門流量修正及主汽壓力校正等措施并對一次調(diào)頻裝置進行了改造，大大改善了火電機組一次調(diào)頻功能，提升了參與電網(wǎng)輔助服務(wù)的能力。

1　機組一次調(diào)頻存在的主要問題

華電滕州新源熱電有限公司最初采取如下一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化方案：一次調(diào)頻死區(qū)減小，轉(zhuǎn)速死區(qū)由GB／T 30370—2013《火力發(fā)電機組一次調(diào)頻試驗及性能驗收導(dǎo)則》[1-2]規(guī)定的 2 r／min 改為 1.85 r／min，希望用提前動作來滿足一次調(diào)頻合格率的要求；加大調(diào)頻動作幅度，調(diào)頻幅度由1.5 MW改為2 MW起步。采用提前動作方法修正后的一次調(diào)頻負(fù)荷補償量函數(shù)見表1，修正前后調(diào)頻補償負(fù)荷量差值見圖1。

機組運行過程中發(fā)現(xiàn)這種方案存在較大隱患：由于死區(qū)的縮?。ㄐ∮凇? r／min）和轉(zhuǎn)速不等率的增加，會造成機組自身頻繁的超調(diào)、振蕩，對機組尤其是汽輪機調(diào)門造成沖擊，機組出現(xiàn)了調(diào)門彈簧斷裂情況；過度的超調(diào)有可能引發(fā)機組控制系統(tǒng)的振蕩，嚴(yán)重影響機組安全運行。并且過度減小一次調(diào)頻頻差死區(qū)，會造成一次調(diào)頻動作提前，有時會形成誤調(diào)，反而影響一次調(diào)頻響應(yīng)開始時有功功率的起始取值，降低考核指標(biāo)[3]。

表1　修正后一次調(diào)頻負(fù)荷補償量函數(shù)

圖1　修正前后一次調(diào)頻負(fù)荷補償量曲線

引起上述問題的主要原因如下。

1）轉(zhuǎn)速信號不穩(wěn)定，精度不高，滿足不了調(diào)度小擾動考核的技術(shù)要求。DEH側(cè)轉(zhuǎn)速和DCS側(cè)轉(zhuǎn)速信號存在0.5r／min左右偏差，對機組調(diào)節(jié)干擾作用較多，以4號機組為例，某日調(diào)度考核動作次數(shù)為15次，而電廠DCS記錄機組實際動作次數(shù)（死區(qū)為 1.95 r／min，取單次DCS系統(tǒng)統(tǒng)計轉(zhuǎn)速差超2.2 r／min）近千次，誤動作極高，嚴(yán)重影響AGC性能指標(biāo)。

2）高負(fù)荷區(qū)段，主汽壓力實際值偏離額定值較大時，因主汽壓力偏低造成一次調(diào)頻動作不合格。

3）閥門流量特性未按要求定期整定。機組在高調(diào)門檢修后未做閥門流量特性整定，DEH內(nèi)閥門開度與流量不匹配，特別在投入順序閥后，閥門動作幅度會發(fā)生擾動，對負(fù)荷造成擾動，影響AGC和一次調(diào)頻的性能指標(biāo)。

2　機組一次調(diào)頻性能優(yōu)化方案

2.1　一次調(diào)頻信號同源問題

調(diào)度側(cè)一次調(diào)頻考核系統(tǒng)，采用電力系統(tǒng)同步相量測量裝置（PMU）送出的高精度電網(wǎng)周波信號來考評一次調(diào)頻動作死區(qū)，給出動作指令。電廠用汽輪機轉(zhuǎn)速來進行控制，轉(zhuǎn)速信號精度遠低于電網(wǎng)周波系統(tǒng)，造成偏差太大。

經(jīng)分析后，決定使用電力系統(tǒng)同步相量測量裝置（PMU）送出的高精度電網(wǎng)周波信號作為頻率控制信號，來輸入DEH和CCS作為調(diào)頻動作依據(jù)，減少誤動概率和次數(shù)。

滕州電廠3號、4號機組進行一次調(diào)頻綜合優(yōu)化后，實際運行中單次一次調(diào)頻的動作幅值得到有效控制，使閥門的瞬間動作幅度得到有效控制，降低了對閥門本體等設(shè)備的沖擊破壞。以3號機組為例，對比改造前后一次調(diào)頻控制的歷史曲線，可以明顯看出，經(jīng)過改造后，單日的動作次數(shù)明顯降低，單次的動作幅值明顯縮小，改造效果明顯。

表2　同源改造后一次調(diào)頻動作情況

從表2可以看出，經(jīng)過優(yōu)化改造后機組的誤動作得到有效控制，由原來的千次降低為百次，同時機組的一次調(diào)頻合格率超過85%，滿足電網(wǎng)考核要求。

2.2　主汽壓力控制優(yōu)化

優(yōu)化在AGC工況下的主汽壓力調(diào)節(jié)功能。文獻[4]將主汽壓力的反饋信號引入DEH邏輯中，根據(jù)主汽壓力的增、減量，反向增減汽輪機調(diào)速汽門的開度，保證汽輪機進汽量跟蹤機組負(fù)荷的變化系，同時，為了鍋爐主汽壓力參數(shù)穩(wěn)定，增加AGC狀態(tài)下燃燒層自動投入數(shù)量，維持鍋爐輸出汽流量和燃燒量的平衡。

2.3　閥門流量試驗

修正閥門流量系數(shù)。結(jié)合機組檢修，進行閥門行程與實際進汽量測試，控制閥門開啟速率與實際功率相應(yīng)需要相匹配，并根據(jù)閥門行程與實際進汽量測試情況，進行調(diào)速汽門的重疊度的優(yōu)化調(diào)整，減少順序閥方式下負(fù)荷擾動。

2.4　一次調(diào)頻控制裝置

研發(fā)了一次調(diào)頻控制裝置，并在二期機組試驗?？梢詽M足同源要求以及不用修改DEH邏輯和CCS邏輯下，在調(diào)頻裝置內(nèi)對一條調(diào)頻參數(shù)進行在線修正。

一次調(diào)頻智能控制系統(tǒng)包含兩套一次調(diào)頻智能控制裝置，冗余配置，布置在一面機柜內(nèi)，機柜內(nèi)配備工控機，主控畫面里包含：A、B裝置實時頻率、實時轉(zhuǎn)速、實時調(diào)頻量、裝置故障狀態(tài)、負(fù)荷補償曲線以及實時頻率曲線，同時具備在線試驗功能。一次調(diào)頻裝置改造原理見圖2。

圖2　一次調(diào)頻裝置改造原理

2.5　方案特點

提高了驅(qū)動信號的精度。原一次調(diào)頻動作均采用汽輪機轉(zhuǎn)速或ECS中頻率變送器作為驅(qū)動信號。本方案直接測取電網(wǎng)頻率，采集精度達到電網(wǎng)要求的±0.001Hz，精度遠高于轉(zhuǎn)速或頻率信號的測量精度，提高了一次調(diào)頻動作的正確率。

傳統(tǒng)的一次調(diào)頻控制策略優(yōu)化從減小一次調(diào)頻動作死區(qū)和增大調(diào)頻負(fù)荷動作幅度兩個方向著手。雖然能滿足電網(wǎng)考核標(biāo)準(zhǔn)要求，但會對機組造成大量無效擾動，造成機組調(diào)門頻繁波動而影響設(shè)備安全運行。本方案采用基于電網(wǎng)功率變化動態(tài)調(diào)整的控制策略，對電網(wǎng)不同頻差采用不同的動作幅值，既能確保電網(wǎng)公司的考核指標(biāo)，又降低了一次調(diào)頻的動作次數(shù)。

通過對滕州公司3號、4號機組的優(yōu)化改造，機組實際運行情況證明通過調(diào)頻信號同源改造輔助以一次調(diào)頻邏輯優(yōu)化，是能夠有效應(yīng)對電網(wǎng)一次調(diào)頻考核要求。

3　應(yīng)用效果

在山東電網(wǎng)一次調(diào)頻考核模式下，可將機組正常一次調(diào)頻動作負(fù)荷量由原來的±3.8 MW左右降低至±2 MW以內(nèi)，確保一次調(diào)頻動作幅度降低30%以上，降低了一次調(diào)頻對機組調(diào)節(jié)設(shè)備的沖擊；一次調(diào)頻動作次數(shù)大幅度減少，經(jīng)過優(yōu)化改造后機組的誤動作得到有效控制，由原來的日均千次降低為日均百次，動作次數(shù)下降90%，同時機組的一次調(diào)頻合格率超過85%，滿足電網(wǎng)考核要求，也一定程度上延長了汽輪機調(diào)速汽門的運行壽命。

在確保機組一次調(diào)頻合格率達到80%以上的同時，不影響AGC的性能。2015年5月改造優(yōu)化，改造前后兩臺機組AGC指標(biāo)和一次調(diào)頻指標(biāo)如表3所示。3號、4號機組在投運AGC情況下，一次調(diào)頻合格率達到80%以上，不統(tǒng)計AGC情況下一次調(diào)頻合格率可達到85%以上，3號、4號機組AGC綜合性能指標(biāo)達到山東電網(wǎng)前10名左右水平。

表3　2015年AGC和一次調(diào)頻指標(biāo)

增設(shè)一次調(diào)頻專用裝置提升機組一次調(diào)頻能力的技術(shù)方案，已在山東省內(nèi)多家電廠進行推廣應(yīng)用，但仍存在以下問題：如供熱季節(jié)期受抽汽量大影響，機組的AGC調(diào)節(jié)性能指標(biāo)及一次調(diào)頻動作指標(biāo)較純凝工況期間下降；機組的AGC及一次調(diào)頻指標(biāo)性能如何能繼續(xù)提升到更高的標(biāo)準(zhǔn)等問題。

4　結(jié)語

機組一次調(diào)頻測量信號，可采取更換高精度頻率變送器或增加同源頻率測量裝置，并根據(jù)機組自身情況，合理修正一次調(diào)頻補償函數(shù)，宜根據(jù)機組所處的電網(wǎng)頻率變化的差異的和機組的特性進行死區(qū)及變速率的修正。

對于部分投運AC-R模式后對一次調(diào)頻影響較大的機組，可以考慮增加一次調(diào)頻短暫閉鎖邏輯，以優(yōu)先確保調(diào)頻效果?？稍黾覣GC與一次調(diào)頻反向閉鎖AGC邏輯，以確保一次調(diào)頻的動作品質(zhì)。定期進行閥門流量特性曲線試驗并嚴(yán)控機組大修后一次調(diào)頻驗收標(biāo)準(zhǔn)，確保機組修后的一次調(diào)頻能力在技術(shù)規(guī)范要求范圍內(nèi)。

[1]全國電站過程監(jiān)控及信息標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.火力發(fā)電機組一次調(diào)頻試驗及性能驗收導(dǎo)則：GB／T 30370—2013[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[2]國家電網(wǎng)公司.火力發(fā)電機組一次調(diào)頻試驗導(dǎo)則：Q／GDW 669—2011[S].北京：中國電力出版社，2011.

[3]張彬，陳立新，王亦新.火電廠模擬量控制系統(tǒng)及其應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2012

[4]趙建立.大型火電機組熱工控制技術(shù)與實例[M].北京：中國電力出版社，2009.

[5]張斌.自動發(fā)電控制及一次調(diào)頻控制系統(tǒng)[M].北京：中國電力出版社，2005.