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火电机组一次调频分析及性能优化

发表时间：2020/11/19 来源：《基层建设》2020年第22期作者：李彬

[导读] 摘要：随着人们的生活水平提高，用电量不断增加，人们也更加注重电网运行的安全稳定。

        大唐七台河发电有限责任公司黑龙江
        摘要：随着人们的生活水平提高，用电量不断增加，人们也更加注重电网运行的安全稳定。因此，需要各个发电机组具有一次调频以及AGC（自动增益控制）功能。分析火力发电机组AGC与一次调频的原有控制方案，并对控制系统进行改进和优化，最终提升机组性能指标，为同类型的发电机组的控制逻辑优化提供一定的参考。
        关键词：火电机组；一次调频性能；分析优化
        1前言
        电网频率反映了发电有功功率和用户负荷之间的平衡关系，是电力系统运行的重要控制参数，频率变化对系统的安全稳定运行具有重要的影响。通过提高机组一次调频动作与电网要求的同步性以及高压调节阀动作的及时性，以保证机组一次调频动作正确率和效果，减小考核压力。
        2火电机组一次调频概述
        在火电机组以及电网系统的正常运行过程中，频率是比较重要的参数之一，而且对于火电机组运行稳定的要求就是要确保在电网系统受到干扰并且导致系统的频率发生变化之后，能够确保在其自我调节能力下将频率在较短的时间内恢复到正常的频率范围内并接近额定频率数值。这就要求电网系统需要具有在对负荷进行尽可能少的切除前提下对发电量和用电量进行平衡的保持，避免电力系统频率变化过大而影响发电机以及系统运行的安全性。通常对于电力系统中的频率控制主要分为三级频率控制。其中的一级频率控制就是所谓的一次调频，其主要作用就是在电网系统运行中的频率偏离正常频率范围时就需要确保发电机组能够在最短的时间内做出自动反应来对系统的有功出力进行调整，实现对电力系统频率的稳定作用。因此对于一次调频来说，需要其具有较快的响应速度的性能，但是由于其只能进行有差控制而比较适合于进行短周期、小幅度的负荷分量的贫困控制。而二级频率控制则是对调度中心的指令进行执行来对发电机有功输出进行调节。三级频率控制则是对电厂之间的负荷进行经济分配以维持电网经济和稳定运行的控制方式。其中一次调频是频率控制的第一道房山线，也是对电网频率稳定起到最直接、快速作用的控制方式。
        3一次调频问题及优化
        3.1 一次调频的反调问题
        如果一次调频受AGC的影响导致其调节效果达不到《两个细则》所要求的“贡献电量为正”的结果，就会被电网统计为“该机组一次调频不正确动作1次”。解决方案是在逻辑中增加AGC一次调频交叉闭锁功能，一次调频动作时延时闭锁AGC功能。即当机组处于CCS方式时，当汽机转速与额定转速（3000rpm）差≥3rpm时，自动将AGC升负荷时的速率置为0MW/min，闭锁AGC加负荷。当汽机转速与额定转速差≤-3rpm时，再自动将AGC降负荷时的速率置为0MW/min，闭锁AGC减负荷。当汽机转速与额定转速差在±3rpm以内时，机组负荷指令速率恢复到正常值，解除闭锁。
        3.2 一次调频调节幅度不足问题
        一次调频设计原理是根据机组实际转速与额定转速偏差值计算出的需要增加或减少的机组理论负荷值，理论负荷值再作用于负荷给定值，实现通过粗略调整机组负荷来稳定电网频率，但是理论负荷值和负荷给定值都是按照机组在额定工况下计算得出的。机组在低负荷时蓄热能力下降，造成一次调频负荷量不足，这也是各电厂普遍存在问题。对此，通过在DEH侧增加机前压力补偿折线函数，设置压力补偿系数，区分单阀/多阀、负荷上行和下行不同工况，分别整定求取合理数值，确保在低负荷低汽压工况下高调门适当过开，以满足一次调频的电量要求。

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        3.3 其他方面的优化
        3.3.1 DCS逻辑块序号影响
        首先进行逻辑的筛查工作，在一次调频相关逻辑页中发现逻辑块序号先后顺序不统一，逻辑块的顺序决定着DCS在计算中时序的先后，逻辑块必须按照先后顺序进行从小到大的排列，只有这样才能保证DCS以最快的速度进行计算，所以首先需要对逻辑块的顺序进行修改。
        3.3.2 DCS扫描周期影响
        在DCS系统中每张逻辑页都配有单独的扫描周期，扫描周期的长短也能决定DCS在计算过程中所用的时长，一次调频所需的动作时间理论上应尽量快速计算，将与一次调频相关的逻辑页扫描周期全部由200 ms修改为50 ms，这样可以使DCS尽可能的快速计算，达到减少动作延迟的目的。
        3.3.3 优化DEH一次调频
        通过人工设定的方式，限制机组的上下限区域，以保证机组运行过程中负荷在上下限处，系统调频时超出限定。优化方案如下：（1）优化系统中一次调频逻辑的滞后模块。（2）调整系统的调频函数，从而保证与系统的运行负荷快速线性响应频率一致。（3）调整一次调频输出负荷增益，确保其与典型额定工况下的系统压力流量在同一水平。通过对系统的调整，以优化后的系统进行了一次相同的试验，当转速阶跃性变化升降在±14r/min时，其负荷变化响应时间在3s之内；此时的功率最大变化值为28MW，使到达峰值的时间为18s。所获得的结果与Q/GDW669—2011《火力发电机组一次调频试验导则》相关要求基本吻合。
        4优化对策略优化方案和参数设置进行控制
        要保证电网的稳定运行，确保主汽压力的稳定是必不可少的重要条件。因此，在汽机主控的负荷设定值回路中，设计压力补偿回路，从而保证一次调频的性能。此外，由于压力补偿回路会对一次调频的性能产生影响，因此还要增加作用死区，保证一次调频性能的正常发挥。
        在一次调频动作时，还要注意主汽压对当前负荷下额定压力的偏离情况，如果偏离较为严重，压力补偿回路就需要进行动作，对汽机主控调节回路进行输出，从而维持主汽压力的稳定。如果偏差不大，压力补偿回路不会发生作用，以确保电网频率的稳定运行[2]。
        5结语
        火电机组一次调频中容易出现文章所述的不动作或者滞后时间长的问题以及反向动作等问题，此外还会发生富裕增量不足以及频差与负荷增量不对应等问题，在采用文章所介绍的方法进行一次调频性能进行优化之外，还可以在CCS和DEH侧同时投入一次调频控制以及对频差计算进行优化等方式来进行性能优化，确保一次调频效果的改善以及机组的安全稳定运行。
        参考文献：
        [1]朱北恒.火电厂热工自动化系统试验[M].北京：中国电力出版社，2006：2-30.
        [2]DL/T657-2006，火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程[S].北京：中国电力出版社，2006.
        [3]高翔，严正，李端超，沈丛奇，高伏英.现代电网频率控制应用技术[M].北京：中国电力出版社，2010，9.
        [4]刘维烈.电力系统调频与自动发电控制[M].北京：中国电力出版社，2006.
        [5]张斌.自动发电控制及一次调频控制系统[M].北京：中国电力出版社，2005.