火电机组一次调频逻辑优化与试验分析.pdf

理论与算法 47 2016.18 火电机组一次调频逻辑优化与试验分析 李 云,韩秋喜,邹包产,郝 臻 （中国大唐集团科学技术研究院有限公司西北分公司， 陕西西安 ,710065） 摘要 对火电机组一次调频系统的构成、 特点等进行了分析,对机组一次调频逻辑优化与试验方法及数据进行了阐述和分析, 对于规范机组一次调频试验 , 改善提高机组一次调频性能 , 满足电网一次调频运行技术指标要求具有重要意义。 关键词 火电机组 ； 一次调频 ； 逻辑优化 ； 试验 ； 分析 Optimization of thermal power unit primary frequency control logic and test analysis Liu Yun,Han Qiuxi,Zou Baochan,Hao Zhen （China datang group, institute of science and technology co., LTD. Northwest branch,xi an,710065） Abstract The composition and characteristics of primary frequency control system for thermal power unit are analyzed,such as the optimal primary frequency control logic and test s and data are expounded and analyzed,the unit test of primary frequency for the specification,improve the unit primary frequency control perance,meet the requirements of the primary frequency control operation technical index is of great significance. Keywords thermal power unit;A frequency modulation;Logic optimization;The test;Analysis of the 0 引言 机组一次调频功能是火力发电机组必须具备的一项基本功 能 , 对于电网频率调节具有重要作用。 机组一次调频性能是否 满足电网频率控制要求， 通常是通过进行一次调频试验来测试验 证。 在机组一次调频性能不能满足电网运行要求时， 往往需要对 其控制逻辑进行优化以改善提高其动作性能。 由于火电机组运行 控制模式多样， 控制策略也比较复杂， 在进行机组一次调频试验 时常常会遇到一些意想不到的问题， 造成一次调频试验方法和步 骤不够规范， 试验数据不够真实， 不能准确判断机组一次调频性 能是否满足电网运行要求。 1 两个细则对一次调频指标的要求 1.1 一次调频综合指标及考核办法 要求一次调频未经网调批准不得退出， 否则根据退出的时间 长短考核发电量。 机组在电网频率发生波动时典型一次调频调节 过程如图 1 所示。 表征一次调频贡献的各项指标中， 最重要的四 项指标是转速死区、 响应时间、 稳定时间和速度变动率。 见图 1， 其中 f 是电网频率，Ni是机组有功功率，Δt 是机组参与一次 调频的响应滞后时间，t1i是机组参与一次调频的稳定时间。 图 1 一次调频调节示意图 1.1.1 转速死区 转速死区是特指系统在额定转速附近对转速的不灵敏区。 为 了在电网周波变化较小的情况下， 提高机组运行的稳定性， 一般 在电调系统设置有转速死区。 但是过大的死区会减少机组参数一 次调频的次数及性能的发挥。 发电机组一次调频的转速死区应不 超过 2 转。 1.1.2 响应时间 机组参与一次调频的响应滞后时间 （见图 1 中的 Δt） ， 目的 是要保证机组一次调频的快速性。 发电机组一次调频的响应滞后 时间应不超过 3 秒。 1.1.3 稳定时间 机组参与一次调频的稳定时间 （见图 1 中 t1） ， 这一指标是为 了保证机组参与一次调频后， 在新的负荷点尽快稳定。 发电机组 一次调频的稳定时间应不超过 60 秒。 1.1.4 速度变动率 速度变动率又叫转速不等率， 它是在机组单机运行下给出的 图 2 CCS 侧一次调频逻辑优化原理图 理论与算法 48 2016.18 定义 对于液调系统在同步器给定不变的情况下， 机组从满负荷 状态平稳过渡到空负荷状态过程中， 转速的静态增加与额定转速 的相对比值， 即为调速系统的速度变动率。 火力发电机组一次调 频的速度变动率要求在 4 ～ 5 之间。 2 一次调频功能设计及优化 2.1 对 CCS 侧汽机主控进行逻辑优化 在 CCS 系统内将频差信号作为前馈信号引入压力控制器， 因 此压力定值则由两部分组成， 一部分是原计算回路的压力定值， 另一部分则是频差经过变换的压力定值的修正部分。 通过对压力 定值的前馈修正， 使得在调频作用时， 机前压力定值能随网频变 化相适用。 克服因机前压力随网频变化， 而机前压力定值不变， 导 致产生的调节偏差而将机前压力快速调回的反调现象， 优化控制 方案原理如图 2 所示。 2.2 避免 DEH 与 DCS 出现反调现象 当一次调频发生时， 可以采取在一定压力范围内跟踪实际 压力的调节方式， 当压力超出设定值一定范围后再对压力进行调 节。 这样相当于在一次调频发生时， 在一定压力范围内退出压力 自动控制， 而在一次调频结束或压力偏差超出设定的范围时， 自 动投入压力控制， 给一次调频足够的发挥空间。 修改汽机主控的 压力拉回函数， 弱化压力拉回调节幅度， 确保机组一次调频动作 方向的正确性和相应的快速性。 2.3 DEH 侧控制逻辑优化 原压力定值计算回路是有速率限制， 主要是根据锅炉升压 能力来确定， 作用是使压力指令的变化同锅炉实际升压能力相适 应。 而调频修正回路的压力定值部分必须没有速率限制， 这样才 能保证机组调频发生时， 调频负荷能根据网频快速动作并且持 续， 不发生调门因压力定值缓慢动作而导致的反调现象。 2.4 关于一次调频功能投入问题 电网关于一次调频考核办法中规定 一次调频未经网调允 许不得退出， 并网机组在协调控制方式下， 应由 DEH、DCS 共同完 成一次调频功能， 否则根据退出时间长短考核电量。 因此， 取消 DCS、DEH 监控画面中的一次调频投退开关， 防止运行人员随意 切除。 同时投入 DCS、DEH 侧的一次调频功能， 当频率变化超过死 区， 一次调频动作，DEH 侧使调门立即动作， 机组负荷快速响应， DCS 侧同时调节机组负荷指令和燃料量指令， 使汽机和锅炉达到 能量平衡。 3 一次调频试验方法分析 火电机组一次调频功能设计由 DCS 侧与 DEH 侧两个部分组 成。DEH 侧一次调频响应速度较快， 但响应持续性和稳定性较差， 具有快速性特征 ； DCS 侧一次调频响应速度较慢， 但响应的持续 性和稳定性较好， 具有持续性和稳定性特征。 在机组启动初期负 荷较低， 机组一次调频功能主要由 DEH 侧来实现， 包括阀控和功 控方式下一次调频功能 ； 随着机组负荷逐渐增加， 在达到额定负 荷 50 以上时， 具备协调系统投入条件， 一般机组将投入机炉协 调控制方式， 此时 DCS 侧一次调频功能具备投入条件， 将 DCS 侧 一次调频功能投入后， 机组一次调频功能将由 DCS 侧与 DEH 侧两 个部分组成， 这样既能满足一次调频响应的快速性， 又能满足一 次调频响应的持续性和稳定性。 无论机组在那种控制方式下运 行， 均需要满足电网一次调频技术指标要求 ； 在各种控制方式下 机组一次调频性能是否满足电网一次调频技术要求， 只有通过规 范而全面的一次调频试验来进行测试和验证。 机组运行方式通常 包括阀控、 功控和协调控制三种模式， 而一次调频试验方法主要 包括以下四种 3.1 DEH 阀控方式下一次调频功能实现方法及特点分析 实现 DEH 阀控方式下一次调频功能 , 通常在机组启动初期 负荷较低时采用 , 这种运行方式较少见， 维持运行时间也较短， 这种运行模式下一次调频响应速度较快， 但持续性和稳定性较 差， 一般不能满足电网运行要求。 3.2 DEH 功控方式下一次调频功能实现方法及特点分析 实现 DEH 功控方式下一次调频功能 , 通常在机组启动中期 负荷较高时采用 , 这种运行方式在启动中期负荷较高时常用， 这种运行模式下一次调频响应速度较快， 但持续性和稳定性也较 差， 与阀控方式下一次调频性能相比略好， 一般也不能满足电网 运行要求。 3.3 DCS 协调控制方式下一次调频功能实现方法及特点 分析 实现 DCS 协调控制方式下一次调频功能 , 通常在机组启动 中后期时采用 , 这种运行方式在机组负荷达到额定负荷 50 以 上时常用， 此时 DCS 侧一次调频功能投入，DEH 侧一次调频功能 不投入 ； 这种运行模式下一次调频响应速度较慢， 但持续性和稳 定性较好， 一般基本能满足电网运行要求。 3.4 DCSDEH 协调控制方式下一次调频功能实现方法 及特点分析 实现 DCSDEH 协调控制方式下一次调频功能 , 通常在机组 启动后期时采用 , 这种运行方式在机组负荷达到额定负荷 50 以上时常用， 此时 DCS 与 DEH 侧一次调频功能均投入 ； 这种运行 模式下一次调频响应速度较快， 持续性和稳定性也较好， 完全能 满足电网运行要求。 4 一次调频试验数据分析 根据机组在 285MW 负荷点进行的一次调频动作数据分析， 其死区、 滞后时间、 响应时间及稳定时间等均能满足相关技术指 标要求 ； 通过试验数据计算，DEH 功控方式下机组实际转速不 等 率 为 3.70 （⊿ r12.8rpm） 、3.39 （⊿ r-12.8rpm） 、4.22 （⊿ r12.8rpm） 和 5.25 （⊿ r-12.8rpm） ， 平均转速不等率为 4.11， 机组一次调频性能满足技术指标要求。 5 结语 某厂机组一次调频控制策略在进行优化后， 一次调频响应能 力有了较大程度提高， 通过对机组一次调频动作数据进行分析， 其 死区、 滞后时间、 响应时间及稳定时间等均能满足相关技术指标要 求， 性能指标满足 西北电网发电机组一次调频运行管理办法 中 关于一次调频主要技术指标的要求。 在最近几次电网频率波动中， 机组一次调频实际响应情况良好， 满足电网安全运行要求。 参考文献 杨振勇 , 李卫华 , 骆意 . 火力发电机组一次调频问题研究 [J]. 华 北电力技术 , 20081 16-20. 作者简介 李云 （1964-） 男， 汉， 本科， 高级工程师， 主要从事电厂热工控制 系统及涉网试验研究。