超超臨界機(jī)組一次調(diào)頻優(yōu)化研究

摘 要：分析了目前超超臨界機(jī)組一次調(diào)頻和AGC在兩個(gè)細(xì)則要求下存在的問題，提出了優(yōu)化方向，將優(yōu)化方案在新昌電廠兩臺機(jī)組上實(shí)施，試驗(yàn)和運(yùn)行效果良好，一次調(diào)頻和AGC水平得到了顯著提升。

關(guān)鍵詞：一次調(diào)頻；AGC；高調(diào)門；流量特性；變負(fù)荷速率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.197

0 引言

隨著特高壓入贛及風(fēng)電、太陽能等新能源建設(shè)的迅猛發(fā)展，區(qū)域電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對電網(wǎng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行的技術(shù)要求相應(yīng)提升。風(fēng)電、太陽能等新能源發(fā)電的可預(yù)測性相對不佳，且風(fēng)電的高峰負(fù)荷大多出現(xiàn)在用電量的波谷處，同時(shí)新能源發(fā)電的可控性相對較差，一次調(diào)頻貢獻(xiàn)能力有限。如何在保證電網(wǎng)快速發(fā)展的同時(shí)，保證電網(wǎng)頻率、電壓等技術(shù)指標(biāo)，成為一個(gè)重要的技術(shù)難題。

1 目前國內(nèi)火電機(jī)組一次調(diào)頻運(yùn)行主要問題

在機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中，由于運(yùn)行工況、現(xiàn)場設(shè)備等原因，機(jī)組一次調(diào)頻功能往往受到較大影響，下面簡單介紹了常見的一次調(diào)頻存在問題。

1.1 一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間過長

個(gè)別機(jī)組在一次調(diào)頻試驗(yàn)時(shí)，負(fù)荷響應(yīng)大于技術(shù)要求的3s開始動作，有的甚至長達(dá) 5-10s開始響應(yīng)調(diào)頻指令，這類機(jī)組一次調(diào)頻的性能對電網(wǎng)調(diào)頻一般起不到正常的補(bǔ)償作用，反而可能引起反向補(bǔ)償。

1.2 一次調(diào)頻動作范圍設(shè)置不合理

投入條件設(shè)置不恰當(dāng)，一般上限應(yīng)預(yù)留3%的額度，下限設(shè)置在穩(wěn)燃負(fù)荷（50%額定負(fù)荷以下）。在限幅點(diǎn)附近要設(shè)置死區(qū)，避免在限幅點(diǎn)往往會引起機(jī)組負(fù)荷頻繁晃動，影響機(jī)組安全運(yùn)行。

1.3 一次調(diào)頻與AGC的相互影響

在機(jī)組運(yùn)行過程中，無論何種工況，為了保證大電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性，一次調(diào)頻應(yīng)優(yōu)先動作。目前，機(jī)組投入AGC運(yùn)行的越來越多，負(fù)荷指令變化比較快，一次調(diào)頻動作時(shí)，如果負(fù)荷指令沒有一次調(diào)頻優(yōu)先動作方案設(shè)計(jì)應(yīng)用，則會出現(xiàn)負(fù)荷指令和一次調(diào)頻指令正向疊加或反向削弱。正向疊加即一次調(diào)頻指令增負(fù)荷時(shí)機(jī)組負(fù)荷指令恰好也是升負(fù)荷（或一次調(diào)頻指令和機(jī)組負(fù)荷指令都是減負(fù)荷指令），這種情況，相當(dāng)于增大了一次調(diào)頻指令，機(jī)組負(fù)荷調(diào)整幅度也大。而出現(xiàn)反向削弱的情況則是一次調(diào)頻指令與機(jī)組負(fù)荷指令相反，這樣勢必削弱機(jī)組一次調(diào)頻性能。

1.4 機(jī)組運(yùn)行方式

目前，很多機(jī)組采用節(jié)流配汽經(jīng)濟(jì)方式運(yùn)行，調(diào)節(jié)閥大開度是造成一次調(diào)頻能力低下的主要原因。調(diào)節(jié)閥大開度運(yùn)行可以減少節(jié)流損失，提升經(jīng)濟(jì)性，但同時(shí)也會造成向上調(diào)節(jié)余量不足，一次調(diào)頻能力會被嚴(yán)重削弱。有些電廠正常運(yùn)行限制或完全閉鎖了補(bǔ)汽閥的開啟，這使得補(bǔ)汽閥的一次調(diào)頻作用喪失，機(jī)組整體一次調(diào)頻能力也被減弱。

1.5 機(jī)組高調(diào)門流量特性不線性

大部分機(jī)組運(yùn)行時(shí)汽機(jī)采用順序閥的閥位控制模式。處于功率調(diào)節(jié)狀態(tài)的閥組，在開度20%-60%之間是線性行程，開度在此范圍之外均為非線性行程。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生頻率擾動時(shí)，如果汽機(jī)處于閥門切換過程或閥位行程模擬不準(zhǔn)確，都會影響機(jī)組一次調(diào)頻效果。建議優(yōu)化閥門流量特性曲線，特別是解決閥切換過程的流量線性問題，提高一次調(diào)頻效果。

1.6 煤質(zhì)和輔機(jī)設(shè)備影響

目前大部分機(jī)組在協(xié)調(diào)控制方式下運(yùn)行，在一次調(diào)頻動態(tài)調(diào)整過程中，鍋爐主控會自動調(diào)整燃料完成蒸汽壓力變化的補(bǔ)償，而如果入爐煤質(zhì)較差，鍋爐的動態(tài)調(diào)整過程勢必增長，影響機(jī)組穩(wěn)定，尤其對于直流鍋爐表現(xiàn)更明顯。

2 一次調(diào)頻優(yōu)化方案及實(shí)施效果

2.1 高調(diào)門變壓優(yōu)化試驗(yàn)

當(dāng)汽輪機(jī)采用滑壓運(yùn)行方式時(shí)，高調(diào)門開度不變，維持進(jìn)汽面積不變，通過鍋爐調(diào)節(jié)改變蒸汽壓力來適應(yīng)負(fù)荷的變化。從熱經(jīng)濟(jì)的角度來說，滑壓運(yùn)行可以減少調(diào)門節(jié)流損失、提高高壓缸的效率，減少給水泵耗功，但新蒸汽壓力的降低也使得機(jī)組的理想循環(huán)熱效率下降，因此只有當(dāng)理想循環(huán)熱效率的降低小于高壓缸內(nèi)效率的提高和給水泵動力消耗的減少（對于配備汽動給水泵的機(jī)組即為機(jī)組熱耗率減少）時(shí)，采用滑壓運(yùn)行方式才能提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。理論與大量實(shí)踐證實(shí)，對于不同的負(fù)荷點(diǎn)必存在著一個(gè)最佳主蒸汽壓力，使得機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性最好（對應(yīng)機(jī)組熱耗率最低）。而且，根據(jù)汽輪機(jī)原理，超（超）臨界機(jī)組低負(fù)荷滑壓運(yùn)行較亞臨界機(jī)組更容易取得經(jīng)濟(jì)效益上的優(yōu)勢。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，確定#2機(jī)組在630MW以下負(fù)荷開始變壓運(yùn)行，以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)變壓試驗(yàn)優(yōu)化后，在540MW～300MW工況下，修正后熱耗率最大下降74.61kJ/（kW.h），平均下降55.63kJ/（kW.h），折算供電煤耗下降2.18g/（kW.h）；同時(shí)，在480MW～300MW工況下，因調(diào)門閥序的變更，尋優(yōu)后的主蒸汽壓力較混合閥下平均提高2.22MPa，相應(yīng)提高了該負(fù)荷段下機(jī)組一次調(diào)頻的響應(yīng)能力。

2.2 高調(diào)門配汽函數(shù)優(yōu)化

為了改進(jìn)#2機(jī)組進(jìn)汽流量的精確控制水平及機(jī)網(wǎng)協(xié)調(diào)能力，對DEH系統(tǒng)配汽函數(shù)進(jìn)行了重新整定。

降負(fù)荷試驗(yàn)過程中，爐側(cè)風(fēng)水自動，爐側(cè)燃燒維持初壓初溫不變（由初始負(fù)荷630MW燃煤量，預(yù)估結(jié)束負(fù)荷350MW燃煤量；根據(jù)降負(fù)荷允許速率3MW/min，每5分鐘手動減燃煤若干噸或減負(fù)荷指令）；機(jī)側(cè)為維持機(jī)前主汽壓力，手動減小總閥位指令（手動輸入，每次0.1%-0.2%），#1高調(diào)門及#3高調(diào)門依次關(guān)閉，待#2/#4高調(diào)門開度小于40%，停止試驗(yàn)。（最終最小負(fù)荷，視#2/#4高調(diào)門開度達(dá)到40%為定）。

#2機(jī)組在兩閥點(diǎn)和三閥點(diǎn)處的調(diào)節(jié)閥重疊度過小且高調(diào)閥空行程步進(jìn)幅度過大，存在調(diào)節(jié)閥異常大幅晃動的隱患（同類型某機(jī)組在東汽自控改造后，運(yùn)行過程中已出現(xiàn)多次LVDT脫落現(xiàn)象）。同時(shí)，該機(jī)組高壓調(diào)節(jié)閥有別于300MW等級機(jī)組，其預(yù)啟閥全開行程達(dá)到調(diào)節(jié)閥總行程的20%左右，而東汽自控的整定值默認(rèn)為11.236%。針對以上情形，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，以全過程流量控制線性化和重疊度規(guī)范化為標(biāo)準(zhǔn)，對#2機(jī)組DEH系統(tǒng)配汽函數(shù)進(jìn)行了重新整定，進(jìn)一步提高汽輪機(jī)在順序閥閥序方式下進(jìn)汽流量精確控制水平。

2.3 一次調(diào)頻動作量信號優(yōu)化

由于機(jī)組一次調(diào)頻實(shí)際動作量比較小，因此在系統(tǒng)計(jì)算時(shí)，小的偏差對計(jì)算結(jié)果影響也比較明顯，提高一次調(diào)頻的數(shù)據(jù)精度是提高機(jī)組一次調(diào)頻合格率的有效途徑之一。目前，江西省內(nèi)電廠一次調(diào)頻動作量采用轉(zhuǎn)速信號，轉(zhuǎn)速量程比較大，一般2950rpm-3050rpm或更大，精度比較低。調(diào)度考核采用的是頻率信號，因此新昌兩臺機(jī)組利用等級檢修機(jī)會，增加切換模塊，由汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速信號（三取中）改為“同源”頻率信號（二取平均），減少一次調(diào)頻數(shù)據(jù)精度誤差帶來的影響。

2.4 “快動慢回”邏輯優(yōu)化

為了提高一次調(diào)頻的性能，確定了“快動慢回”一次調(diào)頻的控制策略?！翱靹勇亍奔匆淮握{(diào)頻動作后，通過一次調(diào)頻函數(shù)F（x）改變一次調(diào)頻前饋，改變的一次調(diào)頻動作量在頻差信號恢復(fù)過程中滯后恢復(fù)，直到一次調(diào)頻過程結(jié)束。這樣，保證了一次調(diào)頻“快動”的性能，且在恢復(fù)過程中由于慣性作用，提供了更多的一次調(diào)頻電量，減緩了調(diào)頻裝置的振蕩。

3 結(jié)束語

隨著電網(wǎng)用電結(jié)構(gòu)和電源組成編號，電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制越來越復(fù)雜，一次調(diào)頻和AGC已成為電網(wǎng)控制的基本和重要功能。本文針對新昌兩臺機(jī)組一次調(diào)頻存在的問題分析，通過汽機(jī)高調(diào)門配汽函數(shù)的優(yōu)化和變壓優(yōu)化，同時(shí)對調(diào)頻信號邏輯優(yōu)化，基本解決了新昌兩臺機(jī)組一次調(diào)頻存在的問題，在滿足電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則考核要求的同時(shí)也獲得了電網(wǎng)額外獎勵，給機(jī)組帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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作者簡介：張志鵬（1985-），男，江西南昌人，研究生，工程師，研究方向：火電廠熱工自動化。