王英強,王 凱,張詞赟,徐 兵

(1.國能(綏中)發(fā)電有限責任公司,遼寧 葫蘆島 125222;2.遼寧東科電力有限公司,遼寧 沈陽 110179)

0 引言

在配合“雙碳”戰(zhàn)略實施中,大力發(fā)展新能源電力已是大勢所趨。由于風資源的波動、風力機調(diào)峰能力弱,風電出力存在隨機波動性和反調(diào)峰特性[1];太陽能光伏發(fā)電嚴重依賴光照強度,存在天然的不確定性和間歇性[2],可再生能源存在的反調(diào)峰和不確定性,拉大了負荷的峰谷差,源荷雙重壓力加大了電力系統(tǒng)的調(diào)峰調(diào)頻負擔[3]。以燃煤發(fā)電為主體的基礎(chǔ)能源電力的調(diào)峰能力將直接決定風電、太陽能發(fā)電等可再生能源的發(fā)展空間,進而影響我國節(jié)能減排事業(yè)以及碳達峰、碳中和國家戰(zhàn)略的順利實施。因此,大量間歇性新能源電力并網(wǎng)必將迫使燃煤發(fā)電機組全面參與深度調(diào)峰[4]。

GB/T 40595—2021《并網(wǎng)電源一次調(diào)頻技術(shù)規(guī)定及試驗導則》(以下簡稱新標準)的實施,對火電機組一次調(diào)頻功能提出了更高要求:在擴展了試驗負荷范圍的同時,也將重心調(diào)整為重點考察大頻差下一次調(diào)頻功能的響應(yīng)效果。此外,針對200～350 MW的火電機組,一次調(diào)頻最大調(diào)整幅度也有所提升。這一系列調(diào)整體現(xiàn)了調(diào)頻調(diào)峰是現(xiàn)階段火電機組的重要職能。

按照新標準的要求,遼寧省額定容量在200～350 MW的火電機組,一次調(diào)頻試驗功率變化幅度按照10%額定功率執(zhí)行[5]。由于《東北區(qū)域電力運行管理實施細則》和《東北區(qū)域電力輔助服務(wù)管理實施細則》(以下簡稱兩個細則)中并未針對試驗指標做出相應(yīng)調(diào)整,一次調(diào)頻考核標準中變化幅度參數(shù)依舊為8%額定功率[6],因此在其負荷范圍的火電機組,在開展一次調(diào)頻試驗過程中需要調(diào)整相應(yīng)參數(shù),以滿足最新標準的要求。

1 一次調(diào)頻試驗參數(shù)的修改

某額定負荷為300 MW的火電機組,根據(jù)兩個細則要求,一次調(diào)頻最大調(diào)整幅度為8%額定功率。按照新標準要求,試驗開展前需要對控制邏輯參數(shù)進行修改。主要調(diào)整內(nèi)容如下。

a.一次調(diào)頻功率補償函數(shù)

根據(jù)機組一次調(diào)頻功率補償量計算公式推導可知(見式1),當變化幅度提升至10%額定負荷時,對應(yīng)的一次調(diào)頻最大頻差將由14 r/min調(diào)整為17 r/min。因此一次調(diào)頻功能中轉(zhuǎn)差/頻差-調(diào)頻補償負荷函數(shù)需進行相應(yīng)調(diào)整。

ΔP=Pe×(Δn-Δ)/(ne×δ)

(1)

式中:ΔP為一次調(diào)頻功率補償量;Pe為機組額定功率;Δn為轉(zhuǎn)速偏差(機組轉(zhuǎn)速與3000 r/min之差);Δ為轉(zhuǎn)差死區(qū);ne為機組額定轉(zhuǎn)速;δ為轉(zhuǎn)速不等率。

機組一次調(diào)頻控制由電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(DEH)和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)(CCS)共同完成。即在DEH內(nèi)完成額定轉(zhuǎn)速與汽輪機實際轉(zhuǎn)速之差(轉(zhuǎn)差)通過一定函數(shù)計算后直接動作調(diào)門;在CCS內(nèi)完成一次調(diào)頻動作后對功率目標值進行補償,保證機組負荷滿足電網(wǎng)要求。如數(shù)據(jù)通信采用的是轉(zhuǎn)差/頻差信號,在DEH和CCS中均需要進行函數(shù)調(diào)整。如數(shù)據(jù)通信采用的是補償負荷信號,函數(shù)修改僅在DEH控制系統(tǒng)進行即可(如圖1所示)。

圖1 2種通信信號方式下函數(shù)修改位置

修改后的一次調(diào)頻功率補償函數(shù)見表1,其調(diào)頻范圍與調(diào)頻幅值均有擴展,但函數(shù)斜率不變。因此在±14 r/min范圍內(nèi),一次調(diào)頻特性沒有變化,原有控制參數(shù)不需要改變,而在±(14～17)r/min內(nèi),隨著補償負荷的增加,原有控制參數(shù)的適用性需結(jié)合實際調(diào)頻效果進行調(diào)整。

表1 修改后的一次調(diào)頻功率補償函數(shù)

b.遙調(diào)投切保護

遙調(diào)投切回路中設(shè)計有DEH綜合閥位指令與CCS指令偏差大切除遙調(diào)邏輯。在一次調(diào)頻動作初期,DEH側(cè)的前饋起到主導作用,用于提高一次調(diào)頻的響應(yīng)速度與調(diào)整幅度[7]。由于CCS側(cè)的比例積分微分控制(PID)調(diào)整相對緩慢,將造成兩側(cè)指令偏差增大,當保護限值設(shè)置不合理時,會導致遙調(diào)切除,退出協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。這不單會對機組一次調(diào)頻控制品質(zhì)造成影響,也會降低機組自動發(fā)電控制(AGC)控制功能的投入率,對電網(wǎng)的供電品質(zhì)、機組的發(fā)電能力帶來影響。

在一次調(diào)頻功率補償函數(shù)修改后,應(yīng)根據(jù)調(diào)整后的最大調(diào)整負荷核算保護限值,以確保在試驗過程中或極端情況下,機組的遙調(diào)控制不因一次調(diào)頻動作而退出。

2 問題分析

在某額定負荷為300 MW的火電機組開展一次調(diào)頻試驗過程中,當施加-17 r/min轉(zhuǎn)差時,試驗開展順利,閥門動作與響應(yīng)趨勢滿足預(yù)期,機組運行參數(shù)平穩(wěn)。當施加17 r/min轉(zhuǎn)差時,機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)退出,切至汽輪機跟隨方式運行。試驗組隨即聯(lián)系運行專業(yè),停止試驗,恢復強制轉(zhuǎn)速并展開問題排查。試驗曲線如圖2所示。

圖2 某300 MW機組最大轉(zhuǎn)差試驗曲線

圖3 最大轉(zhuǎn)差試驗解決方案

根據(jù)經(jīng)驗,對試驗過程中可能切除協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的兩點原因進行排查。

首先DEH綜合閥位指令與CCS指令偏差大切除遙調(diào)保護?？紤]到此回路已在試驗前進行檢查,且在施加-17 r/min轉(zhuǎn)差時經(jīng)受考驗,經(jīng)進一步計算核查給與排除。

其次根據(jù)試驗經(jīng)驗,在開展大頻差試驗過程中,隨著試驗時間的推進,機組主蒸汽壓力偏差會逐漸增大,當達到限值時將切除鍋爐主控,因為壓力偏差隨試驗的推進逐漸增加,此情況在試驗開始階段可能性較低。通過對試驗期間主蒸汽壓力偏差的觀察,經(jīng)分析排除此項原因。

本臺機組采用補償負荷信號通信模式,DCS控制系統(tǒng)采用北京國電智深控制技術(shù)有限公司的EPPF-NT分散控制系統(tǒng),汽輪機DEH采用GE公司的上海新華控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)間采用硬接線方式進行數(shù)據(jù)通信。通過對控制邏輯的再次梳理發(fā)現(xiàn),補償負荷信號的量程設(shè)置為±28 MW,在進行最大轉(zhuǎn)差試驗時,補償負荷信號已達到±30 MW,已超出量程上下限值。在EPPF-NT分散控制系統(tǒng)中,AI測點超出量程限值后將觸發(fā)品質(zhì)壞信號,而鍋爐主控回路中并未閉鎖補償負荷信號的品質(zhì)傳遞,導致此品質(zhì)信號通過邏輯傳遞切除鍋爐主控。

由歷史數(shù)據(jù)的分析可見,在施加-17 r/min轉(zhuǎn)差時,DCS系統(tǒng)接收到的補償負荷信號為27.94 MW,并未達到模擬量輸入信號的量程上限。而在施加17 r/min轉(zhuǎn)差時,DCS系統(tǒng)接收到的補償負荷信號為-29.91 MW,已超過模擬量輸入信號的量程下限,進一步證實了分析的正確性。

3 解決方案

機組運行期間,為確保試驗的順利開展,除線下安裝方式外,可通過對參數(shù)在線調(diào)整來滿足試驗條件。鑒于本臺機組DCS和DEH采用2種控制系統(tǒng),且試驗完成后一次調(diào)頻控制功能需恢復原有參數(shù)以滿足網(wǎng)省公司考核細則要求。因此本次最大轉(zhuǎn)差試驗,可通過在線系數(shù)修正的方式開展,在避免模擬量輸入信號觸發(fā)超量程壞質(zhì)量的同時,確保DCS側(cè)功率閉環(huán)目標負荷的準確性。待機組停機檢修期間,再對此問題給予妥善解決。

通過對邏輯的梳理,試驗組迅速發(fā)現(xiàn)問題,并根據(jù)經(jīng)驗給出解決方案,使試驗得以順利進行,最終取得良好效果。

4 結(jié)語

電網(wǎng)頻率作為電網(wǎng)安全的重要監(jiān)控指標[8],直接影響著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行及用電設(shè)備的使用壽命。火電機組一次調(diào)頻功能有效彌補電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的滯后性[9]。一次調(diào)頻功能設(shè)計合理、響應(yīng)及時、調(diào)控精確,對提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性,增強電網(wǎng)抗事故能力起到積極作用[10]。因此一次調(diào)頻試驗對檢驗火電機組一次調(diào)頻功能具有重要意義。

隨著新標準的實施,一次調(diào)頻試驗已進行相應(yīng)更新,但一次調(diào)頻考核細則尚未跟進調(diào)整,造成現(xiàn)階段此負荷范圍的火電機組實際運行期間不能按照試驗標準落實一次調(diào)頻參數(shù),因此在200～350 MW的火電機組開展一次調(diào)頻試驗時,需要對一次調(diào)頻試驗的參數(shù)進行調(diào)整。本文通過對300 MW火電機組一次調(diào)頻試驗過程的介紹,對相關(guān)問題及處理方法進行說明,闡述新標準下一次調(diào)頻試驗需要調(diào)整的內(nèi)容,為后繼試驗的順利開展提供借鑒。