1000 MW超超临界火电机组一次调频控制与优化.pdf

34doi:10.3969/j.issn.1009-3230.2023.09.007应用能源技术2023年第9 期（总第30 9 期）1000 MW超超临界火电机组一次调频控制与优化张斌（国能宁夏灵武发电有限公司，宁夏银川7 51 40 0)摘要：由于电网组成机构的变化，对电网的稳定性也提出了更高的要求，电网频率直接影响着供电质量。一次调频作为电力系统中维持功率供需平衡的重要措施，是保证电力系统频率稳定的主要途径，因此优化控制方式，可以提升供电质量，同时也是机组并网安评的重要指标。本文主要分析1 0 0 0 MW超超临界火电机组一次调频原理，识别一次调频重要参数，以提升火电机组运行效率为目标,探索科学的一次调频控制与应用策略,避免机组陷入故障，优化机组一次调频性能，以此来实现保证机组负荷满足电网需求。关键词：1 0 0 0 MW；超超临界；火电机组；一次调频中图分类号：TM621.5Primary Frequency Regulation Control and Optimization for1 000 MW Ultra-supercritical Thermal Power Unit(Guoneng Ningxia Lingwu Power Generation Co.,Ltd.,Yinchuan 751400,China)Abstract:Due to changes in the composition of the power grid,higher requirements for grid stabilityhave been imposed,and grid frequency directly affects power supply quality.Primary frequencyregulation,as an important measure in maintaining power balance in the power system,is a keyapproach to ensuring the stability of power system frequency.Therefore,optimizing control methodscan improve power supply quality and is also an important indicator for the grid connection safetyassessment of units.This paper mainly analyzes the primary frequency regulation principles of1 000 MW ultra-supercritical thermal power unit,identifies crucial parameters for primary frequencyregulation,and aims to improve the operational efficiency of the thermal power unit.It exploresscientific primary frequency control and application strategies to prevent unit failures,optimizeprimary frequency regulation performance,and ensure that the unit load meets the requirements of thepower grid.Key words:1 000 MW;ultra-supercritical;thermal power unit;primary frequency regulation0引言电能与人们生活关系紧密,1 0 0 0 MW超超临界火电机组作为火电厂重要设备，一次调频控制结果影响机组运行状态,致使系统陷人故障。相关人员要正确认知一次调频控制的重要性，适应收稿日期：2 0 2 3-0 7-1 9 修订日期：2 0 2 3-0 8-2 0作者简介：张斌（1 9 9 2），男，本科，助理工程师,研究方向为火电厂自动化控制。文献标志码：AZHANG Bin1000MW超超临界火电机组运行需要，优化一次调频性能高，自动检测系统频率变化，迅速做出响应,改变机组运行状态，保证机组运行稳定。1一次调频原理明确一次调频原理,是优化一次调频性能的关键，只有掌握一次调频原理，才能实现优化机组一次调频功能的目标,控制机组的运行频率,维护火电机组稳定的运行状态，降低机组运行过程中文章编号：1 0 0 9-32 30(2 0 2 3)0 9-0 0 34-0 52023年第9 期（总第30 9 期）发生安全事故的可能性。一次调频的原理为,控制系统监测电网的运行频率，当监测到运行频率与额定值不符时，自动发出指令控制机组，改变机组的运行状态，使有功功率发生变化,实现调整电网运行频率的目标，将电网的运行频率控制在合理范围内,保证电网稳定运行。机组的一次调频能力应符合预设标准，该标准基于火电机组型号确定,可通过考虑判断机组的一次调频能力是否符合标准，一次调频能力良好的机组，才可降低电网陷人故障的可能性，维持电网稳定的运行状态。一次调频系统重要参数22.1转速不等率衡量机组一次调频能力的重要参数，用于判断机组一次调频能力强弱,也可判断机组的稳定性，该参数为百分数的形式，一次调频控制优化中，计算机组转速不等率的公式如下：(ni-n2)8=*100%no式中,ni为空负荷工况下机组的转速;nz为满负荷工况下的转速;no即额定转速,基于该计算结果,工作人员可判断机组的一次调频能力。计算结果与一次调频能力成反比,即转速不等率越低，一次调频能力越强，但不容易保证机组稳定的运行状态。考虑火电机组的运行需要，该类型机组的转速不等率,需控制在3%6%之间,既能够保证机组的一次调频能力符合预期，又不会影响机组运行稳定性。2.2功率补偿量机组的功率补偿量，基于转速不等率确定，为保证基础的稳定运行状态，工作人员应基于机组在电网运行中发挥的作用，计算机组的最佳功率补偿量，计算公式如下：AP=-An,n*100%*1*PNno式中,n为转速偏差;8 为转速不等率;no为额定转速;PN为额定功率,基于该计算结果,工作人应用能源技术员可分析功率补偿量、转速不等率的关系。通常情况下，如该机组用于承担电网基本负荷，应通过增大转速不等率,减小功率补偿量，以维持机组稳定的运行状态。而针对用于调峰的机组，应适当缩小机组的转速不等率，以提高机组的功率补偿量,使控制系统在机组频率变化时,能够快速做出响应。2.3迟缓率迟缓率在机组一次调频中，用于展示信号传输延迟情况，即信号在传输过程中,受到其他因素影响而出现的延迟,迟缓率较低时，机组一次调频性能良好,该参数的计算公式为：8=（n/n o）*1 0 0%式中,n为转速偏差；no为额定转速,基于该计算结果,工作人员可判断机组一次调频性能是否符合预期。如该计算结果过大，电网的运行频率会出现大幅度波动，一次调频性能较差,无法保证机组稳定运行状态。为此在一次调频控制中,要尽可能消除部件之间间隙与摩擦，最大限度降低迟缓率，确保信号传输顺畅，控制系统可精准掌握电网的运行频率,科学调控火电机组,维持火电机组稳定的运行状态。2.4其他参数第一,转速不灵敏区,该区域的设置,决定一次调频系统的灵敏性,通常设置为2 rpm,即便电网运行频率变化幅度较小，系统也可顺利控制机组的运行状态。第二，响应延迟时间，可作为判断系统响应速度的重要指标，火电机组中,系统延迟时间不应长于3 s。第三,稳定时间,即一次调频结束后,机组恢复稳定负荷耗费的时间,每次调频后机组恢复稳定的时间不应高于6 0 s。第四，调频限幅,控制每次调频的幅度，该标准基于额定负荷确定，一般应设计为额定负荷的6%。31000MW超超临界火电机组一次调频控制与应用策略3.1一次调频系统建模为优化机组一次调频性能，工作人员应重视3536系统建模，考虑机组主要由汽轮机电液调节系统、单元机组协调控制系统组成，应分别为两系统的模型建立工作，以保证建设模型的精度，奠定后续工作顺利开展的基础，实现优化一次调频系统性能的目标。第一,电液调节系统建模,开展建模工作前，工作人员需分析系统结构，了解系统的运作方式，基于系统结构完成建模工作，以电液调节系统中电液伺服系统为例，该系统结构如图1 所示，一伺服控制器一应用能源技术按照该系统结构建成的模型，能够真实展现该系统的性能,以便发现系统中存在的问题。第二,单元机组协调控制系统建模，工作人员需了解该系统的组成结构，通常情况下，该系统包括制粉系统、锅炉系统与管道压损系统，需分别建设模型，合理设置系统模型的参数，确保建设的模型与实际相符。2023年第9 期（总第30 9 期）电液阀门指令一控制放大油动机转换器LVDT图1 电液伺服系统结构3.2石硬件改造硬件为系统的重要组成部分，为实现一次调频系统性的优化目标，工作人员应根据火电机组的性能特征，对系统硬件进行改造，提升系统硬件的性能，保证改造后一次调频系统可顺利运行,在电网运行中发挥应有作用。在机组电气侧增加变送器,是改造硬件的常用方式，借助该变送器接收电脑传输的信息，变速器的使用，使电网传输的信号被转换为电流信号，相对于传统信号传输方式，该方式传输信号更为安全，避免信号的传输过程中失真,以便系统掌握电网的真实运行状态，变送器的量程一般设计为49 50 Hz之间,小量程变送器信号采集精度更高。在改造系统硬件时，还要注意变送器性能的检验，保证该变送器信号采集精度较高，误差不超过0.0 0 1 Hz，系统基于硬件采集的信号,准确判断电网的运行频率，以便发出正确的指令,改变机组的运行状态,将电网运行频率控制在合理范围内，降低电网出现故障的可能性。3.3逻辑优化机组一次调频系统性能优化过程中,工作人员要注意系统逻辑的优化，根据火电机组具体需要,规范一次调频系统运行流程,并基于优化后流程完成系统改造，使建成的一次调频系统性能良好，当电网频率发生变化时，可迅速做出反应，改变机组的运行状态。电液调节系统作为一次调频系统的重要组成部分，应分析该系统在一次调频中的作用，优化系统运行逻辑，火电机组调节系统逻辑优化后，系统的运作流程如图2 所示，按照该逻辑建设的调频系统更符合机组运行需要，能够维持电网稳定的运行状态。针对协调控制子系统,也应按照该系统的作用，优化系统的运行逻辑,规范系统输入信号形式,并确定信号在系统中的传输路径,确保该系统可正常运行,输出具有参考价值的输出结果，作为系统做出响应的数据基础,科学控制机组的运行状态，实现一次调频目标,以免电网出现故障,凸显一次调频系统的重要作用。3.4参数调节(1)电液伺服系统作为一次调频系统的重要组成部分，工作人员应根据机组运行需要,科学设计该系统的运行2023年第9 期（总第30 9 期）参数，保证该系统可正常运行，考虑火电机组的运行特点，确定伺服系统设计参数，如表1 所示，基于该标准设置的系统运行参数，更符合机组一次调频需要。完成参数设计后，工作人员应试运行该系统,分析参数设计的合理性,并根据试运行结果,进一步调整系统的运行参数,提升系统的性能,保证构件的一次调频系统,能够依据电网的运行频率,随时调整机组的运行状态。电液伺服系统参数优化，要求工作人员具有较高的能力水平，为此应加强技术培训，组织工作人员学习一次调频原理，提升技术人员的能力水平，使其掌握一次调频能力，并能够按照电网运行需要，科学设计该系统的运行参数。窄量程频率信号MRE.SELMALMputGPAnin2窄量程频率故障调频增量图2 调节系统逻辑优化表1电液伺服系统参数设计参数转速延迟时长/s转速变换常数/s放大倍数基于单次调频操作的负荷上限值基于单次调频操作的负荷下限值(2）凝结水调频优化节流损失是导致汽轮机组功率降低的主要原应用能源技术因,凝结水流量的科学设计,是减少节流损失的关键，只有科学设计凝结水流量，才能保证一次调频系统的性能，为此在优化参数设计时，工作人员应注意凝结水流量的设置。由于该参数调节要求凝水调门具有较高的性能,为此在一次调频系统优化中,需将性能先进的调门用于系统优化,以保证调门的开度调整更为灵活,并缩短改变调门开度消耗的时间,凝结水流量得到合理控制后,汽轮机的功率可提升5 8 MW。(3）补气阀调频优化补气阀在火电机组中运用广泛，补气阀的开度也会影响机组的运行状态，通常情况下，补气阀开度不足2 0%时，机组可处于正常的运行状态，高压缸轴承不会出现剧烈震动，而当开度超过60汽机转速N标准数值00.0222.20.00270.002.73720%时，轴承会出现剧烈震动，机组运行状态受到影响。为此在一次调频系统性能优化中,可根据机组运行需要，灵活调整补气阀的开度，根据补气阀的运行原理，使补气阀短时间内处于全开状态，并控制补气阀处于全开状态的时间，这种情况下产生的蒸汽量增加5%1 0%，可提高机组的运行效率,达到一次调频目标4。（4)汽轮机调门调频优化汽轮机调门在机组运行中发挥重要作用，为保证一次调频系统性能良好，需按照火电机组运行需要，分析机组运行负荷，随时调整调门的开度，以保证机组处于良好的运行状态，电网运行过程中不会出现故障。火电机组运行过程中，短时间内降低吊门的开口，可改变气轮机跳门的流量，控制气分机组运行状态，满足电网运行需要。调节汽轮机调门开度时,要注意时间的控制,监测机组的运行状态，合理控制调门的时间,适当降低汽轮机的负荷，也不会影响汽压机组的运行状态,实现一次调频目标,将电网运行频率在可控范围内，电网运行期间不会出现故障。3.5性能测试改进机组一次调频系统后，要检验优化后系统的性能,判断优化后系统性能是否满足机组运38行需要，性能达到标准的机组，才可用于电网运行,否则需分析一次调频系统性能未达标的原因，优化一次调频系统性能,性能测试方法如下。第一,在机组高压缸位置设置抽气调节阀,通过调节阀门改变高压缸的压力，设定的压力应依据机组负荷确定,实验中记录压力调整后，系统的响滞后应时间，如响应滞后时间不超过5秒，表明该系统的性能良好，满足电网中火电机组运行需要,能够及时调整电网频率。第二，通过改变系统加热系统水量,检验一次调频系统的性能,在实验中工作人员要手动改变阀门的开度，以免阀门调整动作干扰机组运行，并记录调节阀开度、水温变化与差压变化基于该实验结果,判断优化后一次调频系统性能是否达到预期目标。基于试验结果，发现改进后一次调频系统存在的问题，并制定系统优化方案。4结束语火电机组运行过程中，一次调频控制发挥重应用能源技术要作用，只有保证一次调频动作精准，才能使火电机组长期处于良好运行状态。相关人员要关注行业发展趋势，学习先进的一次调频控制理念，不断优化一次调频控制性能,基于机组运行工况,发出正确的调频控制指令，将系统频率控制在合理范围内，加快行业发展速度。参考文献1周雅娜.1 0 0 0 MW超超临界火电机组水汽重要指标化验方法与质量控制J.能源科技，2 0 2 2，2 0(6):54-56.2沈铁志，穆雷霆，吴炳辉.安全可信主动防护体系创新应用实现超超临界1 0 0 0 MW火电机组的应用突破J.自动化博览,2 0 2 2,39(8):58-6 1.3袁俊文.1 0 0 0 MW超超临界机组的一次调频功能试验J.电站系统工程,2 0 2 0,36(6)：30-32.4陈节涛，曾海波，张林.超超临界1 0 0 0 MW机组一次调频控制策略研究与优化J.湖北电力，2020,44(1):96-102.2023年第9 期（总第30 9 期）