网频小频差频繁波动下的火电机组一次调频优化_陈二磊.pdf

20235大众用电|电气时空技术应用网频小频差频繁波动下的火电机组一次调频优化长安石门发电有限公司陈二磊张 琪发电机组并网运行时，受外界负荷变动影响，电网频率会发生变化，各机组的调节系统参与调节作用，改变各机组所带的负荷，使之与外界负荷相平衡，同时，维持电网频率的稳定，这一过程即为一次调频。但现有的一次调频在实际运行中会出现不动作和贡献量不足的现象，需要通过各种技术手段来解决这个问题。国内目前有基于给水小旁路调频、凝结水节流调频、网源同步调频等方式，都有一定的效果，但都需要通过长期的观察和摸索，有的还涉及设备改造，实现过程较长。某火电厂位于区域电网的末端，再加上每年电网检修时会经历一段时间的小网运行，在这段时间里网频容易产生频繁波动，对于一次调频的控制来说，存在一定的难度。该厂积极应对区域电网运行新常态，深入开展发电厂灵活性改造可行性研究，通过广泛调研，结合电网考核规则以及机组实际经验，应用调频指令防抖动环节、预测控制等先进技术改进控制策略，完成了2台火电机组一次调频系统主体优化工作。1控制逻辑及考核办法一般来说，由于电网上的电量无法储存，导致电网频率会因为用电用户对电力需求的不稳定而导致频率有所变化，当用户用电量突然增加时，表现为电网频率降低，对发电厂的直接影响就是汽轮机转速被拉低，此时为了平衡供电和用电需求之间的关系，就需要发电企业增加发电量，以维持电网频率稳定；当用户用电量突然减少时，表现为电网频率增加，对发电厂的直接影响就是汽轮机转速升高，此时为了平衡电量需求，就需要发电企业减少发电量，以维持电网频率稳定。随着各发电企业自动化程度的发展和提高，现在电厂自动控制中都设计了一套成熟的一次调频控制逻辑，其基本原理如图1所示。发电厂一次调频一般包含CCS侧一次调频控制回路和DEH侧一次调频控制回路，根据工况的不同，一次调频可以是只有DEH侧一次调频功能投入，也可以是二者共同作用来完成机组一次调频的控制。2存在的问题该厂2台机组在每年电网检修期间，会经历一段小网运行时期，在这个时间段里，电网频率波动很频繁，且主要是以小频差的形式出现，导致每天考核量激增，平均每天都能达到十几次。小网运行期间，10分钟内，转速差基本上一直在超出调频死区的范围内频繁波动。这样的频率波动，要求机组在极短的时间内，通过各系统自动调节，不断地小幅度改变负荷，以维持电网频率稳定，直接影响到一次调频回路的控制，对机组的自动调节系统也带来了极大的考验。一次调频控制效果差，其直接后果就是考核次数增加，在全省同类型机组中也排名靠后，既对电网安全稳定运行不利，也影响了电厂的经济效益。要满足电网运行准则，一方面要深入了解一次调频控制的原理和逻辑组成，另一方面要熟悉工艺流程，熟知机组设备特性，通过各种先进的技术手段合理配置逻辑和控制参数、深挖机组设备潜力，这样才能提高一次调频的控制效果。图1一次调频控制原理图3 000 r/minCCS控制系统DEH控制系统MW阀门流量指令阀门指令CCS给定值WSWSWSoPID45|大众用电20235技术应用3控制优化措施该厂2台机组投产时间较早，由于早期的电网对一次调频功能要求较为宽松，因此一次调频控制逻辑主要以保证机组安全稳定运行为主，对网频稳定的贡献放在其次。近年来随着新增的电源尤其是新能源发电的大面积投入使用，电网容量增加，电网吸收消纳这些电源的同时，还要承受着这些新能源调频能力不足的问题，因此对一次调频提出了更高的要求，对各电厂的要求不仅是能参与调节，还对调节精度也有了更大的需求。老的电厂尤其针对网频在小频差频繁波动的情况下，机组的一次调频能力更加难以适应电网要求。因此，优化和完善机组一次调频控制逻辑和参数，确保机组在运行过程中既要做到符合电网对一次调频的控制要求又要做到不影响机组安全运行，是必须要攻关的一项工作。针对该厂一次调频的控制逻辑组成、参数设置以及机组特性，并分析了之前的考核情况，将该厂一次调频控制分为2个部分进行优化：机组负荷低于150MW，即机组在DEH功率控制方式下的一次调频控制系统优化；机组负荷高于150MW，即机组在CCS控制方式下的一次调频控制系统优化。根据机组在不同的控制方式的工况进行优化，一方面可以将本次优化实现全负荷段覆盖，确保机组在任何方式下运行都能有较好的调频效果，另一方面可以针对不同负荷控制方式下的机组特性采取不同的逻辑参数设置，使其更加适合机组实际工况。经过前期的分析和对比，对该厂2台机组采取了以下的优化措施：（1）对一次调频控制逻辑进行了全面梳理和检查，优化并修改了转速不等率、调频函数的设置，以及逻辑中不必要且影响调频效果的限幅、限速及死区设置。（2）对送至调度的一次调频投入信号进行优化，即机组并网带初负荷后始终保持一次调频功能投入。（3）增加功率偏差大，切除功率回路自动的逻辑，防止功率回路振荡，危及机组安全。（4）对一次调频控制逻辑进行优化及投入，主要增加一次调频动作时的主气压力修正环节，该环节通过主气压力对应的函数，输出对应的增益系数，来助力一次调频动作。当机组主气压力大时，该系数小，以防止超调；当机组主气压力小时，该系数大，防止欠调。同时，在后续优化过程中，可通过适当调整增益K来使得该前馈系数最大化适应机组实际运行情况。（5）结合实际经验，采用了预测技术，针对一次调频动作初期、中期和后期，分别设计了前馈系数，用来提高一次调频的实时响应。通过机组负荷指令，分别生成对应的前馈系数，在一次调频动作的前3s，前9s及之后（该时间应该根据机组实际情况调整），该系数与机组主气压力修正系数一起，对调频分量进行适当优化，以达到更好的效果。（6）对一次调频分量进行优化，根据机组转速（也可以是网频）来调整一次调频动作期间的贡献电量，以适应电网考核要求。该项优化分别针对CCS控制方式和DEH功率控制方式做了不同的控制逻辑。（7）对一次调频控制回路参数进行在线优化调整，主要根据每日调度考核情况及一次调频实际动作趋势，在线优化调整主要参数。4优化效果对比通过一系列的优化，在机组重新开机后投入一次调频回路，经过大约一周时间的在线参数调整和优化，2台机组在小网运行期间，调度统计的考核次数为112次，同比前一年的189次，下降了77次。其中5月7日2台机组共考核了46次，主要是为了对比优化前后效果，停机期间所做的逻辑未投运。5月8日起，通过调取考核时间点的历史趋势，分析调频动作情况和设备特性，在投入优化逻辑后，对一次调频参数进行了在线深度优化，经过这次优化，后面几天的考核次数有了明显的下降。通过一段时间的持续优化，2台机组的考核情况较之前有了明显的改善，从降低电厂经济性和降低考核次数来说，具有十分重要的作用。在湖南电网孤网运行期间，2台机组小频差考核问题得到显4620235大众用电|技术应用著改善，一次调频平均贡献电量较前一年同期提高了37%，减少了2项细则电量考核，在全面满足电网运行规则，保证机组长期安全运行的基础上，为电网稳定运行做出贡献。具体考核情况如表1所示。由表1可知，该厂2台机组在一次调频优化前，考核次数都在20次以上，投入一次调频优化逻辑，并整定参数后，2台机组的考核次数随即降到了个位数，此次优化先在4号机组开始，所以能看出来5月8日和5月9日的考核情况，3号机组明细多于4号机组。3号机组经过优化之后，其考核次数基本与4号机组持平。通过横向比较，2台机组的一次调频控制效果基本上和省内其他机组持平甚至优于省内部分同类型机组。表1中所列的考核次数为调度中心统计的考核次数，实际上里面还存在一些可以符合电网规则的可以免除考核的次数，比如机组实际负荷低于150MW时，一次调频要求减负荷；机组AGC变负荷过程中，一次调频调节方向相反等，这些情况已经统计并送调度批准。2台机组经过一次调频后优化，按月考核次数统计表如表2所示。由表2可知，经过优化后的2台机组，一次调频考核次数由原来的每天20多次，已经降低到每月几次甚至更少，7月份在考核次数增多的情况下，考核情况仍然优于省内同类型其他机组，说明本次一次调频系统优化是成功且有效的。但是由于2台机组投产较早，部分逻辑采用的传统的设计方法，如机组遥控指令，目前采用的是脉冲增减的方法，具有一定的延迟，这对一次调频的调节效果有一定的影响，考虑到牵一发而动全身，本次优化未涉及这个部分。5结论一次调频功能受很多因素的影响，其优化过程也是一个长期的持续的过程，今后的优化工作还可以围绕以下几个方面开展：（1）CCS协调控制系统优化。协调控制系统作为机组的主要自动调节系统，其控制速率和控制精度直接影响到一次调频功能的实时响应和贡献电量，通过优化CCS，对一次调频功能的提升也有一个大的帮助。（2）阀门流量特性试验。汽轮机调节气门的流量特性，直接影响到机组调节负荷的能力和调节效果，流量特性如果没测准，在流量拐点会造成功率的大幅波动，同样对一次调频有影响。（3）遥控指令改为模拟量实时指令。自动调节系统讲究实时性和快速性，如果控制指令存在延迟或偏差，尤其对于小频差的一次调频，有着比较大的影响。（4）采用基于网源同步的一次调频控制方法。传统的一次调频控制手动，都是采用汽轮机实际转速模拟电网频率，如果转速信号本身有波动或存在测量偏差的情况下，用转速模拟频率就容易导致一次调频动作与电网实际频率波动不一致，现在很多电厂采用基于网源同步的方法，采用高精度的频率变送器来实现网源同步，对提高一次调频的控制精度和控制效果有一定的帮助意义。一次调频作为当前各区域电网“两个细则”的重要组成部分，是电网调度中心对发电企业的重点考核指标，也是维持电网频率稳定，保证电网安全稳定运行的重要因素。各发电企业不仅要考虑稳定发电，维持自身利益，也要接受电网调度的监督，为电力安全作出应有的贡献。表1一次调频优化前后每日考核次数日期5月7日3号机组考核次数244号机组考核次数225月8日635月9日315月10日545月11日5月12日5月13日5月14日54237233表2一次调频优化前后每月考核次数月份5月3号机组考核次数594号机组考核次数536月057月8月5110147