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    （湛江電力有限公司，廣東 湛江 524099）陳世桐

    （廣東電網公司電力科學研究院，廣東 廣州 510600）黃衛劍
                      

    陳世桐（1975-）男，廣東湛江人，熱工自動化工程師，熱工技術監督專責，主要從事火電廠自動控制系統自動投運、調節品質的提高系統安全性能的研究和技術監督工作。

    摘要：本文詳細介紹了某廠4臺300MW中儲式燃煤機組在“兩個實施細則”實施過程中影響一次調頻品質的4個主要因素，提出了改善一次調頻品質的9項措施。措施實施后，某廠一次調頻被考核的電量每月由原來最高的1200MWh降到現在的0MWh，為電廠爭取了最大的一次調頻利益，證明了本文提高一次調頻品質措施的有效性和實用性，值得應用推廣。

    關鍵詞：兩個細則；中儲式制粉系統；機組； 一次調頻；控制策略

    Abstract: This article introduced in detail in some factory 4×300MW units storage pulverizing system coal-burning unit influence primary frequency modulation quality 4 primary factors which in the implementation process exposes in “two regulations”, proposed improves primary frequency modulation quality 9 measures. After measure implementation, a some power plant primary frequency modulation the electric quantity which inspects from highest 1200 MWh is fallen originally every month to present's 0 MWh, has striven for a biggest primary frequency modulation benefit for the power plant,had proven this article enhances Primary frequency modulation quality measure the validity and the usability, is worth applying the promotion.

    Key words: Two regulations; Storage pulverizing system; Unit; Primary frequency modulation; Control policy

    1 前言

    為了保證發電機組的供電質量，南方電監會發布了《南方區域發電廠并網運行管理實施細則》和《南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》（南方電監市場[2009]264號）兩個文件，簡稱“兩個細則”。其中對一次調頻的負荷調節合格率的考核標準進行了嚴格的規定。兩個實施細則公布后于2009年10月開始對并網發電機組開始正式考核。“兩個細則”的運行證明：湛江電廠機組原有的協調控制系統的調節品質雖然很好，但與“兩個細則”中規定的一次調頻的調節指標相比尚有較大的差距。為了提高一次調頻的合格率，減少調度部門因一次調頻質量問題對該廠的考核，爭取最大的利益，根據已有的一次調頻整改經驗[1，2] ，結該廠對一次調頻合格率偏低的原因進行了深入分析，進行了有效的整改。

    2 設備概況

    該廠安裝有4臺由東方電氣集團公司生產的300MW亞臨界機組。

    鍋爐型號：DG1025/18.2-II（3）亞臨界壓力、中間再熱、自然循環單爐膛、全懸吊露天布置、平衡通風，中間儲倉式燃煤汽包爐。

    汽輪機型號：N300-16.7/537/537-3（合缸）。采用噴嘴配汽，高壓部分有4個調節閥，順閥順序為1—2—3—4。中壓部分有2個調節閥。

    DCS系統為北京貝利SYSMPHONY控制系統，CCS設用CCBF、CCTF方式。

    3 影響一次調頻品質的主要因素

    3.1 測量變送環節精度低

    網頻信號測量變送器精度低（0.5級）、靈敏度不高，不能快速準確地反映電網頻率的實時微小。送至調度系統的功率信號精度低（0.5級）、量程過大（0～520MW）、經過DCS運算后存在例外報告死區，機組負荷變化量返回調度考核系統不及時。

    3.2 汽機閥門流量特性線性度差

    汽機閥門流量特性曲線線性度差，DEH調門總指令在某段區間大幅度增減時機組負荷都沒有變化，而在某段區間只要DEH調門總指令有微小變化，機組負荷就大幅變化。造成一次調頻動作時，在某段區間內機組負荷沒動作，而某段區間內機組負荷大幅波動。

    3.3 給粉機經常下粉不暢

    鍋爐主控采用傳統的PID調節器，采用給粉機轉速代表鍋爐總燃料量。在給粉機下粉不暢或煤質變化時，鍋爐燃燒工況極不穩定，主汽壓力、主汽溫、再熱汽溫等參數波動大，在一次調頻動作時機組負荷調整量不能滿足要求甚至出現反調，有時甚至不得不退出CCS。

    3.4 協調控制系統中偏差保護定值整定過小

    快速滿足電網負荷要求與保持機組主汽壓力、主汽溫等參數穩定是兩個矛盾對立面。為保持機組主汽壓力、主汽溫等參數穩定運行而采取犧牲快速響應負荷的策略，在運行方式中優先采用滑壓運行方式、CCTF運行方式。在CCS邏輯中設計了被調量偏差大一定值時的負荷閉鎖邏輯、退出機組CCS邏輯、壓力拉回回路邏輯、DEH/CCS側一次調頻只能一側投入的互為閉鎖邏輯等控制策略。

    4 提高一次調頻品質的措施

    4.1 提高測量變送環節精度

    由于DEH系統轉速信號精度及靈敏度高。因此采用DEH系統轉速信號除以60作為電網網頻信號，如圖1所示。返回至調度系統的功率信號采用量程為0～350MW，精度等級為0.1級的變送器，且返回至調度系統的信號不能經過任何DCS運算回路及例外報告，如圖2所示。
     
                  

    4.2 測試并重新整定DEH閥門流量特性關系

    汽機調門是一次調頻動作的最終執行環節，良好的閥門控制指令與負荷線性對應關系是一次調頻高質量動作的基礎[2]。因此，需要對汽機閥門流量特性參數進行實際測試及重新整定，使其DEH負荷指令與實際流量有良好的線性關系。圖3為某機組原閥門流量特性與調整前后的負荷指令——閥門流量特性曲線對比圖，其中，黃線為理想特性，藍線為原特性，紫線為調整后的閥門流量特性。從圖中看出，原來的DEH閥門流量特性存在2個明顯的拐點，DEH調門在這些區域時，負荷經常有突變的現象；調整后的閥門流量特性曲線基本與理想流量特性重合，在各個負荷段，負荷變化具有良好的線性度。  

                 
                            圖3 某機組DEH閥門流量特性調整前后的對比圖  

    4.3 控制策略環節改進 

    利用DEB控制策略，取消鍋爐主控主汽壓力PID調節器以及給粉機轉速作為總燃料量的邏輯，有效解決給粉機下粉不暢、煤質變化等引起鍋爐燃燒不穩定的問題。

    根據DEB原理：

             
    其中： P_s —主汽壓力設定值；

                 p_T—主蒸汽壓力；
     
                 P₁ —汽機調節級壓力；
   
                d_p —汽包壓力。

     采用 代表鍋爐指令，如圖4所示。采用代表鍋爐總燃料量，如圖5所示，燃料量反饋信號與給粉機轉速無關，有效地克服了給粉機下粉不均和煤種變化的一次調頻的影響。 

  
            
                                       圖4  DEB指令邏輯框圖    
              
                    
                                      圖5  鍋爐總燃料量邏輯圖  

    4.4 完善壓力拉回回路

    適當將壓力拉回的定值放寬，允許機組主汽壓力在合理的范圍內波動，以弱化壓力拉回的作用，提高機組對一次調頻中負荷要求的響應速度。壓力拉回的定值放寬前后的函數如圖6、圖7所示。
         
                               
                                      圖6   壓力拉回的定值放寬前函數   

                            
                                    圖7  壓力拉回的定值放寬后函數


    4.5 完善CCS閉鎖回路

    為防止被調量在機組負荷變化時波動大，協調控制系統設計有負荷閉鎖增減功能。在被調量與設定值偏差大或者調節器的輸出能力達到設定的上下限值時，就閉鎖負荷指令的增減。為了加快對一次調頻指令的響應速度與精度，應對負荷閉鎖邏輯進行精簡，只保留主汽壓力、給水回路的觸發條件，并把觸發定值適當放寬，如給水偏差定值由±50mm放寬為±70mm，主汽壓力偏差定值由±0.45MPa放寬為±0.6MPa。

    4.6 適當提高小頻差范圍內一次調頻負荷動作量

    在一般情況下，電網網頻都不會超出±4r/min。為克服負荷控制系統在這個小頻差范圍內慣性、死區等，適當提高一次調頻起調時的初負荷及小頻差時負荷調整量，如圖8所示。
             
                   
                           圖8 提高一次調頻起調時的初負荷及小頻差時負荷調整量 

    4.7 增加一次調頻對機組負荷的閉鎖

    在一次調頻動作時閉鎖AGC指令增減，防止機組負荷反調，如圖9所示。
  
                
                            圖9   一次調頻動作時閉鎖AGC指令原理圖   

    4.8 采用DEH/CCS聯合一次調頻

    取消DEH投入一次調頻后自動退出CCS的邏輯，保證DEH/CCS側的一次調頻回路能夠同時投入。

    4.9 增加主汽壓力對一次調頻量的修正

    增加主汽壓力校正回路，克服機組偏離額定壓力運行時對負荷調整量影響[3] ，如圖10。
       
              
                         圖10 主汽壓力校正回路原理圖

    4.10 采用CCBF協調方式

    盡量采用CCBF方式運行[4]，投入一次調頻時，閉鎖投入機跟隨的協調控制方式（CCTF）。

    5 結束語

    （1） 湛江電廠四臺機組一次調頻功能在落實以上措施后，一次調頻動作方向、一次調頻積分電量已全部滿足了南方電監局“兩個細則”的要求，目前已取得了全廠一次調頻0考核的成績，為該廠爭取了最大的利益。這些實踐經驗為同類型機組及控制系統一次調頻系統改進提供了非常有價值的借鑒。

    （2） 建議各發電機組在考慮“兩個細則”的一次調頻獎懲條件時要根據機組自身的現狀，制定一個兼顧機組的安全性和經濟性的綜合改進方案。

    參考文獻：

    [1] 鄭渭建. 600MW直吹式燃煤機組一次調頻能力分析與改進[J]. 華東電力,2007. 35 (2): 84-86.

    [2] 黃甦, 鄭航林. 一次調頻控制策略的優化[J]. 熱力發電, 2008. 37(9): 71-74.

    [3] 劉曉強, 王西田. 考慮主蒸汽壓力變化的機組一次調頻動態特性[J]. 熱能動力工程, 2008. 23(2): 140-143.

    [4] 尹峰. CCS參與的火電機組一次調頻能力試驗研究[J]. 中國電力, 2005.38(3): 74-77.

    摘自《自動化博覽》2010年第十一期