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劉志剛 （1971-）
男，湖南益陽人，高級(jí)工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱控技術(shù)研究。

摘要：汽輪機(jī)組在順序閥方式運(yùn)行時(shí)，投入一次調(diào)頻后，在閥門行程重疊度范圍有時(shí)會(huì)引起閥門大幅晃動(dòng)。本文根據(jù)DEH邏輯及參數(shù)分析了閥門晃動(dòng)的根本原因，提出在重疊度范圍略微減弱流量-閥位曲線斜率較大的閥門一次調(diào)頻能力，在總體上保證一次調(diào)頻的幅度和精度滿足電網(wǎng)要求。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，在CCS＋DEH聯(lián)合調(diào)頻方式下，優(yōu)化后可大大降低閥門晃動(dòng)幅度，提高了汽輪機(jī)組的安全穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：一次調(diào)頻；重疊度；順序閥；晃動(dòng)；仿真；流量

Abstract: The governing valve will bring the big fluctuation after enabling primary
frequency regulation when the turbine generators are running at sequence valve. By 
analyzing the basic reason of fluctuation based on DEH logic and parameters, the paper 
presents an optimal scheme, which by adjusting the valve of large slope of flow-position curve to reduce its value, the fluctuation can be eliminated efficiently. Depth 
and precision of primary frequency regulation is satisfied with power system as a whole. 
The result of simulation test shows that the method can greatly reduce valve fluctuation 
and improve safety and stabilization of turbine generators.

Key words: Primary Frequency Regulation; Overlap; Sequence valve; fluctuation; emulation;
 flow

    電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要任務(wù)之一是對(duì)頻率進(jìn)行監(jiān)視和控制，而發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻功能對(duì)維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定至關(guān)重要。文^[1][2]中反映在電網(wǎng)頻率的波動(dòng)事件中，一次調(diào)頻能力離設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)，很多裝備有快速數(shù)字電液調(diào)速器的機(jī)組沒有參與一次調(diào)頻。文_^[3]中，對(duì)一次調(diào)頻引起EH油管振動(dòng)問題提出了在每個(gè)高壓調(diào)門的進(jìn)油管路增加了蓄能器，并對(duì)管束支撐進(jìn)行了加固的處理措施，并取得效果。在國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中，沒有從軟件優(yōu)化的角度來消除一次調(diào)頻引起EH油管振動(dòng)的文章。本文以某種135MW亞臨界機(jī)組為例，從DEH系統(tǒng)邏輯上分析了一次調(diào)頻功能在重疊度區(qū)容易引起閥門大幅晃動(dòng)，甚至引起EH油管振動(dòng)的原因，并提出優(yōu)化措施。經(jīng)過仿真試驗(yàn)證明此方案是可行的。作者認(rèn)為這種思路對(duì)目前所有參與一次調(diào)頻的汽輪機(jī)組具有一定的參考價(jià)值。

1 一次調(diào)頻原理

    一次調(diào)頻普遍采用CCS+DEH聯(lián)合調(diào)頻方式，根據(jù)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速不等率和額定轉(zhuǎn)速與實(shí)際轉(zhuǎn)速差，計(jì)算出負(fù)荷修正量（也稱“調(diào)頻量”），如表1所示。由DEH完成一次調(diào)頻的快速反應(yīng)，CCS閉環(huán)完成負(fù)荷修正量（稱之為二次調(diào)頻^[4] ）。在DEH邏輯中，調(diào)頻量直接疊加在給定值（REFDMD）上，如圖1所示，圖中函數(shù)F0（x）是負(fù)荷指令修正函數(shù)，如表2所示；F(x)是閥門流量特性曲線函數(shù)，GV1和GV2相同，GV3和GV4相同，如表3所示；常數(shù)0.744是最佳閥位系數(shù)；K是單閥系數(shù)，單閥控制時(shí)為1，順序閥時(shí)為0；G(x)是順序閥閥門管理函數(shù)，四個(gè)閥門各不相同，G1(x)=2.976x，G2(x)= 2.976x-100，G3(x)= 2.976x-200，G4(x)= 2.976x-300；Fg(x)為順序閥時(shí)的流量轉(zhuǎn)換函數(shù)，GV*SPO是閥門的開度指令。

                                表1   一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速-負(fù)荷修正量（轉(zhuǎn)速不等率=5%）

                                  圖1   DEH一次調(diào)頻原理圖

2 閥門大幅波動(dòng)原因分析

    文[4]中描述電網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷可以看作由以下3種具有不同變化規(guī)律的變動(dòng)負(fù)荷所組成，其中第1種是變化幅度較小，變化周期較短（一般為10s以內(nèi)）的隨機(jī)負(fù)荷分量。現(xiàn)實(shí)中，經(jīng)常有電網(wǎng)的頻差信號(hào)在±0.05Hz（對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速差為±3 r/min）頻繁變化，引起汽輪機(jī)閥門的大幅波動(dòng)。根據(jù)圖1，可以計(jì)算出REFDMD與閥門開度的數(shù)據(jù)關(guān)系，如表5所示，圖形化后如圖2所示。可以直觀看出，重疊度區(qū)間前個(gè)閥門開啟的斜率很大。例如，當(dāng)REFDMD=122時(shí)，轉(zhuǎn)速差在低過死區(qū)（±2r/min）1r/min時(shí)，一次調(diào)頻正好在GV3和GV4的重疊度范圍作用， GV3從80.7％開到93.9％，GV4從6.2％開到7.2％。可見GV3開度有13.2％變化。所以機(jī)組在此工況下一次調(diào)頻有效時(shí)，汽機(jī)閥門大幅快速晃動(dòng)會(huì)經(jīng)常發(fā)生，甚至?xí)?dǎo)致EH油管的振動(dòng)。

                                       圖2   順序閥方式時(shí)閥門管理曲線

3 處理措施

    從表5可以看出，GV3的閥點(diǎn)[5]是51.0%，GV3通流能力已到95％，可見GV3在與GV4的重疊度范圍內(nèi)，調(diào)頻能力已非常有限。綜合考慮汽輪機(jī)的安全和調(diào)頻性能，可以考慮在重疊度區(qū)減弱GV3調(diào)頻幅度，保持GV4調(diào)頻能力不變，優(yōu)化后原理圖如圖3所示。

                                      圖3   優(yōu)化后DEH一次調(diào)頻原理圖

    圖3中，K1為斜率修正系數(shù)，取K1＝0.1，lag為慣性環(huán)節(jié)，時(shí)間常數(shù)可取1～2秒，“119.6<REFDMD+調(diào)頻量<123.3”表示GV3和GV4在順序閥方式時(shí)的重疊度，作為GV3調(diào)頻優(yōu)化的切換開關(guān)，切換開關(guān)“Y”與“N”相互切換時(shí)的數(shù)據(jù)的變化速率可設(shè)為1%/s。根據(jù)邏輯可以計(jì)算出，當(dāng)REFDMD=122時(shí)，若頻差超出死區(qū)－1r/min時(shí)，GV3從80.7％僅開到82.0％，GV4仍舊從6.2％開到7.2％，完成一次調(diào)頻量。顯然，GV3波動(dòng)幅度大幅降低。

4 整體分析

    一次調(diào)頻是通過DEH和CCS聯(lián)合實(shí)現(xiàn)，DEH完成快速響應(yīng)部分，是有差開環(huán)調(diào)節(jié)，就是以上所介紹的；CCS實(shí)現(xiàn)無差閉環(huán)調(diào)節(jié)，保證一次調(diào)頻的持續(xù)性和精度，最終達(dá)到調(diào)頻量，聯(lián)合調(diào)頻原理如圖4所示。

                                         圖4   聯(lián)合調(diào)頻原理圖

    圖4中虛線左側(cè)為CCS中汽輪機(jī)控制邏輯，結(jié)合圖3可以看出，優(yōu)化后的邏輯，對(duì)CCS閉環(huán)調(diào)節(jié)沒有影響，發(fā)電機(jī)功率會(huì)穩(wěn)定在目標(biāo)功率與調(diào)頻量之和。CCS中汽輪機(jī)的控制指令REFDMD對(duì)調(diào)頻量一般具有6～15秒的慣性環(huán)節(jié)特性，此特性可以避免CCS的二次調(diào)頻和DEH的一次調(diào)頻的重疊而引起調(diào)頻量超調(diào)太多，也體現(xiàn)了CCS與DEH側(cè)一次調(diào)頻作用時(shí)序上的互補(bǔ)性[6]。取慣性時(shí)間8秒時(shí)，當(dāng)REFDMD=122時(shí)，頻差超出死區(qū)－1r/min波動(dòng)時(shí)，通過仿真可以得到圖5曲線，GV3波動(dòng)幅度大幅降低。

                                 1：GV3是優(yōu)化后調(diào)頻曲線     2：GV3是優(yōu)化前調(diào)頻曲線

                                         圖5   GV3閥門優(yōu)化前后的仿真曲線

    另外，在上述優(yōu)化邏輯中，只是抑制了重疊區(qū)晃動(dòng)大的閥門，當(dāng)然，也可以把因此減少的調(diào)頻量通過重疊區(qū)的另一個(gè)閥門用類似方法來補(bǔ)償，這樣DEH的邏輯就要作更大的變動(dòng)。對(duì)廣東電網(wǎng)來說，參與一次調(diào)頻的機(jī)組有一百多臺(tái)，每臺(tái)機(jī)組閥門的重疊度不超過行程的16％，優(yōu)化后電網(wǎng)總調(diào)頻性能損失是很小的，但大幅提高了機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

    通過優(yōu)化重疊度范圍一次調(diào)頻邏輯后，大大降低了閥門的晃動(dòng)幅度，提高了機(jī)組的安全運(yùn)行，同時(shí)也穩(wěn)定了電網(wǎng)的頻率。消除了電廠對(duì)全程一次調(diào)頻引起機(jī)組不穩(wěn)定的顧慮，可以減少甚至杜絕文[1][2]中為了機(jī)組安全而切除一次調(diào)頻或做假一次調(diào)頻投入信號(hào)的現(xiàn)象。對(duì)各種類型汽輪機(jī)組，無論是超（超）臨界還是亞臨界機(jī)組，在順序閥方式時(shí)，都可以借鑒以上的優(yōu)化策略。

    目前，廣東省內(nèi)參與一次調(diào)頻的汽輪機(jī)組，一次調(diào)頻的邏輯僅考慮了一次調(diào)頻能力，對(duì)機(jī)組的全程調(diào)頻和順序閥方式時(shí)的閥門大幅晃動(dòng)很少采用避免措施。作者希望此文能起拋磚引玉作用，共同研討出更好措施，消除一次調(diào)頻功能給機(jī)組帶來的安全隱患。

參考文獻(xiàn)

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