引言

電網(wǎng)對并網(wǎng)機組一次調頻考核指標的計算和判定是基于電廠PMU裝置上傳的頻率信號和功率信號進行的,但發(fā)生一次調頻時,電網(wǎng)頻率會優(yōu)先于調節(jié)指令的變化,此時要求汽機調門快速動作,及時響應電網(wǎng)需求,所以信號源的準確性和汽輪機閥門動作的快速性是關鍵。而汽輪機轉速差作為一次調頻的源信號,存在精度低、測量滯后等問題,嚴重影響一次調頻的快速和準確動作,并且會增加一次調頻不必要的動作次數(shù),無法保證一次調頻性能指標滿足要求?；诖?本文對一次調頻性能指標展開深入研究并提出解決方案,具有很高的應用價值。

1火力發(fā)電機組一次調頻原理

1.1一次調頻函數(shù)

一次調頻采用開環(huán)控制,一次調頻函數(shù)發(fā)生器作為基礎控制器,其原理圖如圖1所示。

在圖1中,±Af2之間為死區(qū),范圍[-0.033Hz,0.033Hz],在死區(qū)內,一次調頻不動作。

當頻率偏差超出死區(qū)后,一次調頻根據(jù)一次調頻函數(shù)發(fā)生器指令動作,當調節(jié)功率達到最大值±APmax時,一次調頻不再繼續(xù)動作。其中,±APmax與火力發(fā)電機組容量有關。

1.2一次調頻重要參數(shù)

(1)一次調頻死區(qū)范圍為[-0.033Hz,0.033Hz]或[-2r/min,2r/min]。

(2)一次調頻轉速不等率為4.5~5,其越小調節(jié)性能越好。

(3)一次調頻功率最大值±APmax與機組容量有關,具體如表1所示。

(4)每轉轉差對應功率=PN/150。最大轉速偏差=±(APmax/每轉轉差對應功率＋2),具體如表2所示。

1.3一次調頻機組動作邏輯

(1)為快速響應電網(wǎng)頻率的變化,一次調頻需要快速準確動作。在汽輪機側DEH中,檢測到頻率差或轉速差超出死區(qū)后,一次調頻函數(shù)發(fā)生器發(fā)出功率指令,經過限幅后直接疊加在閥門流量指令上,直接驅動高壓調節(jié)門,減少運算時間,進而實現(xiàn)快速動作。具體邏輯如圖2所示。

(2)為防止汽輪機側DEH動作之后,CCs側功率指令和實際功率出現(xiàn)偏差進行反向調節(jié),影響一次調頻性能指標,在CCs投入的情況下,將一次調頻動作功率限幅后疊加到CCs負荷指令。一是防止CCs反向調節(jié)功率:二是通過鍋爐主控調節(jié)主汽壓力,使鍋爐側能夠響應汽機側由于一次調頻帶來的主汽壓力變化,達到快速穩(wěn)定的效果。具體邏輯如圖3所示。

2一次調頻優(yōu)化方法

2.1信號源測量裝置

對PMU裝置、電網(wǎng)一次調頻考核數(shù)據(jù)和發(fā)電廠一次調頻動作數(shù)據(jù)進行比較,具體數(shù)據(jù)如表3所示。

通過對數(shù)據(jù)的比較,發(fā)現(xiàn)PMU測量的頻率出死區(qū)與電網(wǎng)考核數(shù)據(jù)的起始時間一致,而轉速偏差出死區(qū)平均有6.25s延遲,必然會影響一次調頻前15s出力響應指數(shù)。為保證信號源的準確性,將轉速偏差更換為頻率偏差。頻率測量裝置與PMU裝置的取源點必須相同,測量精度<士0.002Hz,要求輸出三路模擬量頻率信號和一路數(shù)字量頻率超限信號,分別送至DEH和CCs側,用于一次調頻動作的信號源。

2.2一次調頻邏輯優(yōu)化

(1)增加一次調頻動作前饋,提高一次調頻前15s和前30s出力響應指數(shù)。在小頻率差擾動下,一次調頻函數(shù)轉換出的功率指令幅度小、不穩(wěn)定,由于功率指令和閥門指令的運算、高壓調節(jié)門伺服動作以及油動機和閥門的機械特性,機組實發(fā)功率變化小,無法滿足一次調頻前15s和前30s的出力響應指數(shù)。通過分析頻率測量裝置越限信號,發(fā)現(xiàn)對其進行信號處理后,能夠準確判斷出一次調頻是否應該動作。在一次調頻動作時,增加前饋分量疊加到閥門流量指令中,能夠快速響應一次調頻動作,提高一次調頻前15s和前30s的出力響應指數(shù)。具體邏輯如圖4所示。

(2)增加快動緩回功能,提高一次調頻電量貢獻率指數(shù)。由于頻率信號不穩(wěn)定,頻率差變化幅度大,無法維持最大頻率差對應負荷功率。通過限制頻率差變化的速度,增加最大頻率差的維持時間[3]。具體為:頻率差為正偏差且大于0.033Hz時,限制其下降速率:頻率差為負偏差且小于-0.033Hz時,限制其上升速率。具體邏輯(以新華DEH為例)如圖5所示。

3應用效果

以山西某電廠300Mw亞臨界機組一次調頻為例,未采用本文方法進行優(yōu)化前,電網(wǎng)8月性能考核數(shù)據(jù)如表4所示。

通過更換頻率測量裝置、增加一次調頻前饋和快動緩回功能,機組一次調頻性能指標有了質的提升,電網(wǎng)9月考核數(shù)據(jù)如表5所示。

通過對優(yōu)化前后數(shù)據(jù)的對比發(fā)現(xiàn),一次調頻性能指標合格率,前15s和前30s響應指數(shù)合格率達到90%,較優(yōu)化前提升70%:電量貢獻指標合格率達到70%,較優(yōu)化前提升60%,能夠很好地滿足華北電網(wǎng)一次調頻性能要求。

4結語

針對火力發(fā)電機組存在一次調頻性能指標合格率低的問題,采取了更換頻率測量裝置、增加一次調頻前饋和快動緩回邏輯等措施。優(yōu)化后,一次調頻三個性能指標均有明顯提升,達到了電網(wǎng)的要求,并且大幅減少了一次調頻性能考核,實現(xiàn)了火力發(fā)電機組一次調頻優(yōu)化的效果。