火电厂300MW 机组一次调频系统设计与应用

陈赛男

（江苏基久网络科技有限公司南京分公司，江苏 南京210000）

机组的一次调频系统可以对并网后的速度进行有效控制,如果一次调频系统功能与相关要求出现偏差,将无法及时处理电网运行故障,对电网和机组的安全性产生直接影响,严重甚至会引发多种事故。因此,电网对机组的一次调频要求也更加严格。为了保证电网运行的稳定性,从根本提升电能质量和调频水平,必须彻底消除频率波动。这就要求机组一次调频系统,需要迅速适应不同的环境变化,拥有更强的稳定性。

1 一次调频的概念及重要性

通过对汽轮机速度进行调整,可以充分结合外界负荷变化,保证电网处于稳定频率运行, 就是一次调频系统的设计目的和基本概念。一次调频可以使电网频率波动逐渐减少,提升电网的可靠性,满足现实需要。

随着机组电调系统应用范围的不断延伸与广泛应用,液压调速系统经过改造,变成电调系统机组。由于一次调频运行方式对电网具有十分重要的促进作用, 发电机组处于自身使用性能的影响,在汽轮机调速系统发生变化后,不需要再投入一次调频,这样电网系统主要由二次调频来完成。当电网发电负荷需要与供电负荷保持平衡性,会使电网稳定性受到影响。因此,在该种情况下,电网系统一次调频已经成为提升电网稳定性的关键手段,发电机组一次调频系统通过一次调频功能,满足电网对于稳定性的要求。

2 一次调频系统概述

某火电厂300MW供热发电机组,其机组控制为单元制,采用多种方式相结合的方式进行控制。该机组主要以DCS和DEH 系统为主要的控制系统。在进行设计时,需要对机组的运行状态和负荷变化有全面的了解,灵活进行设计,合理进行应用,才能保证设计的合理性,为机组平稳运行提供充足的保证,满足机组运行的多种需要。

3 系统设计情况

3.1 DCS频率校正回路

在对机组调频系统进行设计时,需要对DCS 与DEH 之间的配合进行充分的分析和考虑, 同时需要充分利用DSC的一次调频对控制系统进行矫正,否则DCS将无法发挥调频作用。如果机组一次调频功能可以顺利使用,而DCS 中一次调频属于切除状态,将会对机组的一次调频功能发挥产生直接的影响。

3.2 频差函数的设置

转速不等率会对功率回路变化产生直接的影响,当功率目标值逐渐减小时,功率回路参考值会逐渐增加。根据一次调频系统运行的相关要求, 转速死区具有明确的参考值,DEC设计需要在汽轮机调速气门指令中叠加频率信号,如果以CCS 方式投入,调频负荷会被限制。以火电厂的相关参数为依据,在保持额定电压的基础上,对调门开度进行调整,使其可以逐渐增加到百分之八十以上,机组负荷从初始参数增加到300MW,因此,DEH 函数曲线会形成清晰的折线,作为函数曲线计算的主要参数。

3.3 一次调频逻辑设计

通过DEH 系统可以实现一次调频的所有功能, 在汽轮机调速汽门指令处与频差信号进行融合, 同时需要在校正回路中投入DCS,使机组工作状态无论怎样变化,采用任何一种方式,都可以实现一次调频的功能。在保证一次调频系统可以快速响应的基础上,保持调频的连续性。该系统的一次调频功能不能随意更改,需要确保一次调频系统始终都处于投入状态。经过科学的试验后得知,通过此方式的设计,调频响应基本不存在滞后性,响应非常及时、快速,对频率变化最为敏感。在DEH 设计中,一次调频系统的阀控方式和频率都需要具有共同的功能。阀控方式会通过叠加阀差函数完整进行输出,实现一次调频;在投入功率回路时,频率偏差需要及时进行转换,以功率偏差进行展示,与目标负荷相重合,当电网频率出现偏差时,调门会自动调整开度,使目标负荷发生变化,在协调作用下保证一次调频系统的实时性。从以上的分析可以看出,DCS和DEH都可以对功率回路进行控制,两种方式都具有调频作用,与一次调频运行管理相关规定完全符合, 在保证机组处于全程负荷的状态下,实现一次调频功能。

3.4 负荷变化幅度

机组的一次调频功能可以对系统速度进行调整,在限制机组一次调频负荷变化的情况下,需要对机组有清晰的了解,为机组安全运行提供保证。机组在运行过程中出现的负荷变化,是衡量机组稳定性的主要因素。

4 火电厂300MW 机组一次调频系统实际应用

4.1 DEH 测一次调频

DEH 侧一次调频,与频差相对应的负荷经过限制会与定值相结合,经功率回路等多个不同的程序调整后,可以作为机组一次调频的开度指令,直接控制和调节阀的开度,使机组负荷可以快速恢复正常。DEH 一次调频具有反应快的主要特征,缺点主要体现在调节品质方面,调节品质很难得到保证,对机组平稳运行产生不利影响。如果DEH 功率回路和调节级压力回路存在问题, 则以此调频对比例进行调节即可,调节结果会受到运行参数的影响,因此实际负荷变化与调频负荷之间会出现不统一的问题。

4.2 CCS侧一次调频

在CCS处于自动化状态的情况下, 可以开展CCS一次调频,当调频负荷处于稳定情况时,由专业人员叠加目标负荷,作为机组负荷给定值设置的依据。汽轮机主控制器通过发出一系列的制定对汽轮机负荷进行控制, 通过锅炉主控制器对燃料和风量进行控制,以保证主气压参数的稳定性。与DEH 具有明显的不同,CCS以此调频负荷及计算,主要以机组目标负荷为基础,而DEH 以此调频负荷计算,需要以实际负荷为准。CCS一次调频最为显著的优点就是可以保持机组长时间的稳定性,缺点就是响应的时间比较长,不能快速了解电网频率变化。

4.3 控制策略的优化

虽然机组在CCS和DEH 都进行了科学的设计, 但是只是从设备方面进行考虑, 并没有将机组整体运行安全作为考虑的主要因素,同时以往的控制策略需要结合机组运行情况,采取不同的方式进行控制,设计缺乏准确性,无法为机组稳定性提升产生促进作用。因此,需要对以往的控制策略进行改进和优化。

为了保证机组在运行过程中,一次调频产生的负荷变化可以控制在合理的范围内。当机组处于低负荷运行时,系统效率会逐渐升高,机组按照一次调频要求迅速发生响应,机组燃烧率需要高于最低负荷,以保证机组出现不稳定时不会影响系统性能的发挥。因此,机组在不同负荷状态进行运行时,所使用的控制模式必须具有修正作用, 如此可以为机组响应一次调频负荷要求提供稳定的基础,使机组可以在安全、稳定的环境中持续运行。在进行CCS侧一次调频回路优化时,需要对不同时间的参数进行调整,使参数可以保持在十五。根据不同阀的类型,对DEH 侧调频进行幅度修正,以优化系统设计。

5 结论

综上所述,采用DEH 进行一次系统设计,可以使机组在投入后拥有更多的功能,并且机组一次调频功能可以迅速适应不同环境的变化,即使出现频率死区,依然可以具有良好的调频效果。一次调频系统与投入方式具有直接的关系, 按照负荷调整时间和动态偏差,进行排序后发现,大型机组的一次调频系统不仅需要保证机组的稳定性,同时需要为电网运行提供技术方面的支持,科学、合理的设计,可以使机组运行可靠性得到显著的提升,需要设计人员更加重视。