超超临界机组一次调频优化研究

摘 要：分析了目前超超临界机组一次调频和AGC在两个细则要求下存在的问题，提出了优化方向，将优化方案在新昌电厂两台机组上实施，试验和运行效果良好，一次调频和AGC水平得到了显著提升。

关键词：一次调频；AGC；高调门；流量特性；变负荷速率

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.197

0 引言

随着特高压入赣及风电、太阳能等新能源建设的迅猛发展，区域电网结构日趋复杂，对电网的安全和稳定运行的技术要求相应提升。风电、太阳能等新能源发电的可预测性相对不佳，且风电的高峰负荷大多出现在用电量的波谷处，同时新能源发电的可控性相对较差，一次调频贡献能力有限。如何在保证电网快速发展的同时，保证电网频率、电压等技术指标，成为一个重要的技术难题。

1 目前国内火电机组一次调频运行主要问题

在机组实际运行过程中，由于运行工况、现场设备等原因，机组一次调频功能往往受到较大影响，下面简单介绍了常见的一次调频存在问题。

1.1 一次调频响应时间过长

个别机组在一次调频试验时，负荷响应大于技术要求的3s开始动作，有的甚至长达 5-10s开始响应调频指令，这类机组一次调频的性能对电网调频一般起不到正常的补偿作用，反而可能引起反向补偿。

1.2 一次调频动作范围设置不合理

投入条件设置不恰当，一般上限应预留3%的额度，下限设置在稳燃负荷（50%额定负荷以下）。在限幅点附近要设置死区，避免在限幅点往往会引起机组负荷频繁晃动，影响机组安全运行。

1.3 一次调频与AGC的相互影响

在机组运行过程中，无论何种工况，为了保证大电网的频率稳定性，一次调频应优先动作。目前，机组投入AGC运行的越来越多，负荷指令变化比较快，一次调频动作时，如果负荷指令没有一次调频优先动作方案设计应用，则会出现负荷指令和一次调频指令正向叠加或反向削弱。正向叠加即一次调频指令增负荷时机组负荷指令恰好也是升负荷（或一次调频指令和机组负荷指令都是减负荷指令），这种情况，相当于增大了一次调频指令，机组负荷调整幅度也大。而出现反向削弱的情况则是一次调频指令与机组负荷指令相反，这样势必削弱机组一次调频性能。

1.4 机组运行方式

目前，很多机组采用节流配汽经济方式运行，调节阀大开度是造成一次调频能力低下的主要原因。调节阀大开度运行可以减少节流损失，提升经济性，但同时也会造成向上调节余量不足，一次调频能力会被严重削弱。有些电厂正常运行限制或完全闭锁了补汽阀的开启，这使得补汽阀的一次调频作用丧失，机组整体一次调频能力也被减弱。

1.5 机组高调门流量特性不线性

大部分机组运行时汽机采用顺序阀的阀位控制模式。处于功率调节状态的阀组，在开度20%-60%之间是线性行程，开度在此范围之外均为非线性行程。当系统发生频率扰动时，如果汽机处于阀门切换过程或阀位行程模拟不准确，都会影响机组一次调频效果。建议优化阀门流量特性曲线，特别是解决阀切换过程的流量线性问题，提高一次调频效果。

1.6 煤质和辅机设备影响

目前大部分机组在协调控制方式下运行，在一次调频动态调整过程中，锅炉主控会自动调整燃料完成蒸汽压力变化的补偿，而如果入炉煤质较差，锅炉的动态调整过程势必增长，影响机组稳定，尤其对于直流锅炉表现更明显。

2 一次调频优化方案及实施效果

2.1 高调门变压优化试验

当汽轮机采用滑压运行方式时，高调门开度不变，维持进汽面积不变，通过锅炉调节改变蒸汽压力来适应负荷的变化。从热经济的角度来说，滑压运行可以减少调门节流损失、提高高压缸的效率，减少给水泵耗功，但新蒸汽压力的降低也使得机组的理想循环热效率下降，因此只有当理想循环热效率的降低小于高压缸内效率的提高和给水泵动力消耗的减少（对于配备汽动给水泵的机组即为机组热耗率减少）时，采用滑压运行方式才能提高机组的热经济性。理论与大量实践证实，对于不同的负荷点必存在着一个最佳主蒸汽压力，使得机组的经济性最好（对应机组热耗率最低）。而且，根据汽轮机原理，超（超）临界机组低负荷滑压运行较亚临界机组更容易取得经济效益上的优势。

根据试验结果，确定#2机组在630MW以下负荷开始变压运行，以取得良好的经济效益。经变压试验优化后，在540MW～300MW工况下，修正后热耗率最大下降74.61kJ/（kW.h），平均下降55.63kJ/（kW.h），折算供电煤耗下降2.18g/（kW.h）；同时，在480MW～300MW工况下，因调门阀序的变更，寻优后的主蒸汽压力较混合阀下平均提高2.22MPa，相应提高了该负荷段下机组一次调频的响应能力。

2.2 高調门配汽函数优化

为了改进#2机组进汽流量的精确控制水平及机网协调能力，对DEH系统配汽函数进行了重新整定。

降负荷试验过程中，炉侧风水自动，炉侧燃烧维持初压初温不变（由初始负荷630MW燃煤量，预估结束负荷350MW燃煤量；根据降负荷允许速率3MW/min，每5分钟手动减燃煤若干吨或减负荷指令）；机侧为维持机前主汽压力，手动减小总阀位指令（手动输入，每次0.1%-0.2%），#1高调门及#3高调门依次关闭，待#2/#4高调门开度小于40%，停止试验。（最终最小负荷，视#2/#4高调门开度达到40%为定）。

#2机组在两阀点和三阀点处的调节阀重叠度过小且高调阀空行程步进幅度过大，存在调节阀异常大幅晃动的隐患（同类型某机组在东汽自控改造后，运行过程中已出现多次LVDT脱落现象）。同时，该机组高压调节阀有别于300MW等级机组，其预启阀全开行程达到调节阀总行程的20%左右，而东汽自控的整定值默认为11.236%。针对以上情形，根据现场实际情况，以全过程流量控制线性化和重叠度规范化为标准，对#2机组DEH系统配汽函数进行了重新整定，进一步提高汽轮机在顺序阀阀序方式下进汽流量精确控制水平。

2.3 一次调频动作量信号优化

由于机组一次调频实际动作量比较小，因此在系统计算时，小的偏差对计算结果影响也比较明显，提高一次调频的数据精度是提高机组一次调频合格率的有效途径之一。目前，江西省内电厂一次调频动作量采用转速信号，转速量程比较大，一般2950rpm-3050rpm或更大，精度比较低。调度考核采用的是频率信号，因此新昌两台机组利用等级检修机会，增加切换模块，由汽轮机转速信号（三取中）改为“同源”频率信号（二取平均），减少一次调频数据精度误差带来的影响。

2.4 “快动慢回”逻辑优化

为了提高一次调频的性能，确定了“快动慢回”一次调频的控制策略。“快动慢回”即一次调频动作后，通过一次调频函数F（x）改变一次调频前馈，改变的一次调频动作量在频差信号恢复过程中滞后恢复，直到一次调频过程结束。这样，保证了一次调频“快动”的性能，且在恢复过程中由于惯性作用，提供了更多的一次调频电量，减缓了调频装置的振荡。

3 结束语

随着电网用电结构和电源组成编号，电网的协调控制越来越复杂，一次调频和AGC已成为电网控制的基本和重要功能。本文针对新昌两台机组一次调频存在的问题分析，通过汽机高调门配汽函数的优化和变压优化，同时对调频信号逻辑优化，基本解决了新昌两台机组一次调频存在的问题，在满足电网两个细则考核要求的同时也获得了电网额外奖励，给机组带来了可观的经济效益。

参考文献：

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[2]王礼，刘国华，揭其良.超超临界燃煤机组AGC及一次调频优化[J].东北电力技术，2015（07）：1-4.

[3]赵秀峰.为满足两个细则考核下阀门曲线优化[J].华北电力技术，2012（05）：29-32.

作者简介：张志鹏（1985-），男，江西南昌人，研究生，工程师，研究方向：火电厂热工自动化。