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　　摘要：
　　
　　電網(wǎng)頻率作為zui重要的電能質(zhì)量指標(biāo)之一，是電網(wǎng)穩(wěn)定的基礎(chǔ)。隨著發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量的不斷增大，并網(wǎng)機(jī)組的故障跳閘對(duì)電網(wǎng)頻率的沖擊也越來越大。因此，大容量發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻性能的好壞對(duì)維持電網(wǎng)頻率穩(wěn)定有著重要意義。為此，南方電監(jiān)局頒布了《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》和《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》，對(duì)并網(wǎng)機(jī)組一次調(diào)頻性能作了具體的技術(shù)要求，廣東省電力調(diào)度中心文件《廣東電力系統(tǒng)一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定》也明確了對(duì)一次調(diào)頻質(zhì)量的考核方法。2009年7月9日14:23和10日13:03兩次江城直流單極跳閘，廣東電網(wǎng)系統(tǒng)頻率降幅約為0.15Hz，廣東電網(wǎng)內(nèi)各機(jī)組的一次調(diào)頻動(dòng)作清況不理想，沒有一臺(tái)機(jī)組滿足要求。因此，有必要對(duì)600MW主力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻試驗(yàn)及性能優(yōu)化研究。
　　
　　一、原一次調(diào)頻控制方案的分析
　　
　　汕尾電廠現(xiàn)有兩臺(tái)600MW超臨界直流機(jī)組，三大主機(jī)設(shè)備均由東方電氣集團(tuán)股份有限公司三大動(dòng)力設(shè)備廠提供。DCS系統(tǒng)采用了艾默生過程管理有限公司的OVATION分散控制系統(tǒng)，整套系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）、模擬量控制系統(tǒng)（MCS）（含旁路控制系統(tǒng)）、順序控制系統(tǒng)（SCS）、鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）、電氣控制系統(tǒng)（ECS）等各項(xiàng)控制功能，是一套完成全套機(jī)組各項(xiàng)控制功能的完善的控制系統(tǒng)。DEH為東方汽輪機(jī)廠在引進(jìn)和廣泛吸收國(guó)、內(nèi)外*技術(shù)的基礎(chǔ)上，生產(chǎn)出的新一代與汽輪機(jī)配套的660MW等級(jí)全電調(diào)型DEH控制系統(tǒng)。在CCS控制方式下，機(jī)組一次調(diào)頻功能由CCS及DEH系統(tǒng)共同完成，既保證了一次調(diào)頻的速度，又保證了機(jī)組參與一次調(diào)頻的持續(xù)性。
　　
　　1.1DEH側(cè)一次調(diào)頻回路
　　
　　將汽機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較，計(jì)算轉(zhuǎn)速偏差，通過函數(shù)轉(zhuǎn)換為閥位修正量，疊加在汽機(jī)閥位指令回路中，直接控制汽機(jī)調(diào)門動(dòng)作輸出。函數(shù)設(shè)置了2r/min的調(diào)頻死區(qū)，即當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速小于2998r角lin時(shí)，閥位修正量為正，汽機(jī)閥位指令增大，汽機(jī)進(jìn)汽量增大，負(fù)荷增加；當(dāng)汽機(jī)轉(zhuǎn)速大于3002r/min時(shí)，閥位修正量為負(fù)，汽機(jī)閥位指令減小，汽機(jī)進(jìn)汽量減小，負(fù)荷減小。一次調(diào)頻的閥位修正量zui大為±5.16％。因此，DEH側(cè)一次調(diào)頻回路為開環(huán)控制，當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，可以迅速地改變高壓調(diào)門的開度，機(jī)組功率也隨之迅速改變，因此一次調(diào)頻響應(yīng)速度非?？?。　　
　　1.2CCS側(cè)一次調(diào)頻回路
　　
　　CCS側(cè)一次調(diào)頻回路為閉環(huán)控制，機(jī)組轉(zhuǎn)速差信號(hào)轉(zhuǎn)換為負(fù)荷修正量，分別送至鍋爐主控和汽機(jī)主控調(diào)節(jié)回路。鍋爐主控中，負(fù)荷修正量作為鍋爐主控的前饋信號(hào)，迅速改變?nèi)霠t煤量，彌補(bǔ)鍋爐調(diào)節(jié)的滯后性；汽機(jī)主控中，一方面負(fù)荷修正量作為汽機(jī)主控的前饋量，另一方面負(fù)荷修正量疊加在負(fù)荷設(shè)定值回路中進(jìn)入汽機(jī)主控的PID調(diào)節(jié)回路。CCS側(cè)的一次調(diào)頻回路保證了一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)鍋爐、汽機(jī)各控制子系統(tǒng)協(xié)調(diào)動(dòng)作，共同處理由于機(jī)組頻率、負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)各主要參數(shù)的影響。　　
　　二、存在問題及原因分析
　　
　　在一次調(diào)頻投運(yùn)過程中，主要暴露出機(jī)前壓力波動(dòng)過大、低負(fù)荷時(shí)調(diào)頻電量不足等問題。一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)速差對(duì)應(yīng)的汽機(jī)閥位修正量直接疊加在汽機(jī)閥位指令回路中，汽機(jī)高壓調(diào)門迅速動(dòng)作，以滿足機(jī)組對(duì)一次調(diào)頻響應(yīng)及時(shí)性的要求。但是由于直流鍋爐的蓄熱面較小，鍋爐的調(diào)節(jié)作用比較滯后，汽機(jī)調(diào)門的突然動(dòng)作會(huì)引起機(jī)前壓力的大范圍波動(dòng)，進(jìn)而引起主汽溫度、給水等主要參數(shù)波動(dòng)，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
　　
　　此外，由于DEH側(cè)一次調(diào)頻為開環(huán)控制，機(jī)組轉(zhuǎn)速差、閥位修正量、負(fù)荷修正量的線性關(guān)系是建立在主汽壓力不變的基礎(chǔ)上的。汕尾電廠兩臺(tái)機(jī)組主汽壓力均為定一滑一定運(yùn)行方式，機(jī)組在30％負(fù)荷至90％負(fù)荷區(qū)間內(nèi)為滑壓運(yùn)行，即當(dāng)機(jī)組負(fù)荷降低時(shí)，主汽壓力隨之降低，相同的閥位修正量對(duì)應(yīng)的負(fù)荷變化量必然減小，這就必然會(huì)導(dǎo)致在低負(fù)荷時(shí)一次調(diào)頻性能達(dá)不到要求。且負(fù)荷越低，一次調(diào)頻性能越差。
　　
　　三、控制策略優(yōu)化方案及試驗(yàn)
　　
　　為了保證主汽壓力的穩(wěn)定，在汽機(jī)主控的負(fù)荷設(shè)定值回路中設(shè)計(jì)了壓力補(bǔ)償回路，同時(shí)，為了防止壓力補(bǔ)償回路影響機(jī)組一次調(diào)頻的能力，在該邏輯中增加了壓力補(bǔ)償回路的作用死區(qū)。如圖3所示，當(dāng)一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)，如主汽壓力偏離當(dāng)前負(fù)荷下的額定壓力較大，壓力補(bǔ)償回路動(dòng)作，輸出至汽機(jī)主控調(diào)節(jié)回路，汽機(jī)主控與鍋爐主控協(xié)調(diào)動(dòng)作維持主汽壓力的穩(wěn)定；如主汽壓力與當(dāng)前負(fù)荷下的額定壓力偏差不大，則壓力補(bǔ)償回路不起作用，以保證機(jī)組功率快速、持續(xù)響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化。　　
　　由于機(jī)組在30％負(fù)荷至90％負(fù)荷區(qū)間內(nèi)為滑壓運(yùn)行，即負(fù)荷越低，主汽壓力越低，為了提高較低負(fù)荷時(shí)機(jī)組的一次調(diào)頻性能，在DEH側(cè)加入了閥位校正量的主汽壓力修正回路。如圖4所示，當(dāng)負(fù)荷較低時(shí)，主汽壓力較低，經(jīng)過計(jì)算后的主汽壓力修正輸出較大，負(fù)荷較高時(shí)，主汽壓力較高，經(jīng)過計(jì)算后的主汽壓力修正輸出較小。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，根據(jù)對(duì)不同負(fù)荷情況下的一次調(diào)頻動(dòng)作試驗(yàn)確定f（x）函數(shù)，使不同工況下的一次調(diào)頻閥位修正值與調(diào)頻電量相匹配，以達(dá)到機(jī)組安全性與調(diào)頻性能的均衡性，從而滿足不同負(fù)荷工況下調(diào)頻電量均能夠達(dá)到要求。　　
　　2009年9月，分別對(duì)汕尾電廠1、2號(hào)機(jī)組優(yōu)化后的一次調(diào)頻性能進(jìn)行了測(cè)試。在CCS側(cè)與DEH側(cè)一次調(diào)頻均投入時(shí)，人工強(qiáng)制轉(zhuǎn)速差信號(hào)模擬一次調(diào)頻動(dòng)作，測(cè)試了在不同轉(zhuǎn)速差、不同負(fù)荷情況下的一次調(diào)頻動(dòng)作情況。圖5是1號(hào)機(jī)組負(fù)荷400Mw，轉(zhuǎn)速差0→4→0→4→0rpm的機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作曲線，圖6是2號(hào)機(jī)組負(fù)荷570MW，轉(zhuǎn)速差0→8→0→8→Orpm時(shí)機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作曲線。表1是一次調(diào)頻性能測(cè)試參數(shù)記錄。　　
　　根據(jù)《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》及《廣東電力系統(tǒng)一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定》的要求，一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于等于3秒，在電網(wǎng)頻率超過機(jī)組一次調(diào)頻時(shí)開始的45秒內(nèi)，機(jī)組出力實(shí)際調(diào)節(jié)量應(yīng)大于理論調(diào)節(jié)量的70％以上，一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間應(yīng)小于60秒，一次調(diào)頻質(zhì)量T≥60％。由表1可以看出，在一次調(diào)頻控制方案優(yōu)化后，汕尾電廠兩臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻性能均能夠滿足上述技術(shù)指標(biāo)要求，調(diào)頻過程中機(jī)組主要參數(shù)波動(dòng)范圍較小，滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求。
　　
　　四、結(jié)語(yǔ)
　　
　　通過對(duì)汕尾電廠600Mw超臨界直流機(jī)組一次調(diào)頻控制方案的分析及優(yōu)化試驗(yàn)，有效解決了機(jī)前壓力擾動(dòng)過大、低負(fù)荷時(shí)調(diào)頻量不足的問題。2009年國(guó)慶保電中受到廣東電網(wǎng)的高度評(píng)價(jià)，對(duì)國(guó)內(nèi)600Mw及以上超臨界直流機(jī)組一次調(diào)頻性能優(yōu)化具有一定的借鑒作用。