李源
国电汉川发电有限公司 436100
摘要：随着电力和科技水平的快速发展，电网频率是一个频繁变化的参数，也是电网稳定运行的基础。在电网实际运行中，当电量消耗与电量供给不匹配时，即可引起电网频率出现变化较小、变动周期较短的微小分量，这种频率扰动主要靠汽轮发电机组本身的调节系统直接自动调整汽轮机调门完成电网负荷补偿，修正电网频率的波动，这个过程即为发电机组的一次调频。各区域电网对本区域内的并网机组一次调频功能投入有着严格的要求。近年来电网加大了对一次调频的考核力度，因电网容量较小，新能源电源占比不断增加，波动较为频繁，省内火电机组都面临较大的一次调频考核压力，提升一次调频合格率迫在眉睫。
关键词：一次调频；火电机组；控制策略
引言
近年来，国家电网容量逐步增大，电网结构日愈复杂，用户用电结构趋于多样。电网频率成为评价供电安全和电能品质的核心指标，电网的稳定运行取决于发电量与用电量之间的能量平衡。电厂在一次调频试验中出现明显的反调现象，机组实际转速不等率不符合国标要求。日常运行以积分电量为依据的考核中，该机组积分电量满足要求。通过对比试验，发现引起机组一次调频反调的原因是协调侧调压回路引起机组反调。对比协调侧不同调压函数对一次调频的影响，修改机组调压函数，修改后满足机组正常运行及一次调频国标要求。
1现状分析
机组锅炉为哈尔滨锅炉厂生产，亚临界自然循环汽包炉，采用循环流化床燃烧技术。汽机为北重汽轮机有限责任公司生产，亚临界、一次中间再热、三缸、双排汽、单轴、冲动、凝汽式。发电机也是北重汽轮机有限责任公司生产氢冷机组。分散控制系统（DCS）采用上海自动化仪表公司的MAXDNA系统。其功能包括数据采集系统（DAS），模拟量控制系统（MCS），锅炉炉膛安全监控系统（FSSS），顺序控制系统（SCS），汽轮机数字电液控制系统（DEH），电气监控系统（ECS）。DEH由汽机厂成套供货采用与DCS相同的硬件和软件，DEH是分散控制系统（DCS）的子功能系统，机组控制系统“一体化”，该系统配置两对DPU，液压部分为东汽厂生产高压抗燃油系统。由于一次调频动作合格率低被电网考核，并要求对一次调频调节性能进行优化。
2一次调频的完善方案及应用
2.1一次调频前馈阀位修正系数策略
即阀门流量特性线性度和重叠度的问题。在采用顺序阀控制的机组中，相同的一次调频前馈量在汽机阀位落在线性区与非线性区的负荷响应是完全不同的，最好的办法是将阀门流量特性整定得线性，但阀门流量特性的整定需汽机厂或电科院汽机专业的人员通过现场实验进行，且通常需要考虑汽轮机热效率，因而比较复杂且需在经济性间作权衡。针对这个情况，为避免对阀门流量特性函数作大量修改，制定一次调频前馈修正系数策略，根据历史数据，在不同阀位下，对一次调频前馈做一个系数修正。
2.2主汽压力设定值系统
主汽压力设定值系统，在滑压方式下，根据机组负荷指令折算生成锅炉主汽压力参考值；叠加上运行人员偏置，生成主汽压力目标设定值；然后经过速率限制，形成锅炉主汽压力设定值。锅炉主汽压力设定值，经过三阶惯性的时延处理，作为最终进入锅炉主控PID的压力设定值，该值是最终衡量主汽压力偏差指标的设定参考值。
由于制粉、燃烧、火焰中心位置、扰动等多方面的可能原因，机组运行期间，会出现主汽压力以较大偏差偏离设定值的现象，在升负荷过程中出现此情况时，须适度减缓主汽压力设定值的升降速度，靠锅炉前馈的控制结果来减小主汽压力偏差，减小锅炉PID调节器的衰减率调节作用，从而提高主汽压力运行的稳定性。机组在较低负荷和较高负荷段范围内运行时，须防止压力设定值变化大，造成主汽压力扰动大而超压，但在中间负荷工作区内，则应适度加快压力设定值的变化，防止或减缓主汽压力变化过慢，导致升负荷时主汽压力上升慢而DEH高调门全开，或降负荷时主汽压力下降慢而主汽开度过小的情况出现（备用措施）。对主汽压力设定值的处理，即可完成对以上两方面看似存在矛盾的问题的针对性处理，但在一定程度上两问题的处理是相互矛盾的，控制参数优化时，需要相互兼顾以进行相应的平衡取舍处理。从锅炉升降负荷的动态特性详细分析，在升降负荷中，由于锅炉制粉燃烧过程的滞后，调节主汽压力的前馈控制分量，其作用需一分钟以上才能在锅炉主汽压力上充分体现出来。但快速AGC升降负荷过程中，从负荷折算来的主汽压力目标值也随之快速变化，如不对其进行延时处理，随负荷指令快速变化的压力设定值会直接调节锅炉主控PID，设定值和过程量之间比较大的偏差，会造成由于锅炉主控PID衰减率调节作用而致的锅炉主控升降波动，引起锅炉水、煤、风等锅炉子系统主指令的波动，将最终导致锅炉各主辅参数稳定性的下降。
2.3调压函数的优化
一次调频协调侧的优化主要针对消除主汽压力偏差对一次调频反调。同时需要考虑正常运行状态下压力偏差对机组安全造成的影响，机组加减负荷过程中应能保证压力偏差在允许范围内。一次调频动作时，切换至一次调频动作后调压函数。一次调频动作后调压函数将调压死区修改为0.8，并改变调压函数的斜率，满足一次调频动作要求。但该优化方案在大频差及持续时间长的运行工况下，也会出现反调的情况。
2.4频率信号采集方式优化
电网侧考核并网机组的一次调频响应能力是根据机组PMU（同步相量测量单元）装置中测量的信号经计算得到的，而华能南通电厂机组原频率信号来自于频率变送器的测量值，有些机组则采用汽机转速卡测量的转速信号作为了频率信号，这些信号均可能与电网实际频率存在偏差。实际证明，这种信号不同源误差容易导致发电机组一次调频各项指标偏离标准值较大，特别是会出现小频差不响应的现象。为了解决这一问题，南通电厂对机组PMU装置进行同源改造，有针对性地安装了一套频率同源装置。将PMU装置上的频率和功率信号引入DEH，一方面频率信号作为一次调频动作指令的计算，另一方面功率信号作为实时负荷的反馈，解决了频率采集的可靠性和负荷传输的一致性，真正实现机组调频与电网需求的同步响应。
2.5一次调频前馈定向闭锁定时复位策略
一次调频前馈定向闭锁定时复位策略，其原理是通过闭锁调频动作反向指令，延长阀门的正向动作时间来增加贡献电量，与上述策略相比，一次调频前馈定向闭锁定时复位策略的有以下几个优点：在频率越出死区后，在限定时间内只选取对调频动作有利的指令前馈作为输出，即高频选小低频选大，避免了调门往复波动，保护设备安全，延长执行机构寿命，并有效增加贡献电量；不需要减小调频死区、延迟结束调频动作或对调频动作速率做改动，以免对AGC调节造成较大影响；根据设定的时间定时对选择后的指令进行一次复位，可根据机组运行实际情况和当地电网要求进行在线调节，在一次调频合格率与AGC速率间寻求平衡点。也大大减缓了调门的动作频次，保护了设备安全，延长了执行机构寿命。
结语
一次调频反调的原因是机组协调侧调压回路设置不合理，引起机组反调。对比几种调压回路设置，选择对电网考核有利的调压函数。应用后，机组满足电网积分电量的要求，且机组调频稳定性满足国标要求。
参考文献
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［2］李宁纲，董建朋.基于网源协调火电机组一次调频的闭环控制系统设计［J］.河南科技，2019（19）:52-54.