火电机组一次调频控制系统升级改造实践

摘要：火电机组一次调频是电网频率稳定的有力和优质支撑，因此调度对机组一次调频的作用极其重视。但火电机组的一次调频控制存在频率测量不精确，控制受机组不同负荷工况影响大等问题。本文通过在控制的测量与策略进行技术改造，达到了较理想的一次调频控制品质，可对一次调频优化提供较好的参考作用。

关键词：火电机组一次调频;控制品质;技术改造;频率测量;控制优化

1 概述

某电厂2台300MW机组在投入一次调频控制后，在云南调度控制中心辅助服务考核[1][2]中是处于被考核最严重的厂之一，经对机组的一次调频控制系统问题进行分析，主要存在如下问题：

（1）一次调频的调频指令形成信号-机组频率采用汽机转速信号的精度问题。DEH三选信号[3]的测量精度目前仅为1转/分钟，在低转速偏差时形成的一次调频动作量误差很大，如：除去2转/分钟频率偏差死区后，若汽机转速为3003转/分钟时，5%调差系数时的调频功率指令为-2MW，实际计算调频功率指令因测量误差可能为0，显然不合格;若汽机转速为3004转/分钟时，5%调差系数时的调频功率指令为-4MW，实际计算调频功率指令因测量误差可能为-2MW，加之负荷调节有响应时间，也很难达到要求的50%调频电量。低于额定转速的一次调频也类似。

（2）一次调频在不同的工况时，机组主汽压力对负荷闭环调节的响应影响很大，导致为满足额定压力的负荷控制不超调、振荡，在低压力时的负荷自动控制较慢，影响了一次调频的考核指标。

（3）在锅炉侧的主要自动未投入、投好时，主汽压力控制不佳，在机组一次调频负荷响应时，因压力朝相反方向变化，抵消了机组负荷控制的快速响应能力，导致一次调频的调节指标变差。

（4）机组的DEH汽机调门为进一步提高机组的经济性进行了开度的优化，致响应机组开度流量线性化变差，负荷响应变慢。

2 解决方案

（1）针对问题1。选用升级版的DEH转速卡件更换老的转速卡，使转速测量进入DCS系统后达到0.001转/分钟的计算精度，大幅提高调频功率指令精度，满足规定与实际要求。若采用机组频率变送器，现在市面上的频率变送器精度最高为0.2%量程，量程一般在45-55Hz，计算出的频率精度为0.02Hz即1.2转/分钟，计算的一次调频功率指令误差仍然很大，不能满足一次调频指令精度要求。

（2）针对问题2。采用机组主汽压力自适应[4]的负荷控制方法，补偿主汽压力变化对负荷控制的影响，保证一次调频控制品质在不同压力工况下的一致性。

（3）针对问题3。采用快速自适应燃煤热值的协调控制策略[5]及磨煤机模拟风量自动控制方法[6]，解决目前机组因磨煤机风量测量不准，导致的磨风量自动不能投入影响燃料调节中燃烧滞后加大，影响协调控制的调节品质;采用软测量的快速燃煤热值协调控制新技术，极大解决了各种煤参烧的燃煤热值变化大及因磨煤系统堵煤引起的给煤控制变化大的扰动，相关技术已经成功应用在多个电厂。

（4）针对问题4。恢复168小时试运的汽机调门曲线线性修正函数，以提高机组调门的负荷响应快速性与线性化。

3 改造实施内容

3.1转速卡的更换与测试

针对1号机组，升级转速卡及配套的机架与连接件，并配置了DEH组态软件，进行了相关的转速精度测试和OPC、超速保护等测试，测试表明转速计算精度为0.001RPM，实际测量误差为0.150RPM，精度满足一次调频控制的需要。

3.2 控制逻辑修改

3.2.1 主汽压力自适应机组功率调节的改进

进行了机组功率调节的的主汽压力自适应的技术改进。通过改进，可使机组功率闭环PID调节在不同的主汽压力下，保持机组负荷调节品质的一致性和高品质，使机组的一次调频的快速响应能力在影响最大的主汽压力参数变化后仍然得到保证。

3.2.2 快速自适应燃煤热值的协调控制策略的改进

进行了锅炉燃料调节的快速燃煤热值自适应改进。燃煤热值软测量方法可极大提高响应时间，燃煤热值可20秒开始响应燃煤的变化，燃料调节可在2-4分钟响应完成燃煤热值变化的扰动，极大提高机组供煤品质的多变与掺烧的协调控制适应能力。

进行了协调控制系统的控制策略的改进。在锅炉能量需求中，增加了压力偏差及微分的补偿，使机组的协调控制过程中主汽压力控制更快、偏差更小，进一步加强机组一次调频控制的精度与快速性。

4 投用与分析

在机组的AGC投入后，从图1的机组负荷控制可看出：1、机组转速测量可精确、灵敏地变化，机组的一次调频量功率值能准确灵敏的随着机组转速及时形成并叠加在机组的负荷指令上;2、机组功率控制因引入了压力自适应，在机组各不同主汽压力负荷阶段，机组的负荷控制稳定、快速，从而提高了机组的一次调频考核的指标，也提高了机组AGC的负荷控制快速性与控制精度指标，即使因机组锅炉侧原因未投入燃料、氧量风量、一次风压力等自动控制，机组的一次调频与AGC指标也能显著改善;3、机组协调控制的关键参数热量信号计算与整定准确，不会因机组调门开度变化引起机组压力变化的扰动而变化;4、在机组锅炉主要自动投入后，机组的主汽压力控制精度能进一步提高，可进一步改善机组的负荷控制品质。

5 结论

通过在某燃煤机组的协调控制系统中实施了的快速煤质自适应控制、压力自适应机组功率控制等新技术，在燃料自动控制中实施燃煤的快速煤质软测量新技术，在磨的风量控制中实施了磨的模拟风量测量与控制等新技术，结合机组DEH转速卡的升级改造达到高精度的一次调频频率的测量运算，实现了机组一次调频与AGC控制品质的大幅提高，极大减少了机组的辅助服务的电量考核，达到了升级改造目的。

参考文献：

[1]南方区域发电厂并网运行管理实施细则[Z].2017.

[2]南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则[Z].2017.

[3]赵志刚. 浅析热电厂DEH系统功能与调试[J].能源与节能，2016，12.

[4]刘友宽，刘伟. DEB协调控制系统模拟试验及应用[J].云南电力技术，2004，01.

[5]刘友宽，潘巾杰，田沛，赵永辉，朱全聪. 煤质自适应校正方案建模仿真[J].热力发电，2014，01.

[6]刘友宽，卢勇，苏适，董均宇. 煤质自适应的火电机组AGC控制仿真与应用[J].云南電力技术，2010，02.

作者简介：

赵森，男，助理工程师，主要从事火电厂发电运行、工程、燃料及综合事务管理工作。