超超临界660MW机组一次调频多变量优化策略

韩院臣 姜力伟

摘要：一次调频，是指电网的频率一旦偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程。绝大多数电厂的一次调频控制采用CCS+DEH联合方式，依据汽轮发电机组的转速信号来判断电网频率是否超限。这存在滞后性，不仅影响一次调频动作的及时性，还易引起汽轮机调门晃动，造成主汽压力波动和负荷偏差较大，进而影响机组的运行。

关键词：一次调频;频差;汽轮机转速;快动慢回;快动缓回

针对传统一次调频控制策略中存在的控制滞后、影响机组稳定性等调频能力的不足，提出了测频系统设备改进及逻辑控制策略优化方案，提高了测频精度和控制准确度，在保证充足调频电量的前提下，提高了主汽压力、功率等参数的稳定性，保障了机组安全、经济、稳定运行。

1 机组概况

某发电厂1期工程建设2×600 MW超临界机组，锅炉为超临界参数变压运行螺旋管圈直流炉，为单炉膛、一次中间再热、采用四角切圆燃烧方式、平衡通风、固态排渣、全钢悬吊结构Π型、露天布置燃煤锅炉。汽轮机为超临界、一次中间再热三缸四排汽、单轴、双背压、凝汽式汽轮机。1，2号机组分别于2007年7月和10月投入商业运行，DCS采用基于UNIX操作系统开发的OVATION1.7.2分散控制系统。该发电厂输送线路接入的是容量大的特高压线路，一次调频动作对每台机组要求的积分电量也相应较多，有必要对一次调频方案进行优化，帮助电网频率快速恢复。

2 优化方案

2.1 测量系统改进

传统一次调频系统控制信号采用汽轮发电机组的转速信号，鉴于转速信号的滞后性，新控制策略决定采用频率信号。

为确保系统的可靠运作，新测量系统配置3套频率测量装置，以确保“三取二”频率采样源的安全裕量。每套频率测量装置支持3路以上4—20 mA模拟信号的输出，并支持3路以上数字信号的输出，测量精度达到0.0001 Hz。

测量系统同时配置了2台冗余卫星主时钟，确保动作时间与电网一致。

2.2 逻辑控制方案优化

一次调频原控制方案为CCS+DEH联合方式。一次调频负荷指令跟随汽轮机转速实时变化，并直接作用于汽轮机调门，导致汽轮机调门晃动，引起机组主汽压力、负荷等参数的振荡。

针对传统控制方案存在的问题，优化方案取消了DEH侧的一次调频指令，将其转移至CCS侧，作为汽轮机主控回路中PID输出的前馈，以达到一次调频快速动作的目的。一次调频的功率变化应设置在功率指令处理的“功率变化率”和“功率上下限”之间，这样既可以实现快速变负荷，又能保证机组的发电功率控制在允许范围内。当一次调频与AGC变化方向不一致时，应优先执行一次调频动作。

通过设计方向闭锁逻辑，避免汽轮机主控出现与电网频率恢复方向反向的操作，即电网频率高时闭锁汽轮机主控指令继续增大，电网频率低时闭锁汽轮机主控指令继续减小。根据闭锁值的大小决定采用快动慢回还是快动缓回方案，若闭锁值的设定值为±0.033 Hz，采用快动慢回方案;若设定值绝对值低于0.033 Hz，则采用快动缓回方案。当闭锁值的设定值为0.020 Hz时，快动缓回方案下可以得到较多的积分电量，有效避免一次调频连续动作导致调门连续晃动的现象。优化方案中，在一次调频变负荷时减弱对给水分离器温度的修正作用。在保证安全的范围内，对给水分离器温度调节器的入口偏差进行智能处理，设置不同的调节死区，即在一定偏差范围内不让修正回路出现反向动作。减温水回路同样如此，给主汽温度设置不同的调节死区，电网频率高时，闭锁减温水调门开;电网频率低时，闭锁减温水调门关。

同时，优化方案考虑到不同的负荷阶段锅炉蓄热能量的不同，设计了不同负荷阶段下对应的不同增益，提高调频效率，以得到合理情况下的较大积分电量，保障电网频率快速恢复。

3 优化方案实施

根据以上方案对该发电厂1期工程2号机组进行了优化。优化后，转速与频率实时趋势比较如图1所示。从图中可以看出，频率的变化比汽轮机转速更及时，且其峰值比汽轮机转速高。

采用优化方案的快动缓回策略后，一次调频动作时，实际功率与负荷指令的动作趋势如图2所示。从图中可以看出，一次调频共动作了2次，由于采取的是快动缓回策略，在方向闭锁的作用下，负荷指令虽然已恢复，但实际功率并未恢复，直至第2次动作结束，电网频率恢复至正常值时才恢复，因而有效地避免了调门的来回震荡，并得到了较多的积分电量。

对1，2号机组在一次调频动作时的各项参数进行了汇总，比较结果如表1所示。从表中数据可以看出，1号机有2次动作的积分电量达到电网要求，而2号机组的积分电量都在100 %以上，且汽轮机调门的动作幅度较小。

由此可见，优化后的方案有效地避免了汽轮机调门的振荡，保证了主汽压力和机組功率等参数的相对稳定。

4 结束语

针对传统一次调频方案中存在的控制滞后、主参数波动及偏差大等问题，对测频系统进行设备改造，并优化了调频控制逻辑，在实际应用中取得了良好的效果，有力地保障了机组安全稳定运行，有利于电网频率的快速恢复。

参考文献：

[1] 张朝阳，李卫华，宋兆星.600 MW超临界直流炉机组协调控制系统策略[J].华北电力技术，2007，35（1）：24-28.

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