基于褐煤燃烧的超超临界660MW直流炉一次调频控制策略优化及应用

作者简介：路广亮（1975—）， 男，本科 ，高级工程师，研究方向为电力能源。

摘 要：该文总结分析了内蒙古大唐国际锡林浩特发电公司2×660MW超超临界机组基于褐煤燃烧的一次调频控制策略存在的问题，提出了相应的控制逻辑优化方案，并实际应用在机组生产中，改善机组一次调频性能，使电网频率维持稳定，实现机组的能量平衡。在满足华北网一次调频控制的要求基础上，通过控制策略的优化，提高了机组运行的安全性、稳定性，可供同类型机组的一次调频参考与借鉴。

关键词： AGC  一次调频  涉网性能  电能质量

中图分类号： TM621     文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2021）12（b）-0000-00

Abstract：This paper summarizes and analyzes 2 of Inner Mongolia Datang International Xilinhot power generation company × Based on the problems existing in the primary frequency regulation control strategy of 660MW ultra supercritical unit based on lignite combustion， the corresponding control logic optimization scheme is proposed and applied in the unit production to improve the primary frequency regulation performance of the unit， maintain the stability of power grid frequency and realize the energy balance of the unit. On the basis of meeting the requirements of primary frequency regulation control of North China power grid， the safety and stability of unit operation are improved through the optimization of control strategy， which can be used as a reference for primary frequency regulation of similar units.

Key Words： AGC; Primary frequency modulation;Network related performance;Power quality

随着新能源的快速发展，光伏、风电新能源发电易受天气等因素影响，储能效果不是很明显，发电呈现出间歇性和波动性，在绿色低碳环保形势下，推动低碳减排，发展和构建新型电力系统，电站结构变得复杂，对电网造成了很大的冲击，直接影响电能的质量[1]。电网频率波动，其安全风险使得电网公司对发电机组涉网性能、尤其是一次调频性能非常重视[2]。电网公司也对机组一次调频的性能加大了严格控制并下发了相关考核指标。

1一次调频基本概况

1.1一次调频基本原理和考核指标

一次调频是指由发电机组调速系统的频率特性所固有的能力，随频率变化而自動进行调整。但不同的发电机组性能不同，且调整量有限，值班调度员控制难度加大。电网的频率一旦有波动时，网内机组的控制系统自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化[3]，使电网频率维持稳定的自动控制过程。

考核指标包括：（1）转速不等率δ;（2）最大负荷调节量;（3）调频死区;（4）动态指标。

1.2调频控制方式

采用协调控制策略，通过DEH和 CCS侧一次调频功能的同时动作，将DEH侧调频信号的一部分直接叠加在汽机总阀门指令上，转速偏差经不等函数转换为一次调频负荷叠加负荷指令，直接叠加到汽机主控回路上。一次调频动作后调节负荷设定值确保和数字电液控制系统的作用方向相同，最终稳定负荷到所需要的值。在由于一次调频引起功率快速升降的过程中仍能维持较好的机前进气压力，这不仅使得一次调频动作取得稳定的效果，而且确保了一次调频控制系统的长期，稳定投入，最终实现机组最终能量平衡。

2一次调频中存在的问题及现象

2.1一次调频投入逻辑设置不合理

按照规程、规范要求，符合一次调频投入条件的机组，实际机组存在一次调频投切按钮，且投入条件有负荷限制：330 MW，是主要造成一次调频投入率过低的原因，不满足调度要求。具体如图1所示。

2.2一次调频与AGC调节相互影响

AGC与一次调频反向调节、主蒸汽压力拉回、AGC加负荷前馈等原因导致的一次调频调整幅度不够及积分电量不足。机组负荷指令2（含一次调频负荷指令）经过1 s滤波，对一次调频指令造成滞后，当一次调频动作时，压力拉回负荷量，可能会导致一次调频量不足或反向[4]。当AGC加负荷时，会对汽机主控有增加输出的前馈，当一次调频要求减负荷时，会造成一次调频反调。

2.3 DEH侧一次调频前馈量不足

DEH侧利用机组转速与定值3000的转速差信号形成一次调频阀位前馈指令叠加到综合开度指令，调整汽轮机的负荷，快速稳定电网频率。设置的转速差函数如表1所示，一次调频阀位前馈量不足导致一次调频动作缓慢甚至出现反调现象。

2.4一次调频合格率低

由于一次调频控制逻辑存在问题和控制参数设置不合理，导致一次调频合格率很低，电量贡献指数合格率32.82%，15 s响应指数合格率19.08%，30 s响应指数合格率18.32%。

3一次调频优化方案

3.1逻辑优化

（1）取消一次调频指令滤波，使得一次调频指令不经过滤波环节，有助于一次调频动作更为快速及时。

（2）主蒸汽压力拉回回路保持功能：当一次调频动作时，压力拉回负荷量保持当前值，将不会影响到一次调频的负荷量调整，同时也不会对机组安全产生影响（注：一次调频动作消失后，压力拉回负荷量恢复速率为0.2 MW/s）。

（3）AGC负荷调整前馈保持功能：增加当一次调频量<-1 MW时，保持AGC对汽机主控的前馈量，将不会影响到一次调频的负荷量调整。同时增加此功能的投切开关（注：一次调频动作消失后，AGC前馈恢复速率为每秒0.05%）。

3.2增加一次调频负荷指令“快动慢回”逻辑

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。

一次调频动作后，一次调频负荷指令快速动作，为满足一次调频积分电量的考核要求，增加一次调频动作后，一次调频负荷指令缓慢恢复的功能，能够满足积分电量的考核指标。快动慢回实现策略：实际转速>3 001.7 rpm，实际转速与自身经过14 s滤波后取大;实际转速<2 998.3 rpm，实际转速与自身经过14 s滤波后取小。增加0.3 rpm的目的是为了实现快动缓回功能，以此增加积分电量。

3.3一次调频中转速“死区”调整

汽轮機受转速精度影响，将转速死区±2 rpm修改为±1.9 rpm，能够在一定程度上克服转速精度带来的调节滞后。一次调频频繁动作时，会造成进汽调门的来回摆动，从而影响到协调控制系统的不稳定。进而造成机组功率在死区附近振荡[5]。所以死区的设置必须要合理。

3.4 增加AGC反向调节负荷闭锁增/减逻辑

增加AGC加负荷且一次调频要求减负荷时，闭锁AGC负荷指令增的功能。能够解除AGC负荷指令调整对一次调频负荷量的干扰，一次调频量绝对值大于1 MW（回程死区为0.3 MW）且一次调频与AGC调节反向时，闭锁AGC负荷反向调节，正向调节不受限制。

增加AGC减负荷且一次调频要求加负荷时，闭锁AGC负荷指令减的功能。能够解除AGC负荷指令调整对一次调频负荷量的干扰。一次调频量绝对值大于1 MW（回程死区为0.3 MW）且一次调频与AGC调节反向时，闭锁AGC负荷反向调节，正向调节不受限制。

3.5 DEH侧一次调频前馈功能优化

机组是燃烧褐煤的机组，褐煤的热值较低且不耐烧，加上直流炉特性，如果一次调频前馈量不足，将会大大降低机组一次调频效果。从一次调频响应曲线上来看，DEH侧一次调频前馈函数输出的前馈量不足。

DEH侧一次调频投入负荷限值由330 MW修改为200 MW。为保证低负荷下一次调频动作时汽轮机安全运行，增加200～300MW负荷段，当机组处于干态运行时，DEH侧一次调频对汽机主控前馈的修正功能（注：修正函数为实际负荷经过fx（200，0）（300，1）乘在前馈量上），当干态信号触发或消失时，T选块切换速率可为0.03%/s。

4 优化后效果

选取一定负荷工况点实验，机组协调控制，CCS侧和DEH侧一次调频都投入，退出机组自动发电控制，先后进行±4 rpm、±6 rpm的模拟频差扰动试验，数据结果统计及分析如表2所示。

机组在频差越过死区后一次调频迅速动作，负荷的响应速度满足标准要求。

选取改造后机组某段时间实际一次调频响应速度较之前有所提高，一次调频动作时压力拉回回路切除功能正常，一次调频负荷指令为负时汽机主控前馈切除回路正常。当一次调频调节与AGC调节反向时，一次调频动作，且一次调频负荷指令为正，此时AGC负荷指令为减负荷，闭锁减信号触发，实现了一次调频动作优先;当一次调频负荷指令为负，此时AGC负荷指令为增负荷，闭锁增信号触发，同样实现了一次调频动作优先。

优化后通过各项指标对比分析，改造前后同段时间连续2个月的一次调频考核电量数据，合格率由42.75%上升到78.9%。表明机组通过采取相关优化措施，改善机组的一次调频稳定性明显[6]。由于褐煤燃烧直流炉蓄能少的特点，在一次调频同时，微调给水、给煤量等参数，维持机组整体的稳定。

5结语

通过优化逻辑，新增加一次调频动作时AGC闭锁逻辑，取消一次调频指令滤波、增加主蒸汽压力拉回回路保持功能、增加AGC负荷调整前馈保持功能、增加一次调频负荷指令“快动慢回”逻辑、调整一次调频中转速“死区”、优化DEH侧一次调频前馈功能，能够明显改善机组一次调频性能。对褐煤燃烧直流炉一次调频起到了参考和借鉴。

参考文献

[1] 华北能源监管局.关于印发华北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则和并网运行管理实施细则的通知[R].（2019-09-25）. https：//www.guangfu.bjx.com.cn/special/？id=902947.

[2] 李华，陈志刚，柴琦，等.基于频率信号的火电机组一次调频改造及优化[J].电气技术，2019，20（2）：101-104.

[3] 田晓康，朱斌.发电机组一次调频问题的优化设计及在线分析研究[J].自动化与仪器仪表，2019（4）：38-40+53.

[4]杨璋，蒋彦龙.某型核电汽轮发电机组一次调频功能试验[J].热力发       电，2020，49（1）：109-114.

[5] 陈道君，梁柏松，周年光，等.计及一二次调频协调优化的动态潮流模型[J].武汉大学学报：工学版，2020，53（2）：154-161.

[6] 郑少雄，曹越，王永庆，等.基于辨识模型的中间再热机组一次调频特性研究[J].热能动力工程，2020，35（7）：12-20.

3161500338287