PDF《600MW超临界直流机组一次调频性能优化》

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72 AUTOMATION PANORAMA 2012.

4 文献标识码:B 文章编号:1003-0492(2012)04-0072-03 中图分类号:TM

761 600MW超临界直流机组一次调频性能优化 电网频率作为最重要的电能质量指标之一,是电网稳定的基 础.随着发电机组单机容量的不断增大,并网机组的故障跳闸对 电网频率的冲击也越来越大.因此,大容量发电机组一次调频性 能的好坏对维持电网频率稳定有着重要意义.为此,南方电监局 颁布了《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》和《南方区域 并网发电厂辅助服务管理实施细则》,对并网机组一次调频性能 作了具体的技术要求,广东省电力调度中心文件《广东电力系统 一次调频运行管理规定》也明确了对一次调频质量的考核方法. 2009年7月9日14:23和10日13:03两次江城直流单极跳闸,广东电 网系统频率降幅约为0.15Hz,广东电网内各机组的一次调频动作 情况不理想,没有一台机组满足要求.因此,有必要对600MW主 力发电机组进行一次调频试验及性能优化研究.

1 原一次调频控制方案的分析 汕尾电厂现有两台600MW超临界直流机组,三大主机设备均 由东方电气集团股份有限公司三大动力设备厂提供.DCS系统采 用了艾默生过程管理有限公司的OVATION 分散控制系统,整套 系统包括数据采集系统(DAS)、模拟量控制系统(MCS)(含 旁路控制系统)、顺序控制系统(SCS)、锅炉炉膛安全监控系 统(FSSS)、电气控制系统(ECS)等各项控制功能,是一套完 成全套机组各项控制功能的完善的控制系统.DEH为东方汽轮机 厂在引进和广泛吸收国、内外先进技术的基础上,生产出的新一 代与汽轮机配套的660MW等级全电调型DEH控制系统.在CCS控 制方式下,机组一次调频功能由CCS及DEH系统共同完成,既保 证了一次调频的速度,又保证了机组参与一次调频的持续性. 1.1 DEH侧一次调频回路 将汽机实际转速与额定转速进行比较,计算转速偏差,通过 函数转换为阀位修正量,叠加在汽机阀位指令回路中,直接控制 汽机调门动作输出.函数设置了2r/min的调频死区,即当汽机转 速小于2998r/min时,阀位修正量为正,汽机阀位指令增大,汽机 进汽量增大,负荷增加;

当汽机转速大于3002r/min时,阀位修正 量为负,汽机阀位指令减小,汽机进汽量减小,负荷减小.一次 调频的阀位修正量最大为±5.16%.因此,DEH侧一次调频回路 为开环控制,当一次调频动作时,可以迅速地改变高压调门的开 度,机组功率也随之迅速改变,因此一次调频响应速度非常快. Performance Optimization on Primary Frequency Regulation of 600MW Supercritical Once-through Unit 摘要:对汕尾电厂600MW超临界直流机组一次调频控制方案进行分析, 设计了CCS侧的压力补偿回路及DEH侧调频校正量的主汽压力修正回路, 形成了完善的一次调频控制方案,解决了一次调频动作时机前压力扰动过 大、低负荷时调频电量少的问题.试验结果表明优化后有效提高了机组一 次调频能力及安全稳定运行水平. 关键词:一次调频;

直流机组;

压力补偿 Abstract: Based on the analysis of primary frequency regulation for Shanwei 600MW Supercritical Power Plant Units, we design the pressure compensation circuit in coordinated control system(CCS), as well as themain steam pressure correction circuit in digital electro-hydraulic control system(DEH). By using our primary frequency regulation control scheme, the problems such as too large disturbance of main steam pressure, lower frequency power at low Load time were addressed. The test results show that the primary frequency capacity and the level of security and stability were increased after optimization. Keywords: Primary frequency regulation;

Once-through unit;

Pressure compensation 李建 (广东红海湾发电有限公司,广东 汕尾 516623)

73 2012.4 AUTOMATION PANORAMA 1.2 CCS侧一次调频回路 CCS侧一次调频回路为闭环控制,机组转速差信号转换为负 荷修正量,分别送至锅炉主控和汽机主控调节回路.锅炉主控 中,负荷修正量作为锅炉主控的前馈信号,迅速改变入炉煤量, 弥补锅炉调节的滞后性;

汽机主控中,一方面负荷修正量作为汽 机主控的前馈量,另一方面负荷修正量叠加在负荷设定值回路中 进入汽机主控的PID调节回路.CCS侧的一次调频回路保证了一次 调频动作时锅炉、汽机各控制子系统协调动作,共同处理由于机 组频率、负荷扰动对各主要参数的影响.

2 存在问题及原因分析 在一次调频投运过程中,主要暴露出机前压力波动过大、低 负荷时调频电量不足等问题. 一次调频动作时,机组转速差对应的汽机阀位修正量直接 叠加在汽机阀位指令回路中,汽机高压调门迅速动作,以满足机 组对一次调频响应及时性的要求.但是由于直流锅炉的蓄热面较 小,锅炉的调节作用比较滞后,汽机调门的突然动作会引起机前 图2 CCS侧一次调频回路 FRQCOR-一次调频负荷修正量;

BMOUT-锅炉主控输出 TMOUT-汽机主控输出 ∑ PID + ???? ???PAS0f(x) + FRQCOR BMOUT ∑ PID + ∑ P A S

0 f(x) + FRQCOR TMOUT ???? ???FRQCOR 压力的大范围波动,进而引起主汽温度、给水等主要参数波动, 影响机组的安全稳定运行. 此外,由于DEH侧一次调频为开环控制,机组转速差、阀 位修正量、负荷修正量的线性关系是建立在主汽压力不变的基础 上的.汕尾电厂两台机组主汽压力均为定-滑-定运行方式,机 组在30%负荷至90%负荷区间内为滑压运行,即当机组负荷降低 时,主汽压力随之降低,相同的阀位修正量对应的负荷变化量必 然减小,这就必然会导致在低负荷时一次调频性能达不到要求. 且负荷越低,一次调频性能越差.

3 控制策略优化方案及试验 为了保证主汽压力的稳定,在汽机主控的负荷设定值回路中 设计了压力补偿回路,同时,为了防止压力补偿回路影响机组一 次调频的能力,在该逻辑中增加了压力补偿回路的作用死区.如图3所示,当一次调频动作时,如主汽压力偏离当前负荷下的额定 压力较大,压力补偿回路动作,输出至汽机主控调节回路,汽机 主控与锅炉主控协调动作维持主汽压力的稳定;

如主汽压力与当 前负荷下的额定压力偏差不大,则压力补偿回路不起作用,以保 证机组功率快速、持续响应电网频率的变化. 由于机组在30%负荷至90%负荷区间内为滑压运行,即负 荷越低,主汽压力越低,为了提高较低负荷时机组的一次调频 性能,在DEH侧加入了阀位校正量的主汽压力修正回路.如图 4所示,当负荷较低时,主汽压力较低,经过计算后的主汽压 力修正输出较大,负荷较高时,主汽压力较高,经过计算后的 主汽压力修正输出较小.实际应用时,根据对不同负荷情况下 的一次调频动作试验确定f(x)函数,使不同工况下的一次调频阀 MP-主汽压力;

FREQACT-一次调频动作 图3 汽机主控的压力补偿回路 ???? ????????

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1 7

1 ' 图1 机组转速差-阀位修正量 阀位修正量(%) 转速差(r/min) Technology 技术纵横

74 AUTOMATION PANORAMA 2012.4 位修正值与调频电量相匹配,以达到机组安全性与调频性能的 均衡性,从而满足不同负荷工况下调频电量均能够达到要求. 2009年9月,分别对汕尾电厂

1、2号机组优化后的一次调频 性能进行了测试.在CCS侧与DEH侧一次调频均投入时,人工强 制转速差信号模拟一次调频动作,测试了在不同转速差、不同负 荷情况下的一次调频动作情况.图5是1号机组负荷400MW,转速 差0→-4→0→4→0 rpm的机组一次调频动作曲线,图6是2号机组 负荷570MW,转速差0→-8→0→8→0 rpm时机组一次调频动作曲 线.表1是一次调频性能测试参数记录. 根据《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》及《广东电 力系统一次调频运行管理规定》的要求,一次调频响应时间应小 于等于3秒,在电网频率超过机组一次调频时开始的45秒内,机组 出力实际调节量应大于理论调节量的70%以上,一次调频稳定时 间应小于60秒,一次调频质量T≥60%.由表1可以看出,在一次调 频控制方案优化后,汕尾电厂两台机组一次调频性能均能够满足 上述技术指标要求,调频过程中机组主要参数波动范围较小,满 足机组安全运行的要求.

4 结语 通过对汕尾电厂600MW超临界直流机组一次调频控制方案的 分析及优化试验,有效解决了机前压力扰动过大、低负荷时调频 量不足的问题.2009年国庆保电中受到广东电网的高度评价,对 国内600MW及以上超临界直流机组一次调频性能优化具有一定的 借鉴作用. 参考文献: [1]南方电监局.南方区域发电厂并网运行管理实施细则. [2] 广东省电力调度中心.广东电力系统一次调频运行管理规定. [3]陈小强,项谨,魏路平,傅望安.100MW机组一次调频性能优化[J].中国电 力,2010,43(4):63-66. 李建(1982-) 男,湖北随州人,工程师,从事火力发电厂热控设备的维护和管理. 图5 1号机组一次调频动作曲线 图6 2号机组一次调频动作曲线 机组号 基本负荷 转速偏差 负荷修正量 调频延时 45秒内最大 调频量 稳定调频量 主压力偏差 过渡时间 一次调频质量 1号机组 400MW -4r/min 8MW 1s 8.4MW(>70%) 7.8MW 18.49→ 18.38MPa 70%) 4.2MW 18.54→ 18.78MPa >60s 66.8% 2号机组 570MW -8 r/min

24 MW 1s 22MW(>70%) 20MW 24.10→22.71 MPa 70%) 25MW 24.37→25.18 MPa