亚临界330MW空冷机组PFC性能优化

张汉柱 刘志超 刘东旭 张磊 姚坤

摘  要：火电机组调频能力对大规模可再生能源电力的并网利用非常重要。针对实际一台亚临界330MW空冷机组出现的一次调频（PFC）不合格问题，分析了机组调频能力受限的可能原因，包括调节阀组流量特性曲线、滑参数运行方式、与电网调度通信及一次调频逻辑。在此基础上发现了现有一次调频逻辑存在的问题，并给出相应的优化方案。实际效果显示，机组一次调频能力得到明顯改善。这对同类型机组调频不合格问题解决具有一定的借鉴意义。

关键词：亚临界  330MW空冷机组  一次调频  逻辑优化

中图分类号：TM621                             文献标识码：A                  文章编号：1674-098X（2020）08（c）-0036-03

Abstract： The frequency modulation capability of thermal power units is very important for the grid-connected utilization of large-scale renewable energy power. Aiming at the unqualified problem of primary frequency modulation （PFC） in an actual subcritical air cooling unit of 330MW， the possible reasons for the limited frequency modulation capacity of the unit are analyzed， including the flow characteristic curve of the control valve group， the operation mode of sliding parameters， the dispatching communication with the power grid and the primary frequency modulation logic. On this basis， the existing problems of primary frequency modulation logic are found， and the corresponding optimization scheme is given. The actual results show that the primary frequency modulation capability of the unit is improved obviously. This has certain reference significance to solve the unqualified frequency modulation problem of the same type unit.

Key Words： Subcritical; 330MW air cooling units; Primary frequency modulation; Logic optimization

大规模光伏电站、风力发电等新能源电力的并网利用，使得电网不断提高对电能质量和电网频率的控制水平和要求[1];因此，电网对调频机组的要求也越来越高，尤其是一次调频（PFC）。所以，不少研究人员都对不同类型机组的PFC性能优化，不仅涉及了常规亚临界机组和带过载补汽阀的超超临界百万机组[1-2]，还涉及了不同调频方案的经济性[3]。

本文针对内蒙古京科发电有限公司（以下简称：京科电厂）一次调频考核存在的问题进行了综合分析和控制系统优化。最终，机组PFC满足了电网频率快速响应的需求。

1  机组存在的PFC不合格问题及原因分析

1.1 机组存在的PFC问题

京科电厂配备了一台亚临界330MW空冷机组，如表1所示，机组实际存在不满足东北电网考核指标的问题。

1.2 原因分析

机组实际运行过程中，由于运行工况、现场设备等原因，机组PFC功能往往受到较大影响，常见的问题根源所在如下。

（1）阀门流量曲线不线性。

汽轮机采用顺序阀控制方式时，如果整体流量特性表现出非线性特性，会影响机组一次调频效果。

（2）滑参数运行方式。

机组采用滑压运行方式，当滑压曲线或者滑压偏置修正不当导致综合阀位指令过高，在频率降低时，调节余量不足，也会导致一次调频效果不佳，为此需要在机组运行阶段，严禁综合阀位指令接近100%运行，为一次调频动作预留空间。

（3）数据传输精度。

由于机组一次调频实际动作量比较小，因此提高一次调频的数据精度是提高机组一次调频合格率的有效途径之一。一是机组数据本身采集精度，如机组转速、负荷、汽压等要保证其准确;二是数据远传至调度考核系统过程中的数据偏差处理，要保证PMU上传数据准确性及精度。

（4）一次调频控制逻辑不完善。

目前机组采用投产时协调控制逻辑，其PFC设计采用DEH+CCS联合调频控制方案。CCS侧由频差函数计算出相应负荷，直接叠加在负荷指令上。DEH侧将频差信号经转速不等率设计函数乘以一次调频增益系数K后得到数值直接叠加在汽轮机调速汽门综合阀位指令处。

综上所述，结合现场实际优化情况，最终确定了实际问题根源为原控制逻辑设计不合理。

2  一次调频逻辑优化

2.1 一次调频的基本参数优化设置

一次调频的基本参数优化设置如下：

（1）一次调频死区：±2r/min。

（2）一次调频功率增量变化幅度的要求：一次调频的负荷调整限制幅度最低不得低于机组额定负荷的8%，即不得低于26.4MW（可在26.4MW及以上）。

（3）一次调频不等率：5%。

2.2 控制逻辑分析

机组运行无论是滑压还是定压，压力都会随着负荷变化而变化，在相同的频率变化下，DEH侧调门快速前馈量相同，所以在不同压力下产生的变化负荷量是不同的，压力越高产生的负荷量越大，反之亦然。因此DEH侧固定的一次调频系数K无法满足不同负荷段对一次调频精度需求，需要增益K系数随着主蒸汽压力变化而变化，保证在相同的频率变化下DEH侧调门快速前馈量不同，从而产生的负荷增量基本相同，确保一次调频调节精度。

DEH侧为开环控制，难免存在误差，因此还需要CCS侧后期加强作用，保证系统稳定的前提下增强积分作用，消除静态偏差。

2.3 控制逻辑优化

根据对一次调频现状分析，确定京科电厂1号机组一次调频优化方案。

（1）修改DEH侧一次调频输出系数增益K，使其适应各负荷段工况下的压力流量对应关系，达到一次调频负荷输出要求。

（2）完善一次调频针对性逻辑，增加一次调频前15s的变参数调节，强化前15s调节幅度，弱化后45s DEH作用，强化后45sCCS机主控积分作用完成调节，提高响应精度。

（3）整定CCS机主控PID参数，保证系统稳定情况下增强积分作用，消除静态偏差。

3  优化效果

京科电厂一次调频优化后的逻辑负荷适应能力强，响应速度快，调节精度较高，满足东北电网一次调频考核各项指标，一次调频优化取得了良好的效果。如表2所示，为优化后指标统计。

4  结论及展望

机组实际运行过程中，由于运行工况、现场设备、控制逻辑等原因，机组一次调频功能往往受到较大影响。所以，需要各方面共同完善，相互协作，在保证机组安全运行的前提下，有效提升发电机组一次调频性能。

参考文献

[1] 钱海川，韩岗，陈梁.过载补汽阀在1000MW汽轮发电机组上的综合应用[J].上海节能，2019（8）：652-655.

[2] 邵毅，姜新明，郑伟，等.600MW亚临界火电机组一次调频优化[J].东北电力技术，2019（5）：21-22.

[3] 伦涛，鄂志君，张利，等.燃煤机组不同灵活性调节方案参与一次调频过程的经济性分析[J].中国电力，2019（8）：164-172.

[4] 张杰，仵华南，许聪.适于汽轮机阀门流量特性整定的算法及其应用[J].汽轮机技术，2019（4）：257-259.

[5] 段栋伟，徐钢，劉琦，等.600MW亚临界空冷机组电泵改汽泵性能评估[J].电站系统工程，2017，33（1）：29-33.

[6] 韩涛，徐亚涛，张磊，等.330MW亚临界机组通流改造及供热抽汽系统优化研究[J].电站系统工程，2017，33（5）：37-40，43.