燃煤机组一次调频性能优化分析与研究

姚 斌

(广东珠海金湾发电有限公司，广东 珠海 519000)

1 火电机组一次调频的影响因素

1.1 能源结构和用电特点

截至2017年，全国发电装机容量较去年同期增长7%。其中，火电装机与水电装机的容量分别增长4%和3%，核电装机与风电装机容量增长了6%，太阳能发电装机容量的增长达到了68%。受自然资源变化的影响以及新能源并网发电系统处理特点的影响，当并网容量增加一定程度后，电网电能质量将随着电网的接入发生一定的变化。根据国家“十三五”规划，我国能源结构中新能源的占比将不断提升，而火电机组面临的挑战也会更多。随着我国经济结构的不断调整，电力供求关系的特征逐渐演变为峰谷差异大、AGG频繁调整等，这使得火电机组全负荷调频能力有待提高[1]。

1.2 特高压交直流混联的大型电网大规模投运

我国已经进入特大型电网时代，在电网直流特高压工程建设中，火电机组一次调频将受到特高压交直流混联的大型电网大规模投运的影响。随着大规模直流的接入，电网的运行迎来了更多挑战。华东电网自2015年开始电网频率就发生大幅度波动，由于电网频率的大幅波动且波动时间较长，发电机组一次调频指令幅值均达到了上限。

1.3 火电机组一次调频自身运行特性

火电机组的自身特性是除了外部影响之外，对一次调频性能影响最多的因素。汽机大频差下快速增负荷能力不足，是超临界直流炉机组普遍存在的问题。比如西门子汽轮机机组，当调门全开时，调门向上调节余量不足，但运行经济性达到最好，小频率扰动时，尚能达到标准，但是当机组加大幅度增加负荷时，就难以快速作出响应。当机组负荷较低时，机前压力在调频过程中与标准参数偏差过大，机组的蓄热能力明显降低。而一次调频功能对于DEH侧为前馈控制，按照频差与汽机调门开度关系对一次调频进行设定，如果低于标准值则蒸汽做功下降，若机组功率变化不足时，一次调频的负荷响应能力也随之下降，导致一次调频性能降低。为了提高燃气机组的效率，负荷状态一般设定较高，机组在电网频率下降时，将会自动进入温控模式，这种运行方式使负荷响应慢，限制了机组功率上升。

2 AGC的影响因素

2.1 设备特点

老机组和新机组的设备特性不同，老机组由于长时间的检修，比较容易出现风机喘振、执行机构渗漏的问题。新机组设备的问题一般是风量测量错误，影响了磨煤机风量调节的自动投入，降低了整体燃烧速度和AGC效果。对于各个电厂的指标考核，有些人员为了提升绩效，擅自修改负荷变化率，使提升负荷时发电量快，降低负荷时发电量慢，造成了机组不跟踪AGC指令。

2.2 机组性能与操作规范

不同类型的锅炉具有不同的响应，锅炉决定着火电机组的响应特性。不同锅炉的响应速度由慢至快分别为：循环流化床锅炉、自然循环煤粉锅炉、直流锅炉。锅炉子系统响应特征也不同，也会对制粉系统造成很大影响。在增加燃烧率方面，由快至慢机组分别是：中间仓储制粉系统、钢球磨煤机、中速磨系统。火电机组响应AGC指令能力的差异就是由这些机组性能特性决定[2]。

2.3 煤种掺烧

近年来，部分火电厂为了不断降低成本，选择越来越多的劣质煤进行掺烧，以此来降低对动力煤的需求。煤质的严重不达标使机组的运行产生很大的风险，降低了调节系统的响应速度。同时，在相同负荷下，煤质热值的下降增大了煤量的需求，致使锅炉内燃料最大化投入也无法满足机组的输出要求，严重影响了AGC功能响应的时间[3]，以及对精度范围的调节等。

3 提高一次调频和AGC能力的措施

3.1 制定操作规程

对运行人员进行严格的操作培训，按照规章规范进行管理。相关工作人员要严格按照规章操作对设备进行操作，在运行中保护机器，逐渐提高火电机组的一次调频和AGC能力。在安全的前提下，不能退出AGC和一次调频功能，如图1为AGC与一次调频反向动作优化原理图，要杜绝人为操纵对AGC指令进行干预，影响AGC的走向和趋势。同时要对磨煤机进行开始和暂停操作，观察系统负荷变化，保证机组能够满足电网加减负荷的需求，及时分析总结变化规律。为了改善燃烧工作的情况，不断提升响应速度，要及时根据燃料的变化对总风量和一次风量等进行设置。

图1 AGC与一次调频反向动作优化原理图Tab.1 Schematic diagram of AGC and primary frequency modulation reverse motion optimization

3.2 优化提升控制逻辑

随着技术的进步，火电机组的自动化水平越来越高，对一次调频和AGC的要求也越来越高，只有引入更适合机组特点的策略才能满足火电机组的控制要求。为了更大限度地挖掘机组潜能，不断提高一次调频和AGC能力，要深入分析机组特点和存在的问题，采用有针对性和先进的控制策略优化控制逻辑。对多级并行前馈控制技术建立不同的前馈信号，负荷上升时表明对指令调整过大，当负荷下降时则对指令调整过小，依此对响应进行校正，加速锅炉响应过程，使主汽压力和温度得以改善。对多煤种混烧专家控制器进行设计，通过累积经验技巧，根据工况及锅炉控制回路的不同响应特性对能量进行调整，确保其稳定。采用自适应控制，对调频前馈系数的蓄热情况进行改善补偿，以达到更好的调频效果。

4 结语

影响火电机组一次调频和AGC能力的因素有很多，控制系统由上百个子系统共同构成，所以，火电机组的一次调频和AGC控制过程也更为复杂。为了提升一次调频和AGC控制能力，要不断完善设备、规范管理体系、优化控制逻辑，使电网运营获得更大的效益。实践证明，对火电机组一次调频和AGC能力进行分析，提出优化控制逻辑方案，可使电网运营成效得到显著提升。