135,MW循环流化床机组一次调频性能优化研究与应用
时间：2023-02-20 21:50:05 来源：千叶帆 本文已影响人
弭尚文，张凤忠，黄庆勇，褚云山，王洪凯
(1.中电投东北能源科技有限公司，辽宁 沈阳 110179；
2.国家电投集团东北电力有限公司，辽宁 沈阳 110181；
3.大连泰山热电有限公司，辽宁 大连 116021；
4.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006)
2010年东北电网调度中心更新了《东北区域发电厂并网运行管理实施细则》和《东北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》，简称“两个细则”，其对发电厂机组的管理考核和性能考核作了全新的规定，加强了涉网考核监督和奖惩力度。新的“两个细则”增加了对200 MW以下的火电机组一次调频考核，大连泰山热电厂2台机组都不能完全满足考核需要，某些考核指标不达标，造成机组一次调频扣罚严重，对电网的支持效果造成制约，也对电厂的经济效益带来影响。为提高2台机组的涉网服务能力，需要对其一次调频功能进行整改和优化，力求发挥机组最大潜力，使电网调度中心对机组的考核扣罚分数降至最低。
大连泰山热电有限公司2台135 MW循环流化床机组于2005年投产运行，一次调频调节品质长期不能满足电网公司两个细则要求，需要进行优化。
1.1 主要指标
按照《辽宁电网发电机组一次调频管理规定》，机组的一次调频考核技术指标如下。
数字电液型调速系统的火电机组一次调频的人工死区为±0.033 Hz(±2 r/min)；
火电机组速度变动率为5%；
额定负荷小于200 MW的火电机组，一次调频的负荷调整限幅为机组额定负荷的±10%。一次调频负荷响应的滞后时间B1；
一次调频负荷调整幅度B2；
调整幅度的偏差B3；
调频响应指数Bu；
电力调度机构负责依据各电厂PMU子站上送数据计算发电机组的一次调频响应特性，若B1、B2、B3及Bu任一项不合格，扣减一次调频月投入时间，从而间接扣减月投运率；
若1个月内B1、B2、B3及Bu平均值满足B1≥0.5、B2≥0.9、B3≤0.3、Bu≥0.8，则该机组本月可以不扣除月投入时间[1]。
1.2 一次调频优化前数据分析
表1为1号机组一次调频月度考核数据，2号机组情况相同，通过优化前数据显示，2台机组B1指标能够满足电网考核要求，但B2、B3及Bu指标长期不合格。这说明2台机组一次调频功能能够快速响应电网一次调频需求，但前期调整幅度不能满足电网一次调频要求，而且一次调频调整幅度偏差较大，一次调频响应指数偏小。这说明机组一次调频控制精度较差，后继出力不足，贡献电量较少，不能够有效响应电网的调频需求。
表1 2021年9月1号机组一次调频月度考核数据
1.3 一次调频优化前逻辑梳理
大连泰山热电有限公司2台机组汽轮机控制采用数字电液调节系统，在DEH和DCS侧都设计了一次调频功能。其中DEH侧的一次调频功能主要用于实现频差(转速差)的计算并通过一定函数修正后直接动作调速汽门，实现一次调频功能的快速响应。其主要影响电网考核系统中负荷响应指标、负荷调整幅度指标的效果[2]。原DEH侧的一次调频逻辑组态如图1所示。
通过对原控制逻辑的梳理，发现2点问题。
a.一次调频前馈增量作用不明显。由原逻辑可见，现一次调频前馈增量只增加在CCS方式下的CCS指令上，从而输出到高调门指令。但是，DEH在功率控制模式和压力控制模式下时一次调频前馈增量没有作用。
b.一次调频前馈系数设置不直观。一次调频综合阀位前馈与CCS来综合阀位指令叠加处，前馈信号现乘以0.42的系数。根据经验分析，其设计意图为目标负荷转化为期望阀位的标幺系数。但考虑到一次调频综合阀位前馈信号本身即为开度指令，因此此处的一次调频前馈系数设置就不够直观。因此本次优化工作可将此处参数设置为1，对DEH侧一次调频前馈系数进行重点优化整合，并调整其切入位置[3]。
1.4 一次调频PMU数据核对
通过电网调度历史数据曲线观察发现，大连泰山热电有限公司1、2号机组负荷数据在通过PMU系统上传网调数据过程中存在误差，数据信号不稳定，具体如图2所示。
通过对大连泰山热电有限公司机组负荷观察，绿色实际负荷曲线存在剧烈波动，在一次调频动作时，虽然实际负荷动作趋势与理论负荷处理趋势相同。但由于实际负荷波动剧烈造成B2、B3及Bu仍不合格。
DEH侧一次调频优化工作重点为一次调频前馈作用的完善。首先新增逻辑页进行一次调频前馈修正系数的组态，针对省网一次调频考核指标要求采用变参数控制策略[4]，分别设计了压力回路、功率回路、频差回路以及综合阀位回路[5]。将新组态逻辑计算生成的修正系数嵌入原有控制逻辑中，与一次调频补偿函数输出相乘后得到一次调频阀位前馈；
其次在综合阀位指令生成环节，加入CCS方式下一次调频前馈作用生效逻辑；
最后将原前馈系数改为零，目的是将一次调频修正系数整合到新增逻辑页中，便于调试期间调整。此外，针对大连泰山热电有限公司长期运行方式为DCS侧基本方式，DEH侧阀位控制方式，对一次调频优化系数采用了闭环控制，有效提升机组一次调频响应的精准性。
该项目自2021年9月入厂开工，收集资料；
2021年10月利用1号机组停机检修期间增加一次调频优化逻辑，并进行静态试验；
2021年10月20日，1号机组运行稳定后进行了动态参数调整；
2021年10月25日，1号机组一次调频优化逻辑投入正常使用。根据机组运行情况，跟踪一次调频考核结果，随时对动态参数进行调整，使机组在各种工况下，一次调频动作能力都能满足涉网要求，为后期长期稳定运行提供基础。
大连泰山热电有限公司一次调频优化前后，网调一次调频考核系统数据如图3、图4所示。
网调考核后扣罚时间显示，一次调频优化前调频扣罚时间为587 min，一次调频优化后扣罚时间平均值为72.9 min。扣罚时间减少87.6%，扣罚金额也相应减少，减少了扣罚金额对该电厂经济效益的影响。
通过对大连泰山热电有限公司DEH侧一次调频功能优化使该机组一次调频考核指标B1、B2、B3及Bu均有所改善，发挥机组最大潜能，提高了机组涉网服务能力，促使电网频率稳定安全运行。同时，降低了电网调度对机组的考核扣罚分数，减轻了考核扣罚给电厂经济效益带来的影响。
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