200MW机组一次调频存在的问题和解决办法

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摘要：文章通过对下花园发电公司200mw机组一次调频控制中存在的问题和解决办法的介绍，通过几种不同投入方式的试验和分析，表明“CCS+DEH”方式的调节性能较好，是目前投入一次调频功能的最优方式。

关键词：一次调频；功率闭环；前馈回路；调门流量特性

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）16-0119-03

下花园电厂200MW燃煤机组，锅炉为上海锅炉厂制造的670t/h中间再热自然循环亚临界汽包锅炉；汽轮机是东方汽轮机厂制造的N200-13.4/538/538型凝汽式汽轮机；DCS系统采用日立公司的HIACS5000型分散控制系统。现投入一次调频运行良好。

1 下花园电厂机组一次调频存在的问题

下花园电厂200MW机组在DCS系统中设计有一次调频功能，但是由于一次调频系统存在以下问题，一次调频功能自机组投入运行以来都没有正常投入。此次我们利用机组停备机会彻底解决这些问题，以满足电网对电厂调频的需要。

（1）功率闭环回路存在问题使机组出现反调。

（2）前馈回路存在问题使低负荷调频效果较差。

（3）调门流量特性流量曲线是非线性的。

2 针对以上问题提出解决办法

第一，针对问题（1）通过实验我们发现问题是在DEB协调运行方式下，一次调频满足动作条件时，调速系统立即动作，压力控制回路对压力偏差进行迅速调节，一次调频动作指令与输出的综合阀位指令方向相反。如图1为未进行调节级压力定值补偿的一次调频动作情况，可看出调节级压力回路的输出、调节级压力和负荷均有明显的反调。

解决的方法：将频率作为前馈信号引入协调功率协调控制器经过对压力定值的前馈调整，使得在调频作用时，机前压力定值能随网频变化而变化。如图2加入了调节级压力定值补偿的一次调频动作情况，可看出调节级压力回路的输出、调节级压力和负荷均能持续，调频效果明显改善，如图3。

第二，针对问题（2）调速侧前馈回路存在的问题使低负荷调频效果较差，我们通过实验发现设计一次调频时，一般是根据机组运行的额定参数进行设计的，因此当主汽压力低于额定压力时，相同的频差触发的调频阀位增量，不能响应成相同的调频负荷，因此，需要对主汽压力进行校正，以达到调频负荷响应的准确性。如图4无机前压力修正环节。

解决的方法：我们在前馈回路增加机前压力补偿环节。加入压力补偿后，综合阀位指令增量加大，一个阶越后负荷调频负荷就响应到位，CCS校正回路也保持这一综合阀位指令，直到调频结束。如图5前馈回路增加机前压力补偿。

第三，针对问题（3）调门流量特性流量曲线是非线性的使得调门不能很好地响应指令的变化，这是我们通过长期运行观察发现的3个问题。

（1）阀门调频增量不足，速度变动率实际设计过大。

（2）顺阀运行方式，工作在阀间切换工况时，调频效果差。

（3）顺阀运行方式，阀门特性较差，调频效果差。

解决的办法：我们根据上述公式对高调门进行整定，使阀门特性趋于线形。阀门整定前后特性如图6、图7所示。

3 对上述问题解决后对一次调频功能做整体试验

在设置好DEH系统及CCS系统中一次调频的相应参数后，可以分以下3种情况进行了一次调频的试验：（1）DEH侧投入；（2）CCS侧投入；（3）“CCS+DEH”方式。因此我们对这三种方式进行分析。一次调频试验采取在DCS系统中强置信号的方法进行。

如图8a所示，在DEH系统单侧投入一次调频，此时DEH处于本机控制方式。人为地给机组加入+15r/min转速的阶跃扰动，与DEH负荷给定值叠加后经调压力回路修正、功率回路，最后由阀门控制程序输出汽轮机调门的开度信号，改变机组负荷。功率由180MW稳定在165MW，时间为2分钟，调节过程存在一定的超调现象。主汽压力由13.3MPa到稳定在13.5MPa也出现了小幅的升高。

如图8b所示，在CCS系统一侧投入一次调频时，这时机组CSS投入，DEH处于远控状态，机组目标负荷不变，负荷180MW。此时负荷变化相对缓慢，一次调频动作时间为5分钟。

如图8c所示，在DEH系统和CCS系统一起投入一次调频，机组处于CCS方式运行，负荷180MW，在DCS工程师站加入-15r/min转速的阶跃扰动。此时DEH侧一次调频是纯比例调节，调门的流量特性曲线及主汽压力决定了负荷的变化。机组功率从180MW上升稳定于195MW，时间为3分钟，在这个过程中主汽压由13.5MPa下降到13.2MPa。

由上述模拟实验结论可得出：一次调频只在DEH侧的方式动作时间最短，却有一定的超调量；一次调频只在CCS侧的方式动作时间最长，负荷变化相对缓慢；一次调频在“CCS+DEH”方式下具有以上两种方式的特点，即机组主汽压力相对稳定，一次调频具有很快的响应速度。

4 结语

从近年来投入一次调频功能运行状况来看，一次调频运行状况良好，能够满足电网的要求。所以功率闭环回路、前馈回路、调门流量特性流量曲线是电厂一次调频最为重要的三个部分，我们只要解决好上述三方面的问题，一次调频就能发挥电网调节的作用。

参考文献

[1] 肖增弘，徐丰.汽轮机数字式电液调节系统[M].北京：中国电力出版社，2003.

[2] 尚勇.供热发电机组一次调频策略及其优化[J].电气技术，2009.

[3] 王一振，马世英，王青，马世俊.大型火电机组动态频率响应特性[J].电网技术，2013.