315MW机组一次调频动作准确率低的原因分析及功能优化

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Power Operati o n
315MW机组一次调频动作准确率低的
原因分析及功能优化
三河发电有限责任公司维护部曹旭胡佳佳赵大伟
摘要：通过对#3机组当前不满足新版一次调频功能的考核指标原因具体分析，有针对性的研究新型控制策略，有效地提高了机组一次调频的能力，保障电网频率稳定。

关键词：火电机组；一次调频优化；DCS；DEH；两项细则；积分电量
2018年1月华北电网发布了新的《华北电网并网电厂一次调频性能考核办法（华北能监局
征求意见稿）》，并同时更新了电网的一次调
频考核系统，引入并网电厂一次调频动作15秒响应指数、30秒响应指数、60秒积分电量的考核指标及
计算办法，进一步提高了电网对于并网电厂的一次
调频考核标准。

具体规定如下：对于煤电机组15秒出力响应指
数小于75%为不合格；对于燃气机组和水电机组15
秒出力响应指数小于90%为不合格；对于煤电机组
30秒出力响应指数小于90%为不合格；对于燃气机
组和水电机组30秒出力响应指数小于100%为不合
格；对于所有煤电机组、燃气机组和水电机组电量
贡献指数小于75%为不合格。

1目前存在的问题及分析
华北电网一次调频考核系统上线运行，具体到
三河电厂的一次调频响应次数及动作率而言，根据
华北电网通报的一次调频考核新规下的考评结果
为：电量考核144MW,15秒、30秒响应出力指数
及电量贡献指数的采集次数、合格次数、合格率（%）
分别为33/6/18.8,33/4/12.2/33,33/9/27.2,一次调
频采集总次数99、合格总次数19、总合格率19.1%，
其存在以下问题：
大部分不合格的15秒出力响应指数都只到了
20%左右，远低于新标准所要求的75%；基本上15
秒出力响应评价不合格的情况下30秒出力响应也不合格，且大部分不合格的30秒出力响应指数都只到了30%左右，同样远低于新标准所要求的90%；电量贡献指数评价难以合格，且发现部分15秒、30秒出力响应评价合格甚至优秀的情况，最终因机组调频出力的持续性不够而导致电量贡献指数不达标被考核。

华北电网一次调频考核系统中存在部分机组的功率信号不同源现象，同时电网一次调频考核系统中采用指定的电网线路频率（即网频）作为一次调频的考核触发信号，而机组中一次调频触发逻辑所用信号绝大多数采用的是机组转速信号，少部分采用的是技术改造后的发电机端高精度频率信号。

目前电网正常运行时（没有线路事故），绝大多数的网频小扰动范围在0.04~0.05Hz/2.4~3rpm以内，即实际转差在超出2rpm死区后仅0.4~1rpm。

从精度上要求一次调频的转速或频率偏差应该小于0.4rpm 或0.0067Hz，否则一次调频动作无法准确触发进而被考核。

同时从时间指标上也要求转速和频率信号基本同步。

综合以上分析，机组对于一次调频响应的快速性、持续性都不够；另一方面，出现了在一次调频动作期间AGC指令方向与一次调频动作方向相反而引起反调作用的情况，需增加一次调频动作优先即一次调频动作期间AGC反向闭锁的功能；为保证组一次调频性能指标提升，也要解决好一次调频中核心的机组转速、机组频率、有功信号的同源性和精度问题（建议使用机组转速信号作为一次调频
Power Operation
触发条件的改用高精度频率信号)。

因此须针对本次考核指标的结果进行调整，对机组的一次调频功能进行完善，减少一次调频考核。

2控制策略优化方案
通过对比实施细则中的有关技术标准，针对当前#3号机组存在的问题，将控制优化方案分为CCS 和DEH系统单独进行|1]:
针对CCS系统采用精确的一次调频闭环控制策略，采用一次调频与AGC动态解耦技术，主要解决一次调频的响应持续性低的问题|2]。

机组一次调频与AGC变负荷方向相反时，发电机组优先执行一次调频的变负荷任务；当电网频率低于额定频率0.05Hz或转速小于2997rpm时，应闭锁AGC 或CCS减负荷的指令；当电网频率高于额定频率0.05Hz或转速大于3003rpm时，应闭锁AGC或CCS加负荷的指令；闭锁指令出口为脉冲指令，脉冲时长为输入为1的持续时间，不超过60秒。

DEH侧则通过建模试验获取不同负荷段机组调速系统的多模型(针对90%Pe、80%Pe、70%Pe、60%Pe分段调整动作幅度)，并借助快动缓回、分段不等率设置、压力修正、时间修正等多种方法，综合解决机组一次调频过程中15s、30s响应指数不达标(快速性欠缺)以及积分电量不达标(持续性欠缺)的问题。

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•S3....
图1基于调速系统多模型预测的一次调频优化控制策略负荷修正：用于削弱流量特性曲线非线性给调频效果带来的干扰；分段不等率：转速不等率采用分段设置，增强机组在低频差段的调频效果，将转速偏差在(—2.4,—2.1)、(2.1,2.4)时，不等率设为3%(3.89MW/rpm)；转速偏差在(一3.6,-2.4)、(2.4, 3.6)时，不等率设为3.3%(3.54MW/rpm)；快动缓回：此策略保证了一次调频的“快动”性能，并且在频率的恢复过程中，通过速率限制使调频作用缓慢地随频率偏差恢复，从而提供更多的调频电量；压力修正：基于压力变化进行调频量补偿，修正综合阀位指令与主汽流量之间的非线性干扰，其中设定压力Ps与实际压力Pt的比值用于减少主汽压力偏差对调频效果造成的影响；时间修正：从时间角度对补偿增益进行变参数设置。

图1中的修正函数如下：F(x)对应的函数，机组实际负荷MW(0,200,300,350,400),对应输负荷MW(350,150,50,0,0);F1(x)对应的函数，转差rpm(-15,-11.9,-3.6,3.6, 11.9,15),对应负荷修正量MW(-21.59,-21.59,0, 0,21.59,21.59);F2(x)对应的函数，转差rpm(-15, 2.09,2.1,2.4,3.6,15),对应负荷修正量MW(0, 0,1,2.17,6.41,6.41);F3(x)对应的函数，转差rpm(-15，-3.6，-2.4，-2.1，-2.09，15)负荷修正量MW(-6.41,-6.4,-2.17,-1,0,0)。

F11(x)~F15(x)通过一次调频系统模型试验后获得，试验负荷点的选取根据确定的一次调频试验负荷范围50~100%Pe，按照一定的负荷区间选取试验点(按照现场实际阀门流量特性合理调整试验负荷点)，在特性变化大的区间增大取点密度。

#3机组选取175MW-210MW-260MW-315MW,手动模拟实际转差或手动提高额定转速的方式，分别进行包含死区转差士2.5rpm、±3rpm、±4rpm、±6rpm的试验，根据调频试验测试结果进行该负荷段下的机组建模，并进行一次调频控制相应各项参数以及压力设定值(滑压曲线)的优化；在每个负荷点都得到一组负荷-压力-综合阀位对应关系，整个负荷段下来，得到一簇负荷-压力-综合阀位对应关系曲线。

3实施效果
三河#3机组实施一次调频优化后，一次调频的响应次数以及动作率都大幅增强，分别调取电网对三河电厂2020年8月份#1、#2、#3号机组一次调频动作合格率，结果显示#3机组一次调频合格率为76.87%，未优化的#1、#2机组的一次调频合格率分别为18.14%和28.15%,#3机组一次调频动作合格率远高于未优化机组。

对优化后的#3机组一次调频考核合格率根据时间轴进行分析，从2019年3月至12月份，可看到随着优化方案的实施#3机组的合格率从最初的19%提升至76.8%。

此次控制策略的优化大幅提升一次调频性能，并取得#3机组一次调频
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Research papers
调配单方面应明确体现货物入库量的核实数量，并实现相关数据的系统读取与票单转化。

在入库操作方面，系统应将已转化生成调配单传输至PDA、平板电脑等手持终端设备处，辅助入库人员完成对货物实际数量、规格型号、性能状态的核对检查。

检查完成后即可基于特定程序代码驱动输送、码垛等机械设备执行入库任务；在设计出库管理模块时相关人员主要应关注出库需求单与出库操作两个方面,与入库需求单、入库操作的设计思路基本相同12|。

库存管理的模块设计。

库存管理模块主要用于货物当前库存状态的查询与盘点，具体功能包含库存查询、箱码查询、托盘查询、调配单查询等部分。

在设计中，各项查询信息均以Excel表格的形式输出与保存，同时应满足特定时间段的查询需求。

例如，若相关人员想要查询2018年4月到2019年5月的所有调配单，即可将起止日期输入或键入到库存管理模块的界面当中，并单击查询键进行票单信息的检索与提取。

在设计超重型自动化立体库的智能分析模块时,相关人员可进行PLC控制技术与多种传感技术的综合运用。

首先以标准的自动化立体库运行状态作为基础进行系统健康工况参数的预设;其后依托影像、温度、电压等传感器对自动化立体库的实际运行情况进行动态感知，并将相关信息传回至PLC控制器处；最后，若实际工况参数与预设工况参数存在过大偏离，则说明自动化立体库系统已存在异常问题,如设备失能、货物脱离等。

此时PLC控制器便可根据程序代码控制触发告警、制动等动作，从而在弱化故障影响的同时提醒相关人员及时进入现场进行故障排查与检修处理。

3.2硬件设计
在设计超重型自动化立体库的货架时，必须要凸显出自动化立体库纵向延伸的空间利用特点，在厂房条件允许的情况下可适当将仓库货位的层数、排数提至较高水平。

为提高仓储生产活动的便利性，防止人员、设备等的工作动线、运作空间发生冲突，相关人员还应做好巷道的规划工作。

基于超重型自动化立体库的特殊性，还需对货架的承载力提起重视，尽量选择防锈性能好、结构强度高的钢结构框架、货架片以及连接件。

在机械方面，超重型自动化立体库常用的设备有托盘输送设备、箱式输送设备、皮带输送设备、尺寸检测设备、码垛机器人、巷道码垛机等。

在设计实践中应根据仓储生产活动的订单量、库存量、出入库频率等具体需求，对各类机械设备进行针对性的选择。

例如，某自动化立体库用托盘输送设备的设计信息如下：托盘尺寸1300mmx1300mmx1690mm；输送重量800kg；输送速度16m/min；控制机制为PLC 控制+总线控制;主要电器元件品牌为施耐德、西门子；接线端子品牌为魏德米勒;机巨品牌为施耐德。

总之，将超重型自动化立体库应用到企业的生产实践中，与传统普通仓库相比能显著提高仓储空间利用率与仓储工作效率，并为人员、货物提供出高等级的安全保障。

在实践中相关人员应致力于实现出库、入库、库存、故障等多方面功能需求的充分满足，并据此进行总体架构搭建与模块细节设计，以确保超重型自动化立体库应用价值的充分发挥,为企业生产效益、生产效率、技术实力的综合提升夯实动能基础。

参考文献
[1]卢浩博,郑勇.现代物流与自动化立体仓库系统的
构成探究[J].产业创新研究,2020,20.
[2]秦萍.基于PLC控制自动化立体仓储系统设计探
究[J].中小企业管理与科技（下旬刊）,2020,10.
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合格率大幅提升的显著效果。

目前该套优化方案在三河电厂#3、4机组上均已实装且效果显著。

#3、4机组未优化时的一次调频的合格率分别为19.19%和7.07%，优化后达76.87%和58.71%，远高于未优化时期，后期将继续把该套优化方案推广应用在#1、2机组上。

随着绿色清洁电源在电网中的占比不断增长，挤占了常规火电机组的发电空间，导致常规机组并网数量在电网中占比减少，造成网频系统调频的能力下降，因此对并网机组的接入质量要求就更高，三河电厂此次进行机组一次调频性能优化，为提高电网运行的稳定性、降低电网频率的波动，增强电网的抗事故能力贡献一份力量。

匕
参考文献
[1]杨振勇，李卫华,骆意.火力发电机组一次调频问
题研究[J].华北电力技术,2008,1.
[2]陈小强,项瑾,等.1000MW机组一次调频性能优
化[J].中国电力,2010,4.。