电厂一次调频控制策略的分析及优化

DCS 的一次调频控制方案进行改进, 如图 2 所示 ( 图 2 中为参考 数值 ) , 以避免 DCS 侧 调门动作方向 与 DEH 侧一次调 频方向相反。图 2 为实现保护功 能 的逻辑图。 当转速偏高 2 r /m in 时, 即转速 大于 3 002 r / m in, 频率偏高时的一次调频动作, DEH 侧将使调门 关。此时 DCS 汽机主控接受闭锁增指令, 汽机主控 输出只能减少, 也就是说调门只能关。如果发生主 汽压力比压力设定值大 0 . 3 MP a 以上或负荷比负荷 设定值小 4 MW 以上时, 闭锁增功能解除。转速偏 低时与此情况类似。
F ( x )为图 1 中一次调频变负荷曲线表 示的函 数 , Y 轴负荷变成调门开度。汽 机根据实际转速 与 3 000 r/m in 的偏差, 通过 F ( x ) 转换成调门指令 2 。 一次调频要求系统快速动作, 因此没有速率限制。
图 3 DEH 一次调频控制方案
一次调频功能根据 DEH 功率回路自动及手动 2 种运行方式对应以下 2 种控制方案 : ( 1 ) DEH 功率 回路自动方式时 , 一次调频作为功率指令的校正信 号加到 P ID 设定值端 , 通过 P I D 控制运行, 即相应调 节汽轮机调门, 以保证机组实际负荷等于校正后的 功率指令。该方法的优点是频率偏差与机组负荷变 化成一定关系, 在机组运行的任一工况下, 一定的频 率偏差理论上产生同样幅度、 速率的负荷变化 , 有利 于二次调频功能的运行。 ( 2) DEH 功率回路自动方 式未投时, 一次调频指令直接输出到阀门管理程序 , 保证机组调门开度指令经一次调频校正后输出 , 改 变负荷和频率。该方法的优点是一次调频功能可在 功率回路解除时正常投运; 并且当汽轮机调门控制 从 DEH 系统控制 ( LOCAL 方式 ) 切 换为 CCS 控 制 ( REMOTE 方式 )后 , DEH 侧的一次调频功能仍可起 作用, 且由于不经过调节器 , 一次调频功能的响应速 度很快 , 基本上没有延时。 4 . 2 DC S侧一次调频控制方案 DCS 侧一次调频功能控制方案如图 4 所示。 图中 F ( x )设置为图 1所示的变负荷曲线。电网
1 电力系统频率变化及电厂一、 二次 调频
电力系统频率和有功功率控制通常称为电力系 统自动发电控制 ( AGC ), 它通过控制发电机有功出 力来跟踪电力系统负荷变化, 从而维持频率为额定 值 ; 即依靠控制系统内所有发电机组的有功功率输 出总和与系统内用电负荷相等来实现。当上述平衡 被破坏时, 频率发生偏移。当系统内有功功率输出 小于用电负荷时 , 电网频率将降低; 当系统内有功功 率输出大于用电负荷时, 电网频率将升高。因此, 电 力系统负荷调节与频率调节不矛盾, 它们调节的方 向一致。
4 电厂 DCS及 DEH 侧一次调频实例 分析
九江电厂 300 MW 机组的 DCS 及 DEH 均为日 立公司提供, 2 套系统均设计有一次调频的控制 方 案。这两套一次调频系统各有优缺点: DEH 侧一次 调频的优点是动作迅速 , 缺点是调节品质较差, 对机 组稳定运行影响较大 ; 而 DCS 侧一次调频的优点是 机组波动幅度较小 , 但对频率偏差响应较慢。这两 套一次调频功能可单独投入 , 也可同时投用。同时 投用使这两套系统相得益彰 , 又快又稳地一次调频 , 但控制系统较复杂。
3 一次调频控制方案的优化
3 . 1 DC S侧与 DEH 侧一次调频的不协调 当机组投入协调自动控制时, 电网一次调频与 机组负荷调整之间会产生不协调。以 AGC 方式为 例 , 汽机调门同时受控于数字电液控制系统 ( DEH ) 侧的频率偏差和分散控制系统 ( DCS) 侧 AGC 指令。 汽机调节系统一次调频动作后, 实际负荷发生变化 而机组的 AGC 功率指令并未变化。 DCS 侧 要求汽 机调门朝相反方向调整机组出力 , 因此 , 会造成机组 调节过于频繁, 引起系统振荡。
近年来 , 电网负荷大幅上升 ; 同时 , 电网峰谷差 进一步加大 , 因此, 保持电网频率稳定 , 对保证供电 质量尤为重 要。下面叙述 电力系统频 率的控制 策 略。
机组的调频功能是当电网发电有功功率与用电 负荷不平衡后 , 机组调速系统根据电网频率的变化 (频率偏差 50 H z左右。 频率调节包含一次调频和二次调频。一次调频 是电网内运行机组的调整器在没有手动和自动调频 装置参与调节时, 通过调节汽机高压调门, 自动改变 汽轮机进汽, 利用机组蓄热快速响应电网频率的变 化 , 使发电机输出功率与电网负荷变化平衡来维持 电网频率。一 次调频只与调速 器的结构 和工作 原 理、 调速系统的工作特性等有关。二次调频是通过 手动或自动装置改变调速器功率的给定值 , 来调节 汽轮机的进汽 , 维持系统频率的调节方法, 也称为电 力系统频率的二次调节。 机组参与电网一次调频的程度取决于汽机调节 系统速度变化率 ( 调节系 数 ) 和不 灵敏度 ( 频差 死 区 ) 。速度变化率反映了机组一次调频的能力, 而频 f ) 改变机组出力 , 将电网频 率稳定 在
中图分类号 : TM 761+ . 23 文献标识码 : B 文章编号 : 1000- 7229( 2005) 09- 0006- 03
Analysis and O pti m ization on C ontro l Strategy o f Pri m ary Frequency R egulation in Pow er Plants
2 种一次调频方式会使汽机调门朝相反方向调整 , 造成机 组调节过 于频繁 , 引 起系统振 荡。因此 , 有必 要对 DCS 侧一 次调频控制进行优化改进。通过对一次调频闭 锁增、 减逻辑的重新设定 , 使得 2 种一次调频方式可 单独使用或 联合使 用。 [ 关键词 ] 电网 电力系统频率 一次调频 控制策略 优化 改造
are t w o w ays for th e pri m ary frequency regu lation of un its : at D CS side and DEH s ide. Both w ays m ay regulate the turb ine check valves in th e reverse d irection , w h ich resu lts in too frequen t regu lat ion of th e un it and cause the syste m oscillation . Therefore it is necessary to i m prove and op ti m ize the p ri m ary frequency regu lat ion at DCS s ide. Through resetting the b lock ing in crement and d ecrem ent logic of the pri m ary frequ ency regu lat ion both w ays can be ind ividually used or u sed in comb in at ion. [ K eyw ords] pow er net w ork ; frequ ency of pow er system; p ri m ary frequ ency regu lation ; con trol strategy; op ti m ized retrofitt ing
8 4 . 1 DEH 侧一次调频控制方案 DEH 侧一次调频控制方案如图 3所示。
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频率偏差经过函数发生器 F (x ) 后产生负荷的变化 值, 加在经速率限制后的功率指令上后作为设定值输 入到 P I D 调节器的 SP 端。该方法的优点是: 频率或 转速的偏差与机组负荷变化成一定关系。在机组运 行的任一情况下, 一定频率 (或转速 ) 的偏差理论上产 生同样幅度、 速率的负荷变化 , 这有利于二次调频功 能的运行。该方法的缺点是: 由于作为设定值的校正 信号, 使得一次调频功能必须在 CCS 的功率 P ID 回路 投入的情况下才能起作用。当 CCS 由于某种原因没 投功率回路时, 一次调频功能不能投运; 由于经过调 节器, 一次调频功能的响应时间受调节器的参数控 制。 CCS 方式下, 负荷指令改变了汽机主控和锅炉主 控的输出, 一方面开关调门改变负荷来维持电网频率 的稳定 , 另一方面改变燃料量等以补充锅炉的能量损 失, 使机组达到新的平衡。
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V o.l 26 N o . 9 Sep , 2005
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2005 年 9 月
E lectric Pow er Constructio n
电源技术
电厂一次调频控制策略的分析及优化
龚雪丽
( 江西省电力试验研究院 , 南昌市 , 330006)
[摘
要]
为保证供电质量 , 保持电网频率稳定尤为重要。目前 , 机组一次调频有 DCS 侧与 DEH 侧控制 2 种方式 , 这
Gong Xueli
( J iangx i P rovin cial E lectric Pow er T est R esearch Inst itu te, N anchang C ity , 330006)
Biblioteka Baidu
[ Abstract]
It is especial ly i m portant to m ain ta in the stab le pow er network frequency to en su re the quality of pow er supp ly. A t p resen t th ere
图 1 机组一次调频的变 负荷特性曲线 图 2 一次调 频闭锁增 、 减逻辑图
当频率偏差在死区内, 即转速偏差在 ! n1 以内 时 , 变负荷指令输出为 0 , 机组不参加调频。设置死 区是为避免机组输出功率的频繁抖动 ; 当频率偏差 超出死区范围后 , 机组根据超出大小进行机组负荷 调整, 从而调整电网频率。机组负荷的调整以最大 变化量 PM W 为上限 , 当频率偏差超出上限, 即转速 偏差超出 ! n 2时, 维持负荷的最大变化量 ; 当频率 偏差超出上限, 即转速偏差超出 ! n 3时 , 机 组使用 甩负荷超速保护功能。 另外, 由于 DEH 一次调频动作迅速, 但极易 引 起主汽压力较大波动 , 不利于机组稳定运行。为更 好地维护机组安全 , 建议在 DEH 侧的一次调频回路 中 , 增加主汽压力高于设定点 ( 0 . 4 M Pa) 时闭锁减 ; 主汽压力低于设定点 ( 0 . 4 MP a)时闭锁增。 以上参数为预设值, 需在静态及热态试验中调 整 , 使其满足一次调频负荷变化的要求又不影响机 组稳定运行。试验合格后确定最终参数。
收稿日期 : 2005- 03- 24
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差死区则反映了系统一次调频作用的起始点。
3 . 2
DCS侧与 DEH 侧一次调频控制的优化改进 原逻辑设计中没有考虑这种情况, 因此 , 建议对
2 一次调频函数曲线及确定技术参数
根据汽轮机及调节系统参数, 即汽机调节系统 速度变化率、 不灵敏度 、 一次调频动作初值、 一次调 频函数曲线 ( 转速偏差与负荷变化 关系曲线 ) 及调 速系统的工作特性 , 预设机组以下一次调频能力的 技术参数: 频差死区、 速度变化率、 一次调频负荷范 围、 一次调频最大功率。一次调频的变负荷特性曲 线如图 1。
图 4 DCS一次调频控制方案
5 一次调频的几种控制策略及分析
通过对 DEH、 CCS 各种一次 调频的分 析, 系 统 衍生出以下几种调频方式。 5 . 1 单独使用 DEH 方式下的一次调频 5 . 1. 1 DEH 系统手动或阀位控制方式下的 DEH 一 次调频功能, 相当于以前同步器液调机组的一次调 频功能。其优点是负荷响应速度很快 , 但由于阀门 流量的非线性及不同参数运行的工况 , 静态不能准 确达到对参数指标的幅度要求。 5 . 1. 2 DEH 系统功率回路自动方式时的 DEH 频率 校正 ( 调频 ) 功能, 其优点是负荷响应速度快, 静 态 可以达到对参数指标的幅度要求 , 但是该状态不能 参加机组的 CCS 及 AGC 调节。 5 . 1. 3 DEH 系统在遥控方式, 汽机主控在手动 方 (下转第 15页 ) 式时的 DEH 一次调频功能, 此时相当于方式 5 . 1 . 1 。