火电厂凝结水调负荷一次调频策略优化研究

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  摘   要:神华重庆万州港电公司2×1050MW超超临界机组自投产以来主要采用汽机高压调门节流调节的协调控制方式,为了提高机组运行经济性,实现节能减排,采用基于凝结水节流的节能型协调控制系统,实现汽机高压调门全开或接近全开,同时满足机组的涉网性能。凝结水节流调负荷是指在机组变负荷时,在凝汽器和除氧器允许的水位变化范围内,通过改变除氧器上水调节阀的开度,改变凝结水流量,从而改变抽汽量,暂时获得或释放一部分机组的负荷,弥补汽机调门全开、负荷响应慢的缺陷,满足机组变负荷性能要求的同时,实现节能的效果。该控制功能增加了凝结水响应机组变负荷及一次调频功能的控制逻辑及锅炉控负荷、汽机控压力的新协调方式,并在此基础上增加汽机调门全开功能。通过凝结水侧及协调控制逻辑的设计,能够实现在满足机组变负荷及一次调频性能基础上,达到机组节能的目的。
  关键词:一次调频  协调控制  控制逻辑
  中图分类号:TM621                               文獻标识码:A                        文章编号:1674-098X(2019)08(b)-0036-04
  1  凝结水节流调负荷功能逻辑修改内容
  凝结水节流调负荷功能逻辑修改主要包括凝结水侧辅助回路逻辑修、新型节能型协调控制回路逻辑两个部分。两个部分修改的控制逻辑,仅在凝结水节流调负荷功能投用时有效,当该功能未投用时,仍依原有控制回路进行调节。
  1.1 凝结水侧辅助回路逻辑
  (1)增加凝汽器水位与除氧器水位的加权水位计算回路。
  凝结水节流调负荷功能投用后,凝汽器正常补水调节改为调节凝汽器与除氧器的加权水位。
  (2)增加低加疏水前馈回路逻辑。
  在#5、#6、#7低加正常疏水回路及#7低加疏水泵变频回路上增加了基于凝结水流量的前馈回路。
  (3)增加凝泵变频控制回路逻辑。
  400~1050MW负荷段,凝结水泵变频控制由原来控制除氧器水位修改为负荷指令的函数,负荷升高,凝泵频率升高;负荷降低,凝泵频率随之减小。
  (4)增加凝泵再循环控制回路逻辑。
  凝泵再循环控制回路由凝结水流量低于900t/h开启,750t/h开至100%的开环控制,改为调节凝结水流量的闭环控制回路。
  其中凝结水流量设定值为凝泵频率的函数,具体函数关系如表1所示。
  1.2 新型节能型协调控制回路逻辑
  (1)增加新的协调方式。
  增加锅炉调节机组负荷、汽机调节主蒸汽压力的新型协调控制回路。其中锅炉调节机组负荷回路为重新设计的控制回路,汽机主控回路采用原有汽机控制逻辑中的压力控制回路。新协调方式与机组原协调方式通过新协调方式投切开关进行方式切换,新协调方式投切开关逻辑。
  (2)增加新协调方式下汽机调门全开控制逻辑。
  为实现在新协调方式下汽机调门在全开位置,增加调门全开方式,该方式下,将原有压力设定值上叠加一负向偏置(-3.5MPa),在压力控制回路调节作用下,汽机调门开至全开位置。
  (3)增加变负荷判断及变负荷超调逻辑。
  增加在新协调方式下机组加减负荷判断逻辑,增加机组加减负荷过程的变负荷超调逻辑,并将变负荷超调量分别叠加到燃料、给水、风量控制回路中。
  (4)增加新协调方式下一次调频逻辑。
  在新协调方式下,增加一次调频增减负荷的判断逻辑及一次调频负荷指令逻辑。增加一次调频前馈逻辑,根据一次调频负荷指令折算成相应的燃料、给水、风量,并将其叠加到燃料、给水、风量控制回路中。
  (5)一次调频辅助控制逻辑。
  在新协调投入且汽机调门全开方式下,增加汽机主控回路响应一次调频减负荷的辅助调节逻辑。当电网频率较高时,快速关小汽机高调门开度,暂时释放一定的负荷量,达到电网频率高时快速减负荷的目的。
  (6)给水控制回路优化逻辑。
  新协调方式下,为能够更快的响应负荷的变化,增加给水惯性时间优化回路。在变负荷过程中,减小给水惯性时间,更快的增加给水。
  另外,给水控制回路中,原分离器温度控制回路改为了控制顶棚过热器温度。
  (7)增加凝结水节流调负荷功能投入及切除逻辑。
  增加凝结水节流调负荷功能投入限制条件,及异常自动退出条件。
  (8)增加加减负荷判断及闭锁逻辑。
  增加凝结水调负荷功能的加减负荷判断逻辑,并依据除氧器水位及凝汽器水位的波动情况的机组加减负荷及一次调频增减负荷闭锁逻辑。当除氧器或凝汽器水位波动超过设定边界值时,则闭锁凝结水节流调负荷功能。
  (9)增加除氧器上水调节阀主控制回路逻辑。
  新增除氧器上水调节阀主控制回路及变负荷、一次调频增减负荷至除氧器上水调节阀的前馈回路。当机组未处于加减负荷及一次调频过程时,除氧器上水调节阀控制回路调节除氧器水位,当机组在加减负荷或一次调频增减负荷过程时,除氧器上水调节阀主要响应机组负荷需求,并兼顾调节除氧器水位。
  (10)增加除氧器上水调节阀阀门限制逻辑。
  增加依据机组负荷及凝泵工频或变频频率自动阀限逻辑,避免因除氧器上水调节阀响应负荷过程中过度开大或关小造成凝结水流量过大或过小,进而影响到设备的正常运行。   (11)除氧器上水调节阀水位偏差限制逻辑。
  增加水位偏差限制逻辑。当机组处于加减负荷或一次调频增减负荷过程中时,自动扩大除氧器水位偏差死区范围,在水位偏差死区范围内,除氧器上水调节阀仅响应负荷需求,当水位偏差超过偏差死区时,除氧器上水调节阀恢复调节水位功能。
  (12)增加低温省煤器辅助变负荷逻辑。
  增加基于除氧器上水调阀变化幅度的前馈逻辑。在加负荷过程中,依据除氧器上水阀门变化的幅度,适当增大低温省煤器凝结水气动调节阀开度。减负荷过程,适当减小低温省煤器凝结水气动调节阀开度。
  2  凝结水调负荷一次调频优化策略
  2.1 大频差控制优化
  万州电厂在大频差下加负荷性能不佳,主要是由于之前发生了低频加负荷,蓄能已部分释放。针对这一问题,对凝水调频增加大频差工况控制,当电网频率变化超过4rpm时自动触发该功能,频率正常后恢复,大频差控制进行如下优化。
  (1)增加大频差时一次调频至除氧器上水调节阀响应幅度,从目前的动作幅度:-28~+38增大到:-58~﹢58。
  (2)降低一次调频至除氧器上水调节阀下限限值,从目前的35%开度下限降至20%(试验时,1号机组最低降至20%,2号机组最低降至10%),此时会自动开启凝泵再循环调节阀,故要求该阀在自动状态(如在手动,则不下调阀位)。
  (3)预留大频差时水位波动空间,目前水位调节范围为除氧器:1300~2400mm,凝汽器:600~1600mm,允许大频差时进一步放宽水位调节范围(定值待定)。同时大频差下扩大除氧器水位调节死区,适度延长恢复时间。
  (4)适度抬高除氧器水位设定值,降低凝汽器水位设定值,增大凝结水侧加负荷蓄能。
  (5)投用大频差一次调频减负荷时汽机调门回关功能,目前机组已具备这一功能。
  2.2 小频差控制优化
  分析目前的考核数据,主要有电网频率-机组转速不一致、凝结水蓄能不足、凝水调频退出等原因,对于小频差下的一次调频,进行如下优化。
  (1)优化一次调频负荷响应区间。分析考核指标及考核数据,当机组负荷低于580MW或高于1000MW时,一次调频免考核,因此对570MW以下一次调频加减幅度及1000WM以上加负荷幅度进行弱化。
  (2)优化一次调频动作时间。分析考核指标及考核数据,一次调频考核量仅记录1min。因此当一次调频动作单次超过65s开始复位一次调频,利于凝结水蓄能恢复。
  (3)适度抬高凝泵变频频率,以提高除氧器上水调门动作时凝结水流量的变化幅度,进而提高负荷响应量(主要针对减负荷)。
  (4)结合实际数据,优化一次调频加负荷动作幅度、一次调频快动慢回功能。
  2.3 一次调频控制优化逻辑修改
  (1)在T5控制器NJS CTRL LOAD里新增大频差控制逻辑,增加大频差低频动作信号及增加一次调频低于10s、一次调频高于25s以上时,当一次调频结束时快速恢复除氧器上水调节阀,以及一次调频持续时间超过65s时,自动恢复除氧器上水调节阀逻辑,如图1中方框所示。
  图1中方框所示为功能投用切换开关,依次为一次调频动作超过25s后一次调频结束时快速恢复除氧器上水调门切换开关、一次调频动作大于65s后快速恢复除氧器上水调门切换开关、一次调频动作低于10s时快速恢复除氧器上水调门切换开关以及一次调频大频差低频触发切换开关。投用时将红框内的ON/OFF切换开关置为1。
  (2)在T5控制器NJS CTRL LOAD里的变负荷前馈-2中增加一次调频大频差触发时自适应一次调频上下限幅度函数,以及一次调频快速切回功能。
  (3)在T5控制器NJS CTRL LOAD里的水位偏差限制逻辑页中增加一次调频大频差触发时自适应除氧器上水调节阀前馈上下限幅度函数。
  (4)在T5控制器NJS CTRL LOAD里的阀门限制逻辑页中增加一次调频大频差低频触发时基于凝泵频率的除氧器上水调节阀阀限函数,如图2中大方框所示。
  (5)在T5控制器NJS CTRL LOAD里加减负荷闭锁控制逻辑页中,增加水位超限闭锁回差功能,避免水位在限值附近来回动作,造成除氧器上水调门频繁波动。同时增加大频差时进一步扩大凝汽器液位计除氧器液位调节范围,增大大频差下一次调频动作能力。
  (6)在T5控制器NJS CTRL LOAD里的变负荷前馈-2中适度弱化了550MW以下负荷段的一次调频负荷修正函数。
  (7)在T5 CNDW MINFLOW RECIR RGLV-PA中凝结水最小流量再循环调节阀控制逻辑页中增加低频大频差的凝泵再循环自动投入脉冲信号。
  (8)在T5 CNDW MINFLOW RECIR RGLV-PA中NEW AUX控制逻辑页中增加低频大频差下基于除氧器上水调节阀快开凝泵再循环调节阀的前馈信号。
  3  提高机组一次调频动作合格率的策略
  万州电厂侧采用机端转速作为一次调频判断为依据,电网理论计算以板桥站为基准,由于信号不同造成一次调频出现多次反调。以9月27日为例,低频动作次数1549次,高频动作1401次,频繁动作导致除氧器水位限制闭锁一次调频动作或者频繁消耗锅炉蓄能,造成积分电量不足。实际有效动作次数超过15s仅有20多次。西南电网异步运行后,全网的转动惯量肯定减少,频率波动会加剧,类似于9月份调频动作情况,高频与低频1天的动作量总共有3000~4000多次,但实际有效动作(超过15s)不到30次,
  3.1 一次调频优化
  (1)前馈直接改接到PID后,因为设计时PID就是采用的非耦合PID而非经典PID,所以前馈直接改接到PID后,既可避免PID本身算法的影响,也不影响整体控制策略。
  (2)以1.6转为死区,可以增加有效动作判断回路,从9月份动作数据来看:
  ①有效动作316次,合格230次、不合格86次,合格率70.55%。
  ②响应滞后超过1s占有效动作次数(316次)3.8%。
  ③与其他电厂交流后,所有火电厂依据自己的实际情况都将低频动作死区改小,提前动作。所以在动作同步的情况下可以增加有效判断回路,减少调门扰动。
  (3)增加延时建议最多1s,出于三方面考虑如下。
  ①增加延时本身是在损失积分电量为代价,因为每一次动作我们无法预估实际动作多少,延时过大会使积分电量共享不足造成考核,之前做过统计增加延时1s可减少66.6%调门非有效动作次数。
  ②依據电网有效判断准则条件二:“有效扰动15s后超过0.035Hz且保持1s”。可以将延时1s与保持1s结合。
  ③考虑到高精度表的精度及延时1s增加至快动慢回回路,可以将门槛值定为0.036Hz(电网准则设定为0.035Hz),可以有效地减少低于0.036Hz内小偏差扰动。
  3.2 AGC考核优化
  依据网调汇报:AGC主站具有“当下发指令后机组未跟踪到位,则发出告警提示运行人员;若3次控制指令不跟踪响应,应自动退出AGC控制”。现我厂没有自动退出功能,但3次控制指令不跟踪响应会出现AGC响应缓慢造成考核。DCS侧可以增加3次控制指令不跟踪报警,利用扫描周期计算次数,3次后报警提醒运行。
  4  结语
  凝结水调频控制策略的优化,可以快速响应电网调节需求时, 机组锅炉侧响应滞后的特性, 大大改善了目前的AGC和一次调频性能, 电网考核款大幅减少。应用凝结水调频控制策略后, 锅炉侧的调节幅度减少, 机组的整体控制稳定性也得到了明显改善,在经济上及安全上达到良好的效果。
  参考文献
  [1] 刘红坤.提高一次调频效果的分析[J].汽轮机技术,2006,48(3):235-236.
  [2] 沈丛奇,归一数,程际云,等.快动缓回一次调频策略[J].电力系统自动化,2015,39(13):158-162.
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