电力新常态下火电调频优化方法综述

电力新常态下火电调频优化方法综述

赵广家

（陕西能源赵石畔煤电有限公司陕西榆林719000）

摘要：在我国各项经济不断攀升的同时，火电机组的容量不断增大，以及电网动态的稳定性不断提升，电网的不断发展对火电机组的安全性和反映速度也随之不断地增加。火电机组一次调频对供电质量和电网运行安全有较大影响，可以通过一次调频控制系统对调频机组的加减负荷进行一定程度的控制，控制到机组频率工作时需要的额定范围。因此必须给予足够重视，寻找科学有效的方法来提高其负荷变化幅度及响应速度。

关键词：电力新常态下；火电调频；优化方法

引言

近些年，随着我国宏观经济过渡到稳步发展阶段，电力的生产、传输和消纳进入新常态，这对火电机组调频能力提出了更高要求。

1电力新常态下调频影响因素分析

1.1受机组抽汽供热制约

北方地区进入冬季供热期后，机组绝大多数运行在抽汽供热状态而非纯凝工况，由于供热机组的大量对外抽汽，其运行方式是“以热定电”，即机组的发电量是要受到其供出热量制约的。此类机组在接近额定负荷运行时如发生一次调频动作，其电负荷将很难达到理论值，甚至不做响应。而在低负荷区域其一次调频的下调幅度也会受到一定限制，影响机组运行的稳定性，因此供热机组对一次调频特性的影响尚需进一步评估。

1.2低负荷调整难有下调空间

近年来，北方地区火电机组建设过多，而电力用户增长较少，电力供需矛盾突出，发电机组利用时间低，部分地区旋转备用容量超过５０％，绝大多数机组长期处于低负荷运行状态，基本运行在接近机组的稳燃负荷之上，难有下调空间。机组在接近稳燃负荷区运行时如果突然向下较大幅度的调节负荷，将对机组的安全稳定运行造成较大影响，发电企业对此多有抵触情绪。与此相反的，额定负荷运行的供热机组，其向上响应一次调频的能力也将大打折扣，较难达到规定的指标要求。

1.3调节系统发生重大改变后未及时验证

火电机组在大型检修后未及时进行一次调频试验验证，使机组的一次调频的较多参数设置不符合要求，导致机组一次调频的功能不完善等情况时有发生。针对此种情况，Ｑ／ＧＤＷ６６９—２０１１第８．２条定期试验要求规定：“机组大修或机组控制系统发生重大改变后，应重新进行一次调频试验，以保障一次调频性能和机组安全（重大改变包括：ＤＣＳ改造、ＤＥＨ改造、控制方案及一次调频回路主要设计参数改变等）。”

2电力新常态下火电调频优化方法

2.1高压加热器旁路调频

高压加热器（高加）系统一般会设置自动旁路保护装置，其中给水大旁路是为所有高加设置一个公共旁路，给水小旁路是为每台高加单独设置一套旁路，现应用较多的是大旁路系统。高加旁路调频本质上利用了高压抽汽和省煤器的蓄热能力。具体原理为：当要求机组增加出力时，开启给水流量调节旁路，使一部分给水流经旁路减小高加的给水流量，抽汽量减少，流经汽轮机通流部分的流量上升，功率瞬时增加；同时，通过给水旁路直接进入锅炉的这部分给水，可以利用省煤器较大的蓄热来弥补高加系统回热加热的热量缺失，在省煤器出口达到正常温度。

2.2补汽阀参与调频

设计补汽阀的目的在于提高机组最大出力，一般从调节阀前阀体引出蒸汽经过补汽阀后分2路回到高压缸第5级开始做功。目前，补汽调节阀平时不会开启，仅在过负荷情况下使用，可以挖掘正常负荷内补汽调节阀的负荷调节能力。补气调节阀调频原理是在机组需要增加出力时，即使调节阀的开度已经很大无法继续开大，也可以通过打开补汽阀调节来改变流量。但是如果补汽调节阀频繁动作，会出现振动、轴瓦温度变化剧烈、经济性差等问题，因此该调频策略适合作为一种辅助调频措施，尤其在电网故障引起较大频差的情况下意义重大。

2.3调节阀流量特性的优化

汽轮机调节阀流量特性是指调节阀开度与通过的蒸汽流量的对应关系，一般由生产商给出，但机组长期服役后由于制造、安装或检修过程的工艺不佳、质控不严以及设备运行损耗等原导致实际流量特性会与出厂值产生较大偏差。如果控制系统中调节阀管理曲线与实际调节阀流量特性相差较大，就会出现负荷突变或调频缓慢的问题，影响机组的安全性和调频能力。目前优化方法有2种：1）进行流量特性试验，可以得到比较准确的流量特性，但现场试验会耗费较多的时间和人力物力；2）仿真出机组调节阀流量特性，或从理论方面研究不同调节阀前后压比下，调节阀升程与流量的关系特性。但理论和仿真的方法更多是在宏观层面探究调节阀的机理和规律，并不完全适用所有机组的实际情况。海量的运行数据为调节阀流量特性的建立提供了基础数据，且近些年有关大数据的挖掘算法技术趋于成熟。基于关联规则的数据挖掘方法已在火电的运行优化中取得了较好的应用，其中Apriori的模糊关联规则算法、Savitzky-Golay算法可用于历史数据的挖掘。具体步骤为：1）基于运行数据建立与调节阀流量特性关联的历史数据库，包括机组功率、调节阀流量指令、各调节阀实际开度、主蒸汽压力温度、调节级压力等；2）得到较为有效的调节阀流量特性，通过模拟仿真验证配汽特性与实际数据是否相符合。

2.4DEH与CCS系统相互协调

火电机组一次调频功能能够根据以下控制方法投入：①DEH控制系统单独投入；②CCS控制系统单独投入；③DEH控制系统（遥控方式）与CCS控制系统同时投入，即“CCS+DEH”方式。如前所述，无论是DEH控制系统还是CCS控制系统，单独投入一次调频功能效果均不十分理想。同时，若CCS控制系统不投入一次调频功能，则由DEH控制系统一次调频动作产生的负荷变化量会被CCS控制系统负荷控制回路的负荷调节作用拉回，产生反调。因此，火电机组要想充分发挥一次调频功能，采用DEH与CCS控制系统同时投入一次调频功能是最佳选择，即采用“CCS+DEH”方式投入一次调频功能，这也是当前火电机组采用的常规方法。电网频率信号精度较低，一般由DEH控制系统将机组转速差或转速信号送至CCS控制系统，保证CCS控制系统一次调频动作产生的调节阀开度指令或流量指令与DEH控制系统一次调频动作指令同步。同时，CCS控制系统改变锅炉指令，使锅炉与汽轮机能量保持平衡，维持机组运行参数基本稳定。DEH与CCS控制系统同时投入一次调频功能，既能够保证电网中负荷与频率发生变化时调频功能的灵敏度，实现快速、有效的响应，还能够保证调频负荷的准确性和调频效果的持续性。频差出现时，DEH控制系统能够迅速地接收到一次调频信号发出调节阀调节指令，实现快速响应，满足电网需求。换一个角度来说，DEH控制系统一次调频是开环调节，发挥着前馈的作用，将电网频率稳定在一定范围内，属于有差的比例调节。当调频信号传送到CCS控制系统负荷设定回路时，主控制面板会发出负荷增减指令，实现负荷的闭环调节，提高负荷调节精度，巩固DEH控制系统一次调频的调节成果，维持频率与负荷的稳定性。因此，协调控制系统对汽轮机发出的调节阀指令与DEH控制系统一次调频动作保持一致，火电机组一次调频功能才能够完全发挥出来。

结语

电网的保质保量、安全稳定运行直接关系着国民经济和千家万户的利益，确保其能够稳定、优质运行是电力企业必须要担负的责任和义务。一次调频功能的实现可以对电网安全和电能质量带来更好的保障，必须具备相应的技术条件和物质条件使其得以实现，为电力行业更好、更快地发展保驾护航。

参考文献

［1］王舒.1000MW超超临界机组一次调频的研究与优化[D].北京:华北电力大学,2013:49.

［2］刘吉臻,曾德良,田亮,等.新能源电力消纳与燃煤电厂弹性运行控制策略[J].中国电机工程学报,2015,35(21):5385-5394.