火力發(fā)電廠一次調(diào)頻閉環(huán)控制策略研究與應(yīng)用

引言

隨著新能源電力的快速發(fā)展,風(fēng)光發(fā)電的不穩(wěn)定性對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生了不利影響。為維持電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定,電網(wǎng)對(duì)火力發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻性能提出了更高的要求?，F(xiàn)在,大型火力發(fā)電廠一次調(diào)頻采用的是頻率差函數(shù)發(fā)生器開環(huán)控制策略,這種控制策略反應(yīng)迅速,能夠快速消除電網(wǎng)頻率差,但是其準(zhǔn)確性無法保證,影響了一次調(diào)頻的性能。基于此,展開對(duì)一次調(diào)頻閉環(huán)+開環(huán)控制策略的深入研究,并提出解決方案,具有很大的應(yīng)用價(jià)值。

1火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作過程

圖1為機(jī)組一次調(diào)頻動(dòng)作過程評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算說明圖。以火電機(jī)組為例,從頻率偏差超出死區(qū)開始(即自A0時(shí)刻起),單臺(tái)機(jī)組開始快速響應(yīng)頻率的變化,按照各自靜特性相應(yīng)增大出力,隨著全網(wǎng)機(jī)組出力的增加,頻率逐漸穩(wěn)定并開始上升,直至頻率偏差恢復(fù)到死區(qū)范圍內(nèi)。

從圖1可以看出,從A0時(shí)刻起一次調(diào)頻開始動(dòng)作,理論出力與實(shí)際出力存在較大的偏差。雖然實(shí)際出力在最高點(diǎn)時(shí)與理論出力的偏差減小,能夠滿足一次調(diào)頻15s出力響應(yīng)指數(shù)和30s出力響應(yīng)指數(shù),但在機(jī)組調(diào)頻持續(xù)時(shí)間(A0一B0)內(nèi),由于實(shí)際出力和理論出力整體存在較大的偏差,在此期間機(jī)組一次調(diào)頻實(shí)際貢獻(xiàn)電量占理論貢獻(xiàn)電量的百分比(電量貢獻(xiàn)指數(shù))無法滿足要求。

2開環(huán)控制與閉環(huán)控制原理

2.1開環(huán)控制

開環(huán)控制是指控制裝置與被控對(duì)象之間只有順向作用而沒有反向聯(lián)系的控制過程,按這種方式組成的系統(tǒng)特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出量不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的控制作用產(chǎn)生影響,不具備自動(dòng)修正的能力。圖2為開環(huán)控制系統(tǒng)方框圖。

2.2閉環(huán)控制

閉環(huán)控制是將輸出量直接或間接反饋到輸入端形成閉環(huán)、參與控制的控制方式,也稱為反饋控制。其特點(diǎn)是系統(tǒng)自身利用負(fù)反饋產(chǎn)生的偏差所取得的控制作用再去消除偏差,使系統(tǒng)恢復(fù)到期望值上?？梢?閉環(huán)控制具有較強(qiáng)的抗干擾能力和消除偏差的能力。圖3為閉環(huán)控制系統(tǒng)方框圖。

3一次調(diào)頻閉環(huán)控制

本次一次調(diào)頻閉環(huán)控制的研究,要解決的是由發(fā)電機(jī)組實(shí)際出力與理論出力的偏差導(dǎo)致的一次調(diào)頻性能指標(biāo)不合格問題。將采用開環(huán)+閉環(huán)的復(fù)合控制,在一次調(diào)頻函數(shù)發(fā)生器的基礎(chǔ)上增加閉環(huán)控制進(jìn)行修正,來提高系統(tǒng)的控制精度。

3.1閉環(huán)控制設(shè)定值

在華北電網(wǎng)《一次調(diào)頻綜合指標(biāo)計(jì)算及考核度量方法》性能指標(biāo)計(jì)算過程中,一次調(diào)頻的起始功率為一次調(diào)頻動(dòng)作開始時(shí)刻的前10s平均功率,計(jì)算公式如下:

式中:PN為一次調(diào)頻起始功率:P0為實(shí)時(shí)功率:P10為前10s功率。

在電網(wǎng)頻率發(fā)生改變、一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí),統(tǒng)計(jì)動(dòng)作開始后10s內(nèi)的最大頻率差,根據(jù)一次調(diào)頻功率發(fā)生器對(duì)應(yīng)的功率值,計(jì)算閉環(huán)控制設(shè)定值,計(jì)算公式如下:

式中:Ps為閉環(huán)控制設(shè)定值:%為10s內(nèi)最大頻率差:f(%)為一次調(diào)頻發(fā)生器函數(shù)。

閉環(huán)控制設(shè)定值控制邏輯如圖4所示。

3.2閉環(huán)控制投退與自動(dòng)控制

在華北電網(wǎng)《一次調(diào)頻綜合指標(biāo)計(jì)算及考核度量方法》中規(guī)定,只有在電網(wǎng)存在頻率差的持續(xù)時(shí)間大于12s后才統(tǒng)計(jì)為一次調(diào)頻動(dòng)作。在電網(wǎng)頻率持續(xù)時(shí)間小于12s的情況連續(xù)出現(xiàn)時(shí),一次調(diào)頻閉環(huán)控制系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)一次調(diào)頻功率連續(xù)比上次高的情況,導(dǎo)致閉環(huán)控制的功率發(fā)散,控制系統(tǒng)無法穩(wěn)定。為避免此類現(xiàn)象,需要增加閉環(huán)控制自動(dòng)投退控制方案。具體方法為:(1)在電網(wǎng)頻率差維持時(shí)間小于10s時(shí),閉環(huán)控制輸出乘系數(shù),系數(shù)為0:(2)在電網(wǎng)頻率差持續(xù)時(shí)間大于10s時(shí),閉環(huán)控制輸出乘系數(shù),系數(shù)為1:(3)當(dāng)一次調(diào)頻結(jié)束(一次調(diào)頻動(dòng)作持續(xù)時(shí)間大于60s)或者一次調(diào)頻不動(dòng)作的情況下,閉環(huán)控制系統(tǒng)跟蹤值為1。具體控制邏輯如圖5所示。

4應(yīng)用效果

以河北某電廠660Mw亞臨界機(jī)組一次調(diào)頻為例,原控制邏輯為以一次調(diào)頻函數(shù)發(fā)生器為指令的開環(huán)控制＋壓力函數(shù)和負(fù)荷函數(shù)修正。未采用開環(huán)控制＋閉環(huán)控制方案進(jìn)行優(yōu)化前,電網(wǎng)8月性能考核數(shù)據(jù)如表1所示。

增加一次調(diào)頻閉環(huán)回路修正后,機(jī)組一次調(diào)頻性能指標(biāo)有了質(zhì)的提升。電網(wǎng)10月考核數(shù)據(jù)如表2所示。

通過對(duì)8月和10月一次調(diào)頻電網(wǎng)考核數(shù)據(jù)的對(duì)比,發(fā)現(xiàn)一次調(diào)頻性能指標(biāo)整體上全面提高,特別是電量貢獻(xiàn)指標(biāo),合格率達(dá)到80%,較優(yōu)化前提升70%,能夠很好地滿足華北電網(wǎng)一次調(diào)頻性能要求。

5結(jié)語

針對(duì)火力發(fā)電機(jī)組存在的一次調(diào)頻動(dòng)作中準(zhǔn)確率不高并導(dǎo)致電量貢獻(xiàn)指標(biāo)合格率低的情況,本次通過對(duì)一次調(diào)頻實(shí)際動(dòng)作情況和《一次調(diào)頻綜合指標(biāo)計(jì)算及考核度量方法》進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)一次調(diào)頻在實(shí)際動(dòng)作過程中,實(shí)際出力無法達(dá)到理論出力的期望值是重要因素。為此,利用閉環(huán)控制能夠消除偏差的功能,對(duì)原一次調(diào)頻函數(shù)發(fā)生器輸出值進(jìn)行閉環(huán)控制修正,并通過自動(dòng)投退功能,保證閉環(huán)修正的穩(wěn)定性。經(jīng)過優(yōu)化后,一次調(diào)頻動(dòng)作的準(zhǔn)確性和電量貢獻(xiàn)指標(biāo)合格率有了明顯提升,改善了一次調(diào)頻的整體性能。本次對(duì)一次調(diào)頻閉環(huán)＋開環(huán)控制策略的深入研究,為一次調(diào)頻的優(yōu)化提供了新的方案和思路,具有很大的應(yīng)用價(jià)值。