引言

隨著新能源電力的快速發(fā)展,風光發(fā)電的不穩(wěn)定性對電網的穩(wěn)定運行產生了不利影響。為維持電網的頻率穩(wěn)定,電網對火力發(fā)電機組的一次調頻性能提出了更高的要求。現(xiàn)在,大型火力發(fā)電廠一次調頻采用的是頻率差函數(shù)發(fā)生器開環(huán)控制策略,這種控制策略反應迅速,能夠快速消除電網頻率差,但是其準確性無法保證,影響了一次調頻的性能。基于此,展開對一次調頻閉環(huán)+開環(huán)控制策略的深入研究,并提出解決方案,具有很大的應用價值。

1火力發(fā)電機組一次調頻動作過程

圖1為機組一次調頻動作過程評價指標計算說明圖。以火電機組為例,從頻率偏差超出死區(qū)開始(即自A0時刻起),單臺機組開始快速響應頻率的變化,按照各自靜特性相應增大出力,隨著全網機組出力的增加,頻率逐漸穩(wěn)定并開始上升,直至頻率偏差恢復到死區(qū)范圍內。

從圖1可以看出,從A0時刻起一次調頻開始動作,理論出力與實際出力存在較大的偏差。雖然實際出力在最高點時與理論出力的偏差減小,能夠滿足一次調頻15s出力響應指數(shù)和30s出力響應指數(shù),但在機組調頻持續(xù)時間(A0一B0)內,由于實際出力和理論出力整體存在較大的偏差,在此期間機組一次調頻實際貢獻電量占理論貢獻電量的百分比(電量貢獻指數(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)特點是系統(tǒng)的輸出量不會對系統(tǒng)的控制作用產生影響,不具備自動修正的能力。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。其特點是系統(tǒng)自身利用負反饋產生的偏差所取得的控制作用再去消除偏差,使系統(tǒng)恢復到期望值上?？梢?閉環(huán)控制具有較強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。

3一次調頻閉環(huán)控制

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

3.1閉環(huán)控制設定值

在華北電網《一次調頻綜合指標計算及考核度量方法》性能指標計算過程中,一次調頻的起始功率為一次調頻動作開始時刻的前10s平均功率,計算公式如下:

式中:PN為一次調頻起始功率:P0為實時功率:P10為前10s功率。

在電網頻率發(fā)生改變、一次調頻動作時,統(tǒng)計動作開始后10s內的最大頻率差,根據一次調頻功率發(fā)生器對應的功率值,計算閉環(huán)控制設定值,計算公式如下:

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

閉環(huán)控制設定值控制邏輯如圖4所示。

3.2閉環(huán)控制投退與自動控制

在華北電網《一次調頻綜合指標計算及考核度量方法》中規(guī)定,只有在電網存在頻率差的持續(xù)時間大于12s后才統(tǒng)計為一次調頻動作。在電網頻率持續(xù)時間小于12s的情況連續(xù)出現(xiàn)時,一次調頻閉環(huán)控制系統(tǒng)會出現(xiàn)一次調頻功率連續(xù)比上次高的情況,導致閉環(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)控制自動投退控制方案。具體方法為:(1)在電網頻率差維持時間小于10s時,閉環(huán)控制輸出乘系數(shù),系數(shù)為0:(2)在電網頻率差持續(xù)時間大于10s時,閉環(huán)控制輸出乘系數(shù),系數(shù)為1:(3)當一次調頻結束(一次調頻動作持續(xù)時間大于60s)或者一次調頻不動作的情況下,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應用效果

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

增加一次調頻閉環(huán)回路修正后,機組一次調頻性能指標有了質的提升。電網10月考核數(shù)據如表2所示。

通過對8月和10月一次調頻電網考核數(shù)據的對比,發(fā)現(xiàn)一次調頻性能指標整體上全面提高,特別是電量貢獻指標,合格率達到80%,較優(yōu)化前提升70%,能夠很好地滿足華北電網一次調頻性能要求。

5結語

針對火力發(fā)電機組存在的一次調頻動作中準確率不高并導致電量貢獻指標合格率低的情況,本次通過對一次調頻實際動作情況和《一次調頻綜合指標計算及考核度量方法》進行分析,發(fā)現(xiàn)一次調頻在實際動作過程中,實際出力無法達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,對原一次調頻函數(shù)發(fā)生器輸出值進行閉環(huán)控制修正,并通過自動投退功能,保證閉環(huán)修正的穩(wěn)定性。經過優(yōu)化后,一次調頻動作的準確性和電量貢獻指標合格率有了明顯提升,改善了一次調頻的整體性能。本次對一次調頻閉環(huán)＋開環(huán)控制策略的深入研究,為一次調頻的優(yōu)化提供了新的方案和思路,具有很大的應用價值。