火电机组一次调频参数的设置及在十里泉电厂中的应用|机械技术论文

　其中汽轮机额定转速（一般为3 000 r/min）与实际转速的差值经函数f（x）转换后生成一次调频因子，直接叠加到DEH的有功功率给定值上，以控制汽轮机的调门开度。一次调频因子的设置包括频差死区和转速不等率两个因素。频差死区的设置是为了防止在电网频差小范围变化时汽机调门作不必要的动作。
　　一次调频不等率δ定义为：
　　 
式中Δn——机组空负荷时和满负荷时的转速差值，r/min；
　　n₀——机组额定转速值，r/min。
　　δ的数值一般设置在3%～6%，δ值越小，在相同的频差下汽机调门的变化幅值越大，反之则越小。
　　一次调频因子的设置与机组的稳定性密切相关，频差死区越大，δ越大，机组越稳定，但是对电网一次调频的贡献也越小。一次调频因子的设置应兼顾机组稳定性和一次调频快速响应的指标。

2 一次调频参数的设置及其对协调控制系统稳定性的影响
　　δ的数值确定之后，频差的变化和一次调频因子的数值关系就是线性的，可以有多种方法来完成一次调频参数的设置。应用较广泛的是利用函数发生器f（x）进行一次调频参数的设置方法。以下对河北南网火电机组出现的一次调频参数的设置情况及对协调控制系统的影响进行分析。
2.1 带死区、不带限幅的一次调频参数的设置
　　以一台300 MW机组为例，如果要求频差死区为±5 r/min，δ为5%，则函数发生器的参数设置如表1所示，其函数关系如图2所示。

2.2 不带死区、不带限幅的一次调频参数的设置
　　这种情况下，一次调频参数的设置除了没有频差死区以外，其它与2.1中的相同，其函数关系如图3所示。
　　这种参数设置方法在国内不常见。由于欧洲电网容量和电网稳定性均优于国内，因此，上述一次调频参数的设置并不适用于国内机组的运行情况。只要汽轮机转速与给定值有偏差，汽轮机调门就会动作，使协调控制系统叠加的扰动过于频繁，从而影响了系统的稳定性。

2.3 带死区但不改变δ、不带限幅的一次调频参数的设置
　　比较图2和图3可以看出，频差设置了死区以后，实际上小幅度地改变了δ，而且越接近死区，改变越大。因此参考文献［1］提出了既能够保留频差死区，又不改变δ的办法，即在死区之外仍旧应用原来的δ的设置方法。
　　仍然以一台300 MW机组为例，如果要求频差死区为±5 r/min，δ为5%，但不改变δ是函数发生器的参数设置如表2所示，其函数关系如图4所示。

　这种一次调频参数的设置方法虽然既考虑了频差死区，又对因为频差死区设置而造成的δ的变化做了修正，但是对协调控制系统的稳定性却造成了很大影响。首先，从图1可以看出，一次调频因子没有经过任何速率限制直接加到DEH的有功功率给定值上，从图4又可看出，当频差在超过和回落到死区的过程中，一次调频因子的变化是一个阶跃过程，整体的调节后果会导致汽机调门的突然开大或者关小，在协调控制系统投入的情况下，会导致燃料量的大幅度波动，从而引起汽包水位、炉膛压力、主汽压力和主汽温度自动调节的不稳定，而这种对δ的修正量对电网一次调频的贡献量是非常小的，因此这种设置方法总体上是弊大于利，应该摈弃。
2.4 带死区、带限幅的一次调频参数的设置
　　从图1可看出，如果DEH功率回路没有投入，则一次调频作用为纯比例调节，有功功率变化的数值与一次调频因子不可避免地存在偏差，偏差量与当时机组的运行工况有关。根据十里泉电厂＃6机组一次调频试验的结果，为了防止一次调频动作时机组出现过负荷的情况，最好对一次调频因子进行幅值的限制，如图5所示。

除了上述双向幅值限制以外，还可以进行单向的幅值限制，在一次调频因子增的方向进行限幅，减的方向不进行限制。

3 DEH与协调控制系统对一次调频功能的联合调整
　　从图1可以看出，在DEH一次调频功能投入后，如果有频差出现时，一次调频因子直接叠加在DEH的有功功率的给定值上，通过调节DEH的调门使机组有功功率快速响应一次调频的需求。但是如果此时协调控制系统投入，协调控制系统的负荷给定值没有改变而机组有功功率发生了变化，协调控制系统的功率控制回路就会发出和一次调频作用方向相反的汽轮机调门指令，不仅从一定程度上抵消了一次调频的效果，而且对于协调控制系统相当于增加了外部扰动量。对于协调控制系统和DEH遥控指令是开关量脉冲传输形式的系统来讲，由于DEH遥控指令有一定的速率限制，这种抵消作用还弱一些，如果协调控制系统和DEH遥控指令是通过模拟量传输的，由于DEH的调门变化速率不受限制，不仅将一次调频效果马上抵消，而且容易引起协调控制系统振荡，从而降低协调控制系统的稳定性。为使一次调频达到最佳的调节效果，需要将一次调频因子引入协调控制系统的负荷给定值回路，如图6所示。

4 一次调频的优化方案

三种常用的一次调频的典型运行方式是：（1）CCS解列，DEH投一次调频和功率回路；（2）CCS投一次调频，DEH的一次调频和功率回路都不投；（3）CCS投一次调频，DEH的一次调频投入，功率回路不投。

4.1 DEH侧一次调频的优化方案

当功率回路投入时，一次调频作为功率校正信号送至PID的设定值端。PID根据功率测量值和功率设定值之间的偏差进行控制，输出指令相应地去调节汽机的调门以保证机组实际负荷等于校正后的功率指令。

另外当功率回路切除时，一次调频作为功率调节器输出指令的校正信号，经校正后的指令直接输出到调门控制回路，以保证机组调门开度指令（指汽机的流量指令）等于经一次调频校正后的指令输出。

4.2 CCS侧的一次调频优化方案

CCS侧首先接收DEH来的频差函数信号。当一次调频投入时，此信号送至加法器后与机组功率设定值相加，作为经一次调频补偿后的功率设定值送至PID的SP端，输出指令进行功率调节。其中频率校正最大不超过±24MW，当机组负荷大于最大容许负荷315MW或小于最低稳燃负荷180MW时，频率校正信号保持上一输出值。

4.3 优化后的一次调频运行方式（＃6机组一次调频功能由DEH和CCS共同完成）

（1）当机组处于协调控制方式下且一次调频已投入，CCS一次调频通过PID来实现。

在机组调频速度不能满足机组要求的情况下，由CCS和DEH各自的一次调频相互配合来完成，既提高了机组调频的响应速度，又保证了主要参数指标幅度要求。

（2）当机组处于AGC方式下且一次调频已投入，机组负荷不仅要响应一次调频功能的负荷要求，又要满足AGC对负荷的要求。

（3）当机组不在协调方式时，一次调频功能由DEH单独来实现。

5 遗留问题：

由于此次一次调频控制优化后，机组的一次调频动作比原来的控制方案更加剧烈，汽机的调门曾现阶跃式变化，故没有对燃烧控制进行优化和修改。机组先行试运，试运期间观察一次调频对燃烧控制的影响，得出确定的关系后再行修改。

6 结束语

十里泉电厂＃6机组一次调频技改工作取得了预期的效果，达到了山东电网对调频调峰机组一次调频的技术要求。

参考文献：

(1)、《山东电网发电机组一次调频技术要求》

(2)、大型火电机组一次调频功能投入的研究［J］.华北电力技术