發(fā)電機組一次調(diào)頻若干問題的分析

林錦升

摘 要： 電力系統(tǒng)一次調(diào)頻在大電網(wǎng)運行過程所發(fā)揮的作用越來越重要，各電網(wǎng)公司陸續(xù)頒布實施了嚴(yán)格的考核管理細則。針對目前發(fā)電機組中一次調(diào)頻控制系統(tǒng)設(shè)計、優(yōu)化過程和考核管理方面存在的若干問題進行了較為深入的剖析。通過對控制系統(tǒng)整體的分析，就一次調(diào)頻重要參數(shù)的設(shè)置、管理規(guī)定的動態(tài)化等方面提出了相應(yīng)的見解和意見。其目的在于并網(wǎng)發(fā)電機組一次調(diào)頻控制技術(shù)和管理更加科學(xué)，使一次調(diào)頻控制技術(shù)實施和優(yōu)化過程更精細。

關(guān)鍵詞： 發(fā)電機組；電力系統(tǒng)頻率；一次調(diào)頻；動態(tài)；考核

引言

隨著電網(wǎng)容量的增大、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜以及用戶用電結(jié)構(gòu)的多樣性，電力系統(tǒng)一次調(diào)頻功能以其快速、實時的優(yōu)勢越發(fā)顯現(xiàn)其重要性。機組一次調(diào)頻的投入是穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的一項重要技術(shù)措施，對于實現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)電自動調(diào)度、提高電能質(zhì)量、維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行能夠起到重要作用。特別是，在電力系統(tǒng)突然發(fā)生大的有功缺額時，通過發(fā)電機組的一次調(diào)頻作用可以縮短電網(wǎng)頻率波動的過渡時間和減少頻率的偏差，能有效穩(wěn)定動態(tài)過程中電網(wǎng)頻率。我國各大區(qū)域電網(wǎng)運營商越來越重視并網(wǎng)發(fā)電機組的一次調(diào)頻效能，并先后出臺了要求較高的一次調(diào)頻性能考核管理規(guī)定。

1一次調(diào)頻控制技術(shù)的發(fā)展與存在的問題

發(fā)電機組的一次調(diào)頻是電力生產(chǎn)與生俱來的功能之一，其控制技術(shù)經(jīng)歷了三個階段的發(fā)展。對于最初階段的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)電機組，一次調(diào)頻功能是機組的固有特性，依靠機械液壓控制系統(tǒng)及時響應(yīng)電網(wǎng)頻率偏差變化，完成一次調(diào)頻過程，期間人工無法干預(yù)。隨著電子與測量技術(shù)的發(fā)展，一次調(diào)頻控制技術(shù)經(jīng)歷了短暫的電、液并存的模擬電液調(diào)節(jié)階段，該技術(shù)主要特點是通過電信號測速探頭取代原有純液壓系統(tǒng)的機械式轉(zhuǎn)速測量一次元件，經(jīng)由電液轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生等效的控制油壓信號，從而完成調(diào)速系統(tǒng)的控制過程。上世紀(jì)90年代，計算機控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，原動機的一次調(diào)頻控制技術(shù)進入了數(shù)字控制的時代，機組一次調(diào)頻的相關(guān)參數(shù)可以由工程運行人員隨意組態(tài)，甚至一次調(diào)頻功能可以隨意投入和退出，給發(fā)電機組一次調(diào)頻功能的管理考核帶來了新的難題。

目前，發(fā)電機組一次調(diào)頻控制方面的研究大多建立在靜態(tài)特性的基礎(chǔ)上，忽視了控制對象的動態(tài)特性。為了滿足一次調(diào)頻考核相關(guān)規(guī)定，控制系統(tǒng)優(yōu)化過程中往往盲目減小發(fā)電機組的速度不等率（調(diào)差系數(shù)）。由于缺乏對系統(tǒng)的深入分析，未能考慮控制對象的時變特性和一次調(diào)頻的隨機過程的特征，僅僅給出了無差別的一次調(diào)頻考核管理系統(tǒng)，某種意義上缺乏對具體問題的分類考慮。

2 一次調(diào)頻關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置問題的討論

2.1速度不等率及大小設(shè)置

發(fā)電機組速度不等率（水電機組指的是永態(tài)調(diào)差率）也稱為發(fā)電機組調(diào)差系數(shù)，用于描述發(fā)電機組有功功率與轉(zhuǎn)速（或電網(wǎng)頻率）的靜態(tài)特性的一個重要參數(shù)，一般用δ或R（調(diào)差系數(shù)）表示， 過小的調(diào)差系數(shù)會使得并列運行機組的功率波動較大。在液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，這個參數(shù)是發(fā)電機組同調(diào)速系統(tǒng)的固有特性，一般難以隨意改變。而對于當(dāng)代的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言，這種固有的特性本質(zhì)上已經(jīng)消失，需由相應(yīng)的數(shù)字計算機的控制回路進行補償相應(yīng)的功率-頻率特性。

由于速度不等率的隨意設(shè)置的特性，使得發(fā)電機組的速度不等率的設(shè)置具有一定的隨意性。隨著電力系統(tǒng)運行對一次調(diào)頻性能的要求越來越高，一些機組為了滿足考核標(biāo)準(zhǔn)，盲目將發(fā)電機組的小轉(zhuǎn)速偏差附近的速度不等率減小，以追求單臺機組一次調(diào)頻初期的快速響應(yīng)能力，最后導(dǎo)致機組的壓力波動較大。這種現(xiàn)象表明機組利用蓄熱能力實現(xiàn)機組一次調(diào)頻功能已經(jīng)超出了機組正常接受的范圍，實際上對機組長期安全運行構(gòu)成了極大的威脅。依據(jù)經(jīng)典控制理論的知識，這樣盲目調(diào)整速度不等率將導(dǎo)致一次調(diào)頻控制回路產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，對整個電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整帶來極為不利的影響，甚至?xí)砭植康臋C電振蕩。

2.2調(diào)頻死區(qū)與設(shè)定

有些國家的發(fā)電機組一次調(diào)頻控制回路不設(shè)置死區(qū)，發(fā)電機組沖轉(zhuǎn)到接近3000r/min附近時，就開始依靠一次調(diào)頻回路進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，且在負荷全程范圍內(nèi)一次調(diào)頻作用均存在。考慮到目前我國電力技術(shù)實際情況，我國并入電網(wǎng)運行的發(fā)電機組的一次調(diào)頻控制回路中的調(diào)頻死區(qū)大都設(shè)置在±2r/min（0.034Hz）。調(diào)頻死區(qū)的確定同測量轉(zhuǎn)速或頻率的精度、發(fā)電機組的自動化水平、發(fā)電機組調(diào)整機構(gòu)的機械性能、電能品質(zhì)中頻率指標(biāo)要求以及電網(wǎng)的容量有直接關(guān)系。一般來說，電網(wǎng)容量越大，要求的一次調(diào)頻死區(qū)越小。因而，隨著電網(wǎng)容量的不斷增大，一次調(diào)頻的死區(qū)將越來越小，對發(fā)電機組一次調(diào)頻控制系統(tǒng)各方面性能的要求也將越來越高。

2.3調(diào)頻幅度與設(shè)定

考慮到機組的自動化水平和設(shè)備的性能，以及保證機組參與一次調(diào)頻過程的安全性，一般要求有調(diào)頻幅度的限制。而在早前的液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，無任何限幅措施；對于引進的日本發(fā)電機組，一次調(diào)頻控制回路也不設(shè)置調(diào)頻的限幅，這同日本發(fā)電機組自動化水平有直接的關(guān)系。一次調(diào)頻的幅度的設(shè)定同機組形式、機組容量的大小、電網(wǎng)頻率偏差的最大允許值等方面有關(guān)。一般來說，水電機組可以不設(shè)置限幅；火電機組容量越小，調(diào)頻相對幅值越大，目前要求的火電機組的調(diào)頻幅度在6%—10%之間。

實際上調(diào)頻上限的設(shè)置對于保證機組安全性方面是有必要的。但是，下限的設(shè)置，雖然在正常的情況下可能在防止鍋爐主汽壓力的超限方面有一定的作用，但是，在防止系統(tǒng)的超速方面就存在潛在的威脅，所以可以適當(dāng)將下限的限值放寬一些，以達到兩方面安全性能的折衷。

2.4一次調(diào)頻投入信號及獲取

對于火力發(fā)電機組，往往在控制組態(tài)中存在CCS側(cè)和DEH側(cè)兩個一次調(diào)頻投切開關(guān)，使得發(fā)電機組一次調(diào)頻投入信號的獲取在邏輯實現(xiàn)過程中比較混亂，無統(tǒng)一的邏輯關(guān)系。為了清楚表明一次調(diào)頻投入信號獲取的根據(jù)，有必要說明火力發(fā)電機組的一次調(diào)頻的本質(zhì)。火力發(fā)電機組一次調(diào)頻實際上是利用機組的蓄熱來快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化，以快速彌補電網(wǎng)有功缺額。因而，發(fā)電機組在一次調(diào)頻的過程中主要是依靠DEH對閥門開度校正來實現(xiàn)。所以，在一次調(diào)頻控制過程中，DEH側(cè)的一次調(diào)頻的投入是發(fā)電機組是否發(fā)揮一次調(diào)頻作用的必要條件。當(dāng)機組的CCS控制回路故障切除后，CCS側(cè)的一次調(diào)頻作用也就自然消失，但是發(fā)電機組DEH側(cè)一次調(diào)頻還在起作用時，仍可以起到調(diào)頻的作用。所以，為了規(guī)范發(fā)電機組一次調(diào)頻投入與否的信號，并能真實反映發(fā)電機組一次調(diào)頻控制功能的實質(zhì)，筆者認(rèn)為應(yīng)該采用下圖的邏輯關(guān)系來獲取發(fā)電機組一次調(diào)頻投入信號，并傳送至電網(wǎng)調(diào)度。

3 結(jié)束語

一次調(diào)頻控制已發(fā)展至現(xiàn)在的數(shù)字控制技術(shù)階段，相應(yīng)的考核系統(tǒng)也越來越趨于嚴(yán)格，但控制技術(shù)和管理依據(jù)往往停留在發(fā)電機組靜態(tài)特性的認(rèn)識基礎(chǔ)上。本文對一次調(diào)頻控制系統(tǒng)進行了較為深入的剖析，從一次調(diào)頻的動態(tài)特性和隨機特性方面指出了一次調(diào)頻控制技術(shù)和管理方面存在的問題，并提出了建議，引導(dǎo)相關(guān)專業(yè)科研技術(shù)人員加大對電力系統(tǒng)一次調(diào)頻動態(tài)特性和隨機特性方面的研究力度，使得電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻控制技術(shù)和管理技術(shù)更科學(xué)、更合理、更精細，為電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定和安全運行提供有力的技術(shù)保障。■

參考文獻

[1]李家川.基于機理建模的超臨界機組一次調(diào)頻的研究[D].碩士學(xué)位論文，華北電力大學(xué)（保定），2008，12.

[2] 廣東省電力調(diào)度中心.廣東電網(wǎng)一次調(diào)頻與AGC優(yōu)化控制策略研究項目、研究報告[R].2006.12.

[3] 文學(xué)，張昆.南方電網(wǎng)一次調(diào)頻現(xiàn)狀研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2008，2（3）：70-72.

[4]上海新華控制技術(shù)有限公司.電站汽輪機數(shù)字式電液控制系統(tǒng)--DEH[M].北京：中國電力出版社，2005.5.