火電機組一次調頻邏輯優化與試驗分析

李　云，韓秋喜，鄒包產，郝　臻

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北分公司，陜西西安，710065）

火電機組一次調頻邏輯優化與試驗分析

李云，韓秋喜，鄒包產，郝臻

（中國大唐集團科學技術研究院有限公司西北分公司，陜西西安，710065）

對火電機組一次調頻系統的構成、特點等進行了分析，對機組一次調頻邏輯優化與試驗方法及數據進行了闡述和分析，對于規范機組一次調頻試驗， 改善提高機組一次調頻性能，滿足電網一次調頻運行技術指標要求具有重要意義。

火電機組；一次調頻；邏輯優化；試驗；分析

0　引言

機組一次調頻功能是火力發電機組必須具備的一項基本功能，對于電網頻率調節具有重要作用。機組一次調頻性能是否滿足電網頻率控制要求，通常是通過進行一次調頻試驗來測試驗證。在機組一次調頻性能不能滿足電網運行要求時，往往需要對其控制邏輯進行優化以改善提高其動作性能。由于火電機組運行控制模式多樣，控制策略也比較復雜，在進行機組一次調頻試驗時常常會遇到一些意想不到的問題，造成一次調頻試驗方法和步驟不夠規范，試驗數據不夠真實，不能準確判斷機組一次調頻性能是否滿足電網運行要求。

1　兩個細則對一次調頻指標的要求

1.1一次調頻綜合指標及考核辦法

要求一次調頻未經網調批準不得退出，否則根據退出的時間長短考核發電量。機組在電網頻率發生波動時典型一次調頻調節過程如圖1所示。表征一次調頻貢獻的各項指標中，最重要的四項指標是轉速死區、響應時間、穩定時間和速度變動率。見圖1，其中f是電網頻率，Ni是機組有功功率，Δt是機組參與一次調頻的響應滯后時間，t1i是機組參與一次調頻的穩定時間。

圖1　一次調頻調節示意圖

1.1.1轉速死區

1.1.2響應時間

機組參與一次調頻的響應滯后時間（見圖1中的Δt），目的是要保證機組一次調頻的快速性。發電機組一次調頻的響應滯后時間應不超過3秒。

1.1.3穩定時間

機組參與一次調頻的穩定時間（見圖1中t1），這一指標是為了保證機組參與一次調頻后，在新的負荷點盡快穩定。發電機組一次調頻的穩定時間應不超過60秒。

1.1.4速度變動率

圖2　CCS側一次調頻邏輯優化原理圖

速度變動率又叫轉速不等率，它是在機組單機運行下給出的定義：對于液調系統在同步器給定不變的情況下，機組從滿負荷狀態平穩過渡到空負荷狀態過程中，轉速的靜態增加與額定轉速的相對比值，即為調速系統的速度變動率。火力發電機組一次調頻的速度變動率要求在4%～5%之間。

2　一次調頻功能設計及優化

2.1對CCS側汽機主控進行邏輯優化

1.3.1 樣本采集 經病理證實的活檢或手術切除得到證實的正常宮頸組織、宮頸CIN組織和宮頸癌標本各50例，收集約100 mg上述組織標本，用生理鹽水充分清洗血跡后放入液氮中保存以備用。余下標本經10%福爾馬林固定，常規石蠟包埋。

在CCS系統內將頻差信號作為前饋信號引入壓力控制器，因此壓力定值則由兩部分組成，一部分是原計算回路的壓力定值，另一部分則是頻差經過變換的壓力定值的修正部分。通過對壓力定值的前饋修正，使得在調頻作用時，機前壓力定值能隨網頻變化相適用。克服因機前壓力隨網頻變化，而機前壓力定值不變，導致產生的調節偏差而將機前壓力快速調回的反調現象，優化控制方案原理如圖2所示。

2.2避免DEH與DCS出現反調現象

當一次調頻發生時，可以采取在一定壓力范圍內跟蹤實際壓力的調節方式，當壓力超出設定值一定范圍后再對壓力進行調節。這樣相當于在一次調頻發生時，在一定壓力范圍內退出壓力自動控制，而在一次調頻結束或壓力偏差超出設定的范圍時，自動投入壓力控制，給一次調頻足夠的發揮空間。修改汽機主控的壓力拉回函數，弱化壓力拉回調節幅度，確保機組一次調頻動作方向的正確性和相應的快速性。

2.3DEH側控制邏輯優化

原壓力定值計算回路是有速率限制，主要是根據鍋爐升壓能力來確定，作用是使壓力指令的變化同鍋爐實際升壓能力相適應。而調頻修正回路的壓力定值部分必須沒有速率限制，這樣才能保證機組調頻發生時，調頻負荷能根據網頻快速動作并且持續，不發生調門因壓力定值緩慢動作而導致的反調現象。

2.4關于一次調頻功能投入問題

電網關于一次調頻考核辦法中規定：一次調頻未經網調允許不得退出，并網機組在協調控制方式下，應由DEH、DCS共同完成一次調頻功能，否則根據退出時間長短考核電量。因此，取消DCS、DEH監控畫面中的一次調頻投退開關，防止運行人員隨意切除。同時投入DCS、DEH側的一次調頻功能，當頻率變化超過死區，一次調頻動作，DEH側使調門立即動作，機組負荷快速響應，DCS側同時調節機組負荷指令和燃料量指令，使汽機和鍋爐達到能量平衡。

3　一次調頻試驗方法分析

火電機組一次調頻功能設計由DCS側與DEH側兩個部分組成。DEH側一次調頻響應速度較快，但響應持續性和穩定性較差，具有快速性特征；DCS側一次調頻響應速度較慢，但響應的持續性和穩定性較好，具有持續性和穩定性特征。在機組啟動初期負荷較低，機組一次調頻功能主要由DEH側來實現，包括閥控和功控方式下一次調頻功能；隨著機組負荷逐漸增加，在達到額定負荷50%以上時，具備協調系統投入條件，一般機組將投入機爐協調控制方式，此時DCS側一次調頻功能具備投入條件，將DCS側一次調頻功能投入后，機組一次調頻功能將由DCS側與DEH側兩個部分組成，這樣既能滿足一次調頻響應的快速性，又能滿足一次調頻響應的持續性和穩定性。無論機組在那種控制方式下運行，均需要滿足電網一次調頻技術指標要求；在各種控制方式下機組一次調頻性能是否滿足電網一次調頻技術要求，只有通過規范而全面的一次調頻試驗來進行測試和驗證。機組運行方式通常包括閥控、功控和協調控制三種模式，而一次調頻試驗方法主要包括以下四種：

3.1DEH閥控方式下一次調頻功能實現方法及特點分析

實現DEH閥控方式下一次調頻功能，通常在機組啟動初期負荷較低時采用，這種運行方式較少見，維持運行時間也較短，這種運行模式下一次調頻響應速度較快，但持續性和穩定性較差，一般不能滿足電網運行要求。

3.2DEH功控方式下一次調頻功能實現方法及特點分析

實現DEH功控方式下一次調頻功能，通常在機組啟動中期負荷較高時采用，這種運行方式在啟動中期負荷較高時常用，這種運行模式下一次調頻響應速度較快，但持續性和穩定性也較差，與閥控方式下一次調頻性能相比略好，一般也不能滿足電網運行要求。

3.3DCS協調控制方式下一次調頻功能實現方法及特點分析

實現DCS協調控制方式下一次調頻功能，通常在機組啟動中后期時采用，這種運行方式在機組負荷達到額定負荷50%以上時常用，此時DCS側一次調頻功能投入，DEH側一次調頻功能不投入；這種運行模式下一次調頻響應速度較慢，但持續性和穩定性較好，一般基本能滿足電網運行要求。

3.4DCS+DEH協調控制方式下一次調頻功能實現方法及特點分析

實現DCS+DEH協調控制方式下一次調頻功能，通常在機組啟動后期時采用，這種運行方式在機組負荷達到額定負荷50%以上時常用，此時DCS與DEH側一次調頻功能均投入；這種運行模式下一次調頻響應速度較快，持續性和穩定性也較好，完全能滿足電網運行要求。

4　一次調頻試驗數據分析

根據機組在285MW負荷點進行的一次調頻動作數據分析，其死區、滯后時間、響應時間及穩定時間等均能滿足相關技術指標要求；通過試驗數據計算，DEH功控方式下機組實際轉速不等率為3.70%（⊿r=12.8rpm）、3.39%（⊿r=-12.8rpm）、4.22%（⊿r=12.8rpm）和5.25%（⊿r=-12.8rpm），平均轉速不等率為4.11%，機組一次調頻性能滿足技術指標要求。

5　結語

某廠機組一次調頻控制策略在進行優化后，一次調頻響應能力有了較大程度提高，通過對機組一次調頻動作數據進行分析，其死區、滯后時間、響應時間及穩定時間等均能滿足相關技術指標要求，性能指標滿足《西北電網發電機組一次調頻運行管理辦法》中關于一次調頻主要技術指標的要求。在最近幾次電網頻率波動中，機組一次調頻實際響應情況良好，滿足電網安全運行要求。

Optimization of thermal power unit primary frequency control logic and test analysis

Liu Yun，Han Qiuxi，Zou Baochan，Hao Zhen
（China datang group， institute of science and technology co.， LTD. Northwest branch，xi 'an，710065）

The composition and characteristics of primary frequency control system for thermal power unit are analyzed，such as the optimal primary frequency control logic and test methods and data are expounded and analyzed，the unit test of primary frequency for the specification，improve the unit primary frequency control performance，meet the requirements of the primary frequency control operation technical index is of great significance.

thermal power unit；A frequency modulation；Logic optimization；The test；Analysis of the

李云（1964-）男，漢，本科，高級工程師，主要從事電廠熱工控制系統及涉網試驗研究。

楊振勇， 李衛華， 駱意. 火力發電機組一次調頻問題研究［J］. 華北電力技術， 2008（1）： 16-20.