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摘　要:介紹了一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置方法及對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，并且對如何在發(fā)揮一次調(diào)頻作用的同時減少對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響提出了建議，提出了將DEH一次調(diào)頻因子引入?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的方法。
關(guān)鍵詞：火電機組；一次調(diào)頻；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；穩(wěn)定性

Abstract：The setting bbbbbb of primary frequency control bbbbbeters and its effect on stability of coordinating control system is introduced. The author proposes some recommendations for bringing the primary frequency control into full play and reducing its effect on stability of coordinate control system at the same time, and also proposes a bbbbbb introducing DEH primary frequency control factor into coordinate control system.
Keywords：fossil power plant；primary frequency control；coordinate control system；stability
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　　為了保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，提高電能質(zhì)量和電網(wǎng)頻率的控制水平，迅速消除由于電網(wǎng)負荷變化而引起的頻率波動，電網(wǎng)對機組的一次調(diào)頻要求越來越高。自20010610河北省南部電網(wǎng)（以下簡稱河北南網(wǎng)）甩660 MW一次調(diào)頻試驗成功后，要求所有配備DEH的200 MW以上機組的一次調(diào)頻功能全部投入。由于DEH的生產(chǎn)廠家不同，參數(shù)的設(shè)置方法也有差異。如果一次調(diào)頻參數(shù)設(shè)置不合理，會對機組的安全性與穩(wěn)定性帶來一定的影響。以下針對河北南網(wǎng)大型火電機組中一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置及其對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響進行分析，并探討如何合理設(shè)置DEH和DCS一次調(diào)頻的參數(shù)，使其既能滿足電網(wǎng)頻率快速響應(yīng)的需求，又能滿足機組安全穩(wěn)定性的要求。
1 一次調(diào)頻基本概念
　　一次調(diào)頻功能是通過調(diào)節(jié)汽輪機調(diào)門的開度，利用機組的蓄熱來快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化。目前大機組普遍應(yīng)用DEH來進行汽輪機轉(zhuǎn)速和有功功率的控制。
　　DEH中一次調(diào)頻功能是將汽輪機轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的差值直接換算成有功功率指令，以新華控制工程公司的DEH為例，其控制結(jié)構(gòu)原理見圖1。

　　其中汽輪機額定轉(zhuǎn)速（一般為3 000 r/min）與實際轉(zhuǎn)速的差值經(jīng)函數(shù)f（x）轉(zhuǎn)換后生成一次調(diào)頻因子，直接疊加到DEH的有功功率給定值上，以控制汽輪機的調(diào)門開度。一次調(diào)頻因子的設(shè)置包括頻差死區(qū)和轉(zhuǎn)速不等率兩個因素。頻差死區(qū)的設(shè)置是為了防止在電網(wǎng)頻差小范圍變化時汽機調(diào)門不必要的動作。
　　一次調(diào)頻不等率δ定義為：
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式中Δn——機組空負荷時和滿負荷時的轉(zhuǎn)速差值，r/min；
　　n0——機組額定負荷值，MW。
　　δ的數(shù)值一般設(shè)置在3%～6%，δ值越小，在相同的頻差下汽機調(diào)門的變化幅值越大，反之則越小。
　　一次調(diào)頻因子的設(shè)置與機組的穩(wěn)定性密切相關(guān)，頻差死區(qū)越大，δ越大，機組越穩(wěn)定，但是對電網(wǎng)一次調(diào)頻的貢獻也越小。一次調(diào)頻因子的設(shè)置應(yīng)兼顧機組穩(wěn)定性和一次調(diào)頻快速響應(yīng)的指標。

2 一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置及其對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響
　　δ的數(shù)值確定之后，頻差的變化和一次調(diào)頻因子的數(shù)值的關(guān)系就是線性的，可以有多種方法來完成一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置。應(yīng)用較廣泛的是利用函數(shù)發(fā)生器f（x）進行一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置方法。以下對河北南網(wǎng)火電機組出現(xiàn)的一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置情況及對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的影響進行分析。
2.1帶死區(qū)、不帶限幅的一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置
　　以一臺300 MW機組為例，如果要求頻差死區(qū)為±5 r/min，δ為5%，則函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置如表1所示，其函數(shù)關(guān)系如圖2所示。

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2.2不帶死區(qū)、不帶限幅的一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置
　　一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置除了沒有頻差死區(qū)以外，其它與2.1中的相同，其函數(shù)關(guān)系如圖3所示。
　　這種設(shè)置方法僅見于石家莊熱電廠八期擴建工程的2×200 MW機組，其汽輪發(fā)電機組和DEH系統(tǒng)均從德國ALSTOM公司進口。由于歐洲電網(wǎng)容量和電網(wǎng)穩(wěn)定性均優(yōu)于國內(nèi)，因此，上述一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置并不適用于國內(nèi)機組的運行情況。只要汽輪機轉(zhuǎn)速與給定值有偏差，汽輪機調(diào)門就會動作，使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)疊加的擾動過于頻繁，從而影響了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3帶死區(qū)但不改變δ、不帶限幅的一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置
　　比較圖2和圖3可以看出，頻差設(shè)置了死區(qū)以后，實際上小幅度地改變了δ，而且越接近死區(qū)，改變越大。因此參考文獻［1］提出了既能夠保留頻差死區(qū)，又不改變δ的辦法，即在死區(qū)之外仍舊應(yīng)用原來的δ的設(shè)置方法。
　　仍然以一臺300 MW機組為例，如果要求頻差死區(qū)為±5 r/min，δ為5%，則不改變函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置如表2所示，其函數(shù)關(guān)系如圖4所示。


　　這種一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置方法雖然既考慮了頻差死區(qū)，又對因為頻差死區(qū)設(shè)置而造成的δ的變化做了修正，但是對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性卻造成了很大影響。首先，從圖1可以看出，一次調(diào)頻因子沒有經(jīng)過任何速率限制直接加到DEH的有功功率給定值上，從圖4又可看出，當頻差在超過和回落到死區(qū)的過程中，一次調(diào)頻因子的變化是一個階躍過程，整體的調(diào)節(jié)后果會導(dǎo)致汽機調(diào)門的突然開大或者關(guān)小，在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入的情況下，會導(dǎo)致燃料量的大幅度波動，從而引起汽包水位、爐膛壓力、主汽壓力和主汽溫度自動調(diào)節(jié)的不穩(wěn)定，而這種對δ的修正量對電網(wǎng)一次調(diào)頻的貢獻量是非常小的，因此這種設(shè)置方法總體上是弊大于利，應(yīng)該擯棄。
2.4帶死區(qū)、帶限幅的一次調(diào)頻參數(shù)的設(shè)置
　　從圖1可看出，如果DEH功率回路沒有投入，則一次調(diào)頻作用為純比例調(diào)節(jié)，有功功率變化的數(shù)值與一次調(diào)頻因子不可避免地存在偏差，偏差量與當時機組的運行工況有關(guān)。根據(jù)20010610河北南網(wǎng)一次調(diào)頻試驗的結(jié)果，河北南網(wǎng)6臺300 MW機組在電網(wǎng)甩660 MW負荷后，單機負荷增長與理論計算量的偏差為35%～＋57%，所以為了防止一次調(diào)頻動作時機組出現(xiàn)過負荷的情況，最好對一次調(diào)頻因子進行幅值的限制，如圖5所示。

　　除了上述雙向幅值限制以外，還可以進行單向的幅值限制，在一次調(diào)頻因子增的方向進行限幅，減的方向不進行限制。
3 DEH與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)對一次調(diào)頻功能的聯(lián)合調(diào)整
　　從圖1可以看出，在DEH一次調(diào)頻功能投入后，如果有頻差出現(xiàn)時，一次調(diào)頻因子直接疊加在DEH的有功功率的給定值上，通過調(diào)節(jié)DEH的調(diào)門使機組有功功率快速響應(yīng)一次調(diào)頻的需求。但是如果此時協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負荷給定值沒有改變而機組有功功率發(fā)生了變化，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的功率控制回路就會發(fā)出和一次調(diào)頻作用方向相反的汽輪機調(diào)門指令，不僅從一定程度上抵消了一次調(diào)頻的效果，而且對于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)相當于增加了外部擾動量。對于協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和DEH遙控指令是開關(guān)量脈沖傳輸形式的系統(tǒng)來講，由于DEH遙控指令有一定的速率限制，這種抵消作用還弱一些，如果協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)和DEH遙控指令是通過模擬量傳輸?shù)模捎贒EH的調(diào)門變化速率不受限制，不僅將一次調(diào)頻效果馬上抵消，而且容易引起協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)振蕩，從而降低協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為使一次調(diào)頻達到最佳的調(diào)節(jié)效果，需要將一次調(diào)頻因子引入?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負荷給定值回路，如圖6所示。

4 總結(jié)
　　河北南網(wǎng)目前要求配備了DEH的機組均投入一次調(diào)頻功能，這就產(chǎn)生了大機組一次調(diào)頻功能和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)在正常工況下同時投入的問題。一次參數(shù)的設(shè)置既要充分考慮對電網(wǎng)周波變化的快速響應(yīng)，又不能對機組的安全、穩(wěn)定運行造成影響。不論從20010610的一次調(diào)頻試驗情況還是從機組正常投入一次調(diào)頻功能進行調(diào)節(jié)的情況來看，只要能夠根據(jù)機組的實際情況正確合理地設(shè)置一次調(diào)頻參數(shù)，DEH和協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)就能夠共同完成一次調(diào)頻功能，而不會對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。

參考文獻
［1］ 段南.大型火電機組一次調(diào)頻功能投入的研究［J］.華北電力技術(shù)，2003，（10）.