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(shí)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(jī)組；一次調(diào)頻；協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)；穩(wěn)定性
Abstract：The setting method of primary frequency control parameters 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 method introducing DEH primary frequency control factor into coordinate control system.
Keywords：fossil power plant；primary frequency control；coordinate control system；stability
為了保證電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(fù)荷變化而引起的頻率波動(dòng)，電網(wǎng)對機(jī)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(yàn)成功后，要求所有配備DEH的200 MW以上機(jī)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(huì)對機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)調(diào)門的開度，利用機(jī)組的蓄熱來快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化。目前大機(jī)組普遍應(yīng)用DEH來進(jìn)行汽輪機(jī)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(jī)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(jī)額定轉(zhuǎn)速（一般為3 000 r/min）與實(shí)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(jī)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(gè)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(shí)汽機(jī)調(diào)門不必要的動(dòng)作。
一次調(diào)頻不等率δ定義為：
式中Δn——機(jī)組空負(fù)荷時(shí)和滿負(fù)荷時(shí)的轉(zhuǎn)速差值，r/min；
n0——機(jī)組額定負(fù)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(jī)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(jī)組的穩(wěn)定性密切相關(guān)，頻差死區(qū)越大，δ越大，機(jī)組越穩(wěn)定，但是對電網(wǎng)一次調(diào)頻的貢獻(xiàn)也越小。一次調(diào)頻因子的設(shè)置應(yīng)兼顧機(jī)組穩(wěn)定性和一次調(diào)頻快速響應(yīng)的指標(biāo)。
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(jìn)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(jī)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(jìn)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(tái)300 MW機(jī)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。
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(kuò)建工程的2×200 MW機(jī)組，其汽輪發(fā)電機(jī)組和DEH系統(tǒng)均從德國ALSTOM公司進(jìn)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(jī)組的運(yùn)行情況。只要汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速與給定值有偏差，汽輪機(jī)調(diào)門就會(huì)動(dòng)作，使協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)疊加的擾動(dòng)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?chǔ)摹⒉粠薹囊淮握{(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(shí)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(xiàn)［1］提出了既能夠保留頻差死區(qū)，又不改變?chǔ)牡霓k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(tái)300 MW機(jī)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?yàn)轭l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(dāng)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(gè)階躍過程，整體的調(diào)節(jié)后果會(huì)導(dǎo)致汽機(jī)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(huì)導(dǎo)致燃料量的大幅度波動(dòng)，從而引起汽包水位、爐膛壓力、主汽壓力和主汽溫度自動(dòng)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(xiàn)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(dāng)時(shí)機(jī)組的運(yùn)行工況有關(guān)。根據(jù)20010610河北南網(wǎng)一次調(diào)頻試驗(yàn)的結(jié)果，河北南網(wǎng)6臺(tái)300 MW機(jī)組在電網(wǎng)甩660 MW負(fù)荷后，單機(jī)負(fù)荷增長與理論計(jì)算量的偏差為35%～＋57%，所以為了防止一次調(diào)頻動(dòng)作時(shí)機(jī)組出現(xiàn)過負(fù)荷的情況，最好對一次調(diào)頻因子進(jìn)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(jìn)行單向的幅值限制，在一次調(diào)頻因子增的方向進(jìn)行限幅，減的方向不進(jìn)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(shí)，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(jī)組有功功率快速響應(yīng)一次調(diào)頻的需求。但是如果此時(shí)協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的負(fù)荷給定值沒有改變而機(jī)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(huì)發(fā)出和一次調(diào)頻作用方向相反的汽輪機(jī)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(dāng)于增加了外部擾動(dòng)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(dá)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(fù)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(jī)組均投入一次調(diào)頻功能，這就產(chǎn)生了大機(jī)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(shí)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(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。不論從20010610的一次調(diào)頻試驗(yàn)情況還是從機(jī)組正常投入一次調(diào)頻功能進(jìn)行調(diào)節(jié)的情況來看，只要能夠根據(jù)機(jī)組的實(shí)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(huì)對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響。
參考文獻(xiàn)
［1］ 段南.大型火電機(jī)組一次調(diào)頻功能投入的研究［J］.華北電力技術(shù)，2003，（10）.
