摘 要:介紹了一次調頻參數的設置方法及對協調控制系統穩定性的影響，并且對如何在發揮一次調頻作用的同時減少對協調控制系統穩定性的影響提出了建議，提出了將DEH一次調頻因子引入協調控制系統的方法。
關鍵詞：火電機組；一次調頻；協調控制系統；穩定性
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
為了保證電網的安全經濟運行，提高電能質量和電網頻率的控制水平，迅速消除由于電網負荷變化而引起的頻率波動，電網對機組的一次調頻要求越來越高。自20010610河北省南部電網（以下簡稱河北南網）甩660 MW一次調頻試驗成功后，要求所有配備DEH的200 MW以上機組的一次調頻功能全部投入。由于DEH的生產廠家不同，參數的設置方法也有差異。如果一次調頻參數設置不合理，會對機組的安全性與穩定性帶來一定的影響。以下針對河北南網大型火電機組中一次調頻參數的設置及其對協調控制系統穩定性的影響進行分析，并探討如何合理設置DEH和DCS一次調頻的參數，使其既能滿足電網頻率快速響應的需求，又能滿足機組安全穩定性的要求。
1 一次調頻基本概念
一次調頻功能是通過調節汽輪機調門的開度，利用機組的蓄熱來快速響應電網頻率的變化。目前大機組普遍應用DEH來進行汽輪機轉速和有功功率的控制。
DEH中一次調頻功能是將汽輪機轉速與額定轉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，其控制結構原理見圖1。
其中汽輪機額定轉速（一般為3 000 r/min）與實際轉速的差值經函數f（x）轉換后生成一次調頻因子，直接疊加到DEH的有功功率給定值上，以控制汽輪機的調門開度。一次調頻因子的設置包括頻差死區和轉速不等率兩個因素。頻差死區的設置是為了防止在電網頻差小范圍變化時汽機調門不必要的動作。
一次調頻不等率δ定義為：
式中Δn——機組空負荷時和滿負荷時的轉速差值，r/min；
n0——機組額定負荷值，MW。
δ的數值一般設置在3%～6%，δ值越小，在相同的頻差下汽機調門的變化幅值越大，反之則越小。
一次調頻因子的設置與機組的穩定性密切相關，頻差死區越大，δ越大，機組越穩定，但是對電網一次調頻的貢獻也越小。一次調頻因子的設置應兼顧機組穩定性和一次調頻快速響應的指標。
2 一次調頻參數的設置及其對協調控制系統穩定性的影響
δ的數值確定之后，頻差的變化和一次調頻因子的數值的關系就是線性的，可以有多種方法來完成一次調頻參數的設置。應用較廣泛的是利用函數發生器f（x）進行一次調頻參數的設置方法。以下對河北南網火電機組出現的一次調頻參數的設置情況及對協調控制系統的影響進行分析。
2.1帶死區、不帶限幅的一次調頻參數的設置
以一臺300 MW機組為例，如果要求頻差死區為±5 r/min，δ為5%，則函數發生器的參數設置如表1所示，其函數關系如圖2所示。
2.2不帶死區、不帶限幅的一次調頻參數的設置
一次調頻參數的設置除了沒有頻差死區以外，其它與2.1中的相同，其函數關系如圖3所示。
這種設置方法僅見于石家莊熱電廠八期擴建工程的2×200 MW機組，其汽輪發電機組和DEH系統均從德國ALSTOM公司進口。由于歐洲電網容量和電網穩定性均優于國內，因此，上述一次調頻參數的設置并不適用于國內機組的運行情況。只要汽輪機轉速與給定值有偏差，汽輪機調門就會動作，使協調控制系統疊加的擾動過于頻繁，從而影響了系統的穩定性。
2.3帶死區但不改變δ、不帶限幅的一次調頻參數的設置
比較圖2和圖3可以看出，頻差設置了死區以后，實際上小幅度地改變了δ，而且越接近死區，改變越大。因此參考文獻［1］提出了既能夠保留頻差死區，又不改變δ的辦法，即在死區之外仍舊應用原來的δ的設置方法。
仍然以一臺300 MW機組為例，如果要求頻差死區為±5 r/min，δ為5%，則不改變函數發生器的參數設置如表2所示，其函數關系如圖4所示。
這種一次調頻參數的設置方法雖然既考慮了頻差死區，又對因為頻差死區設置而造成的δ的變化做了修正，但是對協調控制系統的穩定性卻造成了很大影響。首先，從圖1可以看出，一次調頻因子沒有經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的過程中，一次調頻因子的變化是一個階躍過程，整體的調節后果會導致汽機調門的突然開大或者關小，在協調控制系統投入的情況下，會導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節的不穩定，而這種對δ的修正量對電網一次調頻的貢獻量是非常小的，因此這種設置方法總體上是弊大于利，應該擯棄。
2.4帶死區、帶限幅的一次調頻參數的設置
從圖1可看出，如果DEH功率回路沒有投入，則一次調頻作用為純比例調節，有功功率變化的數值與一次調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。根據20010610河北南網一次調頻試驗的結果，河北南網6臺300 MW機組在電網甩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頻動作時機組出現過負荷的情況，最好對一次調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，在一次調頻因子增的方向進行限幅，減的方向不進行限制。
3 DEH與協調控制系統對一次調頻功能的聯合調整
從圖1可以看出，在DEH一次調頻功能投入后，如果有頻差出現時，一次調頻因子直接疊加在DEH的有功功率的給定值上，通過調節DEH的調門使機組有功功率快速響應一次調頻的需求。但是如果此時協調控制系統投入，協調控制系統的負荷給定值沒有改變而機組有功功率發生了變化，協調控制系統的功率控制回路就會發出和一次調頻作用方向相反的汽輪機調門指令，不僅從一定程度上抵消了一次調頻的效果，而且對于協調控制系統相當于增加了外部擾動量。對于協調控制系統和DEH遙控指令是開關量脈沖傳輸形式的系統來講，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，如果協調控制系統和DEH遙控指令是通過模擬量傳輸的，由于DEH的調門變化速率不受限制，不僅將一次調頻效果馬上抵消，而且容易引起協調控制系統振蕩，從而降低協調控制系統的穩定性。為使一次調頻達到最佳的調節效果，需要將一次調頻因子引入協調控制系統的負荷給定值回路，如圖6所示。
4 總結
河北南網目前要求配備了DEH的機組均投入一次調頻功能，這就產生了大機組一次調頻功能和協調控制系統在正常工況下同時投入的問題。一次參數的設置既要充分考慮對電網周波變化的快速響應，又不能對機組的安全、穩定運行造成影響。不論從20010610的一次調頻試驗情況還是從機組正常投入一次調頻功能進行調節的情況來看，只要能夠根據機組的實際情況正確合理地設置一次調頻參數，DEH和協調控制系統就能夠共同完成一次調頻功能，而不會對控制系統的穩定性造成影響。
參考文獻
［1］ 段南.大型火電機組一次調頻功能投入的研究［J］.華北電力技術，2003，（10）.
