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2、6-86-86-86-8）三、一次调频相关的几个概念（三、一次调频相关的几个概念（三、一次调频相关的几个概念（三、一次调频相关的几个概念（9-179-179-179-17）四、我公司机组一次调频设置（四、我公司机组一次调频设置（四、我公司机组一次调频设置（四、我公司机组一次调频设置（18-3018-3018-3018-30）五、现场可能出现的问题及对策（五、现场可能出现的问题及对策（五、现场可能出现的问题及对策（五、现场可能出现的问题及对策（31-4331-4331-4331-43）六、总结（六、总结（六、总结（六、总结（45454545）七、后记（七、后记（七、后记（七、后记（46-4746
3、-4746-4746-47）在电力系统中，频率是电能质量最重要的指标之一在电力系统中，频率是电能质量最重要的指标之一,为了保为了保证电能质量证电能质量,必须保持电网频率稳定。电网频率变化的主要原必须保持电网频率稳定。电网频率变化的主要原因是系统中有功功率不平衡。在正常情况下因是系统中有功功率不平衡。在正常情况下,电网的负荷所吸电网的负荷所吸取的有功功率（包括线损）与系统的总出力保持平衡取的有功功率（包括线损）与系统的总出力保持平衡,使系统使系统在额定频率下稳定运行。当电网的总出力与总负荷发生不平衡在额定频率下稳定运行。当电网的总出力与总负荷发生不平衡时时,电网频率和机组交换的有功功率就要发生变
4、化电网频率和机组交换的有功功率就要发生变化,根据电网的根据电网的负荷调节效应负荷调节效应,使有功功率重新达到平衡使有功功率重新达到平衡,系统将在偏离额定频系统将在偏离额定频率的情况下稳定运行。电网的负荷是时刻都在变化的率的情况下稳定运行。电网的负荷是时刻都在变化的,这就必这就必须不断地调节发电机组的有功出力须不断地调节发电机组的有功出力,使之能够随着系统负荷的使之能够随着系统负荷的变化而变化变化而变化,才能始终保持系统有功功率的供需平衡才能始终保持系统有功功率的供需平衡,从而维持从而维持频率以及交换有功功率的偏差在允许范围之内。电网的频率是频率以及交换有功功率的偏差在允许范围之内。电网的频率是
5、由系统中全部发电机组和负荷的有功功率所决定的由系统中全部发电机组和负荷的有功功率所决定的,是全系统是全系统一致的运行参数。电网运行的重要工作之一一致的运行参数。电网运行的重要工作之一,就是根据系统负就是根据系统负荷的变化荷的变化,对频率和交换有功功率进行监视和调整。对频率和交换有功功率进行监视和调整。为了保证电网的安全经济运行，提高电能质量和电为了保证电网的安全经济运行，提高电能质量和电网频率的控制水平，迅速消除由于电网负荷变化而引网频率的控制水平，迅速消除由于电网负荷变化而引起的频率波动，电网对机组的一次调频要求越来越高。起的频率波动，电网对机组的一次调频要求越来越高。要求各上网电厂机组对电
6、网频率的支持要快，同时又要求各上网电厂机组对电网频率的支持要快，同时又要保证机组的安全稳定运行，这就要求机组的一次调要保证机组的安全稳定运行，这就要求机组的一次调频功能在机组安全的前提下，能快速适应各种工况下频功能在机组安全的前提下，能快速适应各种工况下的要求，因此大容量的火电机组必须根据电网调度的的要求，因此大容量的火电机组必须根据电网调度的AGC指令和电网的频率偏差参与电网的调峰、调频，指令和电网的频率偏差参与电网的调峰、调频，目前是否具有完善的一次调频功能已经成为新机组能目前是否具有完善的一次调频功能已经成为新机组能否通过并网安评的重要条件之一否通过并网安评的重要条件之一 大唐韩城第二发
7、电有限责任公司一期安装两台大唐韩城第二发电有限责任公司一期安装两台600MW亚临界脱硫燃煤机组，汽轮机采用日本东芝亚临界脱硫燃煤机组，汽轮机采用日本东芝生产制造的型号生产制造的型号TC4F-42，亚临界、一次中间再热、，亚临界、一次中间再热、单轴、四缸四排气、凝汽室机组；二期两台单轴、四缸四排气、凝汽室机组；二期两台600MW亚临界、空冷脱硫燃煤机组，汽轮机采用东方汽轮机亚临界、空冷脱硫燃煤机组，汽轮机采用东方汽轮机厂生产制造的型号厂生产制造的型号NZK600-16.7/538/538，亚临界、，亚临界、一次中间再热、单轴、冲动、三缸四排汽、直接空冷一次中间再热、单轴、冲动、三缸四排汽、直接空
8、冷凝汽式机组，一二期机组分别于凝汽式机组，一二期机组分别于2005年和年和2008年相年相继投产发电。继投产发电。四台机组主机分散控制系统均采用美四台机组主机分散控制系统均采用美国爱默生公司提供的国爱默生公司提供的OVATION系统系统 我公司我公司1、2号汽轮机控制系统比较特殊，没有使号汽轮机控制系统比较特殊，没有使用用OVATION系统，分岛招标时采用东芝公司制造的系统，分岛招标时采用东芝公司制造的数字式电液调节系统（数字式电液调节系统（D-EHC）控制汽轮机的负荷和）控制汽轮机的负荷和转速。其控制系统由转速。其控制系统由PLC完成，其中包括系统控制器完成，其中包括系统控制器和主控制器；系
9、统控制器（和主控制器；系统控制器（TOSMAP-DS）主要实现）主要实现EHC顺序控制（比如汽轮机自动启动等）和辅助控制顺序控制（比如汽轮机自动启动等）和辅助控制（比如自动负荷调节等）；主控制器（比如自动负荷调节等）；主控制器（TOSMAP-GS/R300）主要实现）主要实现EHC调节控制（比如速度控制，调节控制（比如速度控制，负荷控制、阀位控制、主要的负荷控制、阀位控制、主要的PI/O接口控制等）接口控制等）。控制器都为冗余配置。控制器都为冗余配置。对一期电液控制系统来讲，负荷控制有三种控制方对一期电液控制系统来讲，负荷控制有三种控制方式：自动负荷调节方式（式：自动负荷调节方式（ALR方式）
10、、手动方式及协方式）、手动方式及协调控制方式（调控制方式（CCS方式）。方式）。因此一期因此一期D-EHC控制方式与控制方式与OVATION系统的设置系统的设置不同，具体设置将在本文后面讲到。不同，具体设置将在本文后面讲到。一次调频的几个概念一次调频的几个概念汽轮机调速系统的静态指标 机组在稳态运行时，汽轮机功率或油动机行程随自身转速变化的关系，称为调速系统的静态特性。下图是一个调速系统典型的静态特性曲线，图中两条平行线间的区域，反映了调速系统对转速的不确定性。系统的速度变动率和迟缓率（、）是反映调速系统静态特性的重要指标。强调转速不等率的重要性nNn1Nen00图图2 2 调节系统的静态特性
11、调节系统的静态特性 1、速度变动率、速度变动率 速度变动率又叫转速不等率，它是在机组单机运行下给出的定义：对于液调系统在同步器给定不变的情况下，机组从满负荷状态平稳过渡到空负荷状态过程中，转速的静态增加与额定转速的相对比值，即为调速系统的速度变动率。=(01)e100%其中：为机组速度变动率（%）0为机组空负荷时的最高转速（r/min）1为机组满负荷时的转速（r/min）ne为机组额定转速（r/min）机组正常在网运行时，调速系统的速度变动率反映了机组在稳定运行下，机组负荷随电网周波的变化程度。实际上，在机组正常运行过程中，机组负荷随电网频率变化的幅度很小，可按下式计算：其中：N为一次调频负荷
12、调整量（MW/r/min）Ne为机组额定负荷（MW）例如：600MW机组，速度变动率为5，该机组一次调频负荷调整量为 速度变动率越小，机组对电网周波的敏感程度越大，同时机组运行的稳定性也越差。一般汽轮机组的取值为45%，该值可在现场通过实验得出。对于液调机组在发生事故甩负荷时，的大小直接决定了甩负荷过程中转速的静态飞升量，并对其动态飞升也产生一定的影响。2、功率补偿量、功率补偿量 功率补偿量（P）是由机组转速不等率和电网频率偏差（可转换为转速偏差n）计算出来。公式如下：P=(ne）Ne ne为机组额定转速（r/min）Ne为机组额定负荷（MW）3、汽轮机调速系统的迟缓率、汽轮机调速系统的迟缓率
13、 迟缓率是调节系统在其工作范围内对转速的迟滞反应。下图中的两条平行线，是负荷或油动机上行和下行时所对应的静态关系，该两特性线之间的转速差值与额定转速的比值，就是系统迟缓率的试验测量值。它反映了调速系统对转速波动的不敏感的程度。=e100%nNn1Nen00图2 调节系统的静态特性 4、汽轮机电液调节系统的转速死区、汽轮机电液调节系统的转速死区 转速死区，是特指系统在额定转速附近对转速的不灵敏区。为了在电网周波变化较小的情况下，提高机组运行的稳定性，一般在电调系统设置有转速死区。28483152N(%)100-100n(r/min)图3 为5的频差函数（死区为2r/min）299830025、响
14、应滞后时间与稳定时间、响应滞后时间与稳定时间响应滞后时间：响应滞后时间：当电网频率变化达到一次调频动作值到机组负荷开始变化所需的时间，图中t为响应滞后时间。稳定时间：稳定时间：机组参与一次调频过程中，在电网频率稳定后，机组负荷达到稳定所需的时间，图中t1为稳定时间。我厂一次调频的设置我厂一次调频的设置1、一期、一期CCS系统系统 我公司一期CCS采用OVATION控制系统，所以1、2号DCS侧逻辑完全相同。将一次调频量加至负荷指令回路。由一次调频校正回路对协调控制系统或AGC的负荷指令进行频率校正。原理如右图 电网频率偏差经过函数发生器F(X)后产生负荷的变化值,与功率指令叠加形成机组的负荷指
15、令。CCS方式下，负荷指令改变了汽机主控和锅炉主控的输出，一方面开关调门改变负荷来维持电网频率的稳定，另一方面改变燃料量补充锅炉的能量损失，使机组达到新的平衡。其中DCS侧一次调频函数F（X）如下x(r/min)-150-10-20210 150Y(MW)-40-4000040 40 DCS侧的转速不等率为5%，转速死区为2r/min，最大负荷限制为40MW，增加死区后，曲线未平移，斜率发生变化2、一期、一期D-EHC系系统一次调频设置统一次调频设置 在东芝D-EHC系统中，设计将频率信号直接叠加在汽轮机调速汽门指令输出回路，迅速改变调阀开度来改变负荷，以响应电网频率，逻辑如右图 东芝公司原设
16、计为在GOV调节方式，一次调频始终投入且无限幅，而且一次调频死区为零转，即调阀随网频一直变化，考虑到机组本身的稳定性，并结合网公司相关规定，最后经过专业讨论，将限幅更改为40MW，转速死区设为2r/min 从逻辑图中可以看出，DEH流量指令是GOV指令和LOAD LIMITER指令的小选值。GOV指令由GOVSET指令叠加上转速控制信号后形成。转速控制信号是冲转转速控制回路和额定转速控制回路的小选值。机组并网后，冲转转速控制回路的输出值上升至100%，不再参与转速控制，而由额定转速控制回路参与转速控制。因此额定转速控制回路就是一次调频回路。下图为DEH一次调频函数f(x)的参数 X(%)-10
17、0-5-0.33-0.0666670.0666670.335100Y(%)6.676.676.6700-6.67-6.67-6.673、二期、二期DCS侧一次调频侧一次调频设置设置 二期DCS侧一次调频设计是将实际转速与额定转速的差值经调频函数f(x)转换成机组的负荷指令，该指令经过机组负荷指令的限制后，产生一次调频量送入机组协调控制的机主控和炉主控，使CCS侧的调节得到及时补偿。电网频率偏差经过函数发生器F(X)后产生负荷的变动值,与功率指令叠加形成机组的负荷指令。CCS方式下，负荷指令改变了汽机主控和锅炉主控的输出，一方面开关调门改变负荷来维持电网频率的稳定，另一方面改变燃料量补充锅炉的能
18、量损失，使机组达到新的平衡。其中DCS侧一次调频函数F（X）如下x(r/min)13512.642-2-12.64-135Y(MW)484800-48-48 DCS侧的转速不等率为4.5%，转速死区为2r/min，最大负荷限制为48MW，增加死区后，曲线未平移，斜率发生变化4、二期、二期DEH系统一系统一次调频设置次调频设置 DEH 在CCS控制方式时，将汽轮机转速与额定转速的差值经调频函数f(x)转换成电负荷当量的调门指令信号，经速率限制后，叠加到阀位指令，使汽机调门动作。如右图逻辑 从逻辑设置图上可以看出，转速差值转换的调门指令信号受当前实际负荷的限制，即一次调频动作的调门指令不能超过一次
19、调频动作前一刻总阀位指令的0.08倍，这样，当机组在450MW以下负荷运行时，一次调频的贡献量不足36MW，该逻辑也是根据我厂实际情况设计的，因我厂二期锅炉燃烧器自投产以来一直不稳定，低负荷时燃烧本身不稳，加之一次调频动作，有可能造成锅炉灭火，引发更大的不安全事故，对电网的稳定运行极为不利，因此在燃烧器改造完成前，为保证一次调频的贡献量，并使机组、电网稳定运行，一次调频动作量按照实际负荷8%设置。依据试验结果和厂家提资，二期汽轮机转速不等率为4.5%，转速死区为2r/min，DEH侧调频函数f(x)设置如下，从调频函数可以看出，DEH侧的调阀的最大动作限幅为6%，该值是通过调阀函数计算的结果。
20、X(r/min)135152-2-15-135Y(%)65.500-5.5-6 现场可能出现的问题现场可能出现的问题及对策及对策1、现场只投单侧一次调频、现场只投单侧一次调频 如果只投入DEH侧的一次调频功能，由于DEH的一次调频动作时会引起主蒸汽压力和机组负荷发生变化，CCS侧的主蒸汽压力调节系统和负荷调节系统很快会把调门恢复到原位，使负荷很快调整到原值，不仅从一定程度上抵消了一次调频的作用，而且对于协调控制系统相当增加了外部扰动量，使系统不太稳定。如图的曲线3所示。如果只投入CCS侧的一次调频功能，由于一次调频动作后调门不会立即动作，只有当CCS侧频率校正回路动作，改变主控指令后，调门才开
21、始动作，所以机组负荷的响应时间比较长，如图曲线2所示。1、对策：将、对策：将CCS和和DEH侧一次调频都投入正常运行侧一次调频都投入正常运行 同时投入一次调频功能时，网上频率变化超过死区，一次调频动作，DEH侧使调门立即动作，机组负荷快速响应，CCS侧同时调节机组负荷指令和燃料量指令，使汽机和锅炉达到能量平衡。如图曲线1，机组负荷响应速度快，并能及时调整主汽压力等，满足一次调频的需要。2、滤波作用太强、滤波作用太强 为了避免功率信号小范围频繁波动，引起机组调门频繁动作，影响调门的使用寿命，在功率调节回路中，实际功率信号经过LEADLAG模块滤波作用后送入调节器。如网频突然增加，DEH 侧调频动
22、作，调阀迅速关闭，而由于LEADLAG模块的滞后作用，进入功率调节器的实际功率信号并没有立即下来，使功率设定值小于机组实际负荷，功率调节器输出将减小阀门指令，使机主控指令在一次发出关阀指令，由于DEH侧的调频量与阀位指令叠加后送入调门，DEH最终调整量超过了一次调频应该动作的值。2、对策：减小滤波模块的滞后时间、对策：减小滤波模块的滞后时间 但为防止阀门频繁动作，滞后时间不宜太小，因此，需要通过实验设置合适的滞后时间。3、DEH和和CCS出现反调出现反调 机组参与压力调节的表现为：一次调频动作条件满足时，DEH 立即动作，调频指令使调阀按设计的方向进行快速阶跃变化，此变化能引起机前压力相应变化
23、，CCS中压力控制回路对压力偏差进行快速调节，输出的综合阀位指令方向与一次调频动作指令方向相反，导致一次调频响应缓慢和快速反调。3、对策：采用压力闭锁功能、对策：采用压力闭锁功能 当一次调频发生时，可以采取在一定压力范围内跟踪实际压力的调节方式，当压力超出设定值一定范围后再对压力进行调节。这样相当于在一次调频发生时，在一定压力范围内退出压力自动控制，而在一次调频结束或压力偏差超出设定的范围时，自动投入压力控制，给一次调频足够的发挥空间。4、阀门的特性曲线对一次调频的影响、阀门的特性曲线对一次调频的影响 调阀一次调频的快速执行机构，因此调阀对一次调频的影响是直接和关键的。大部分机组一次调频的设计
24、为调频指令直接叠加在综合阀位出口处，然后通过调节阀门的阀门曲线去控制各个调节阀门的阀位开度，因此，调节阀门的特性曲线是一次调频能否全程良好参与一次调频的关键因素。在各厂大的节能形势下，发电机组为了提高热效率，一般都在顺序阀方式下运行，且尽可能的减小各个调节阀门的重叠度。这种情况下，当机组运行在阀门之间的切换点时，调频的能流指令（调频发生的综合阀位增量）往往用来待开启阀门的预起量，导致机组没有能流增加或减少，在某些负荷点调频效果不理想的情况。同时在阀门特性曲线斜率较大的负荷点，较小的调频能流指令增量也可导致阀门的大开大关，不利于机组的安全运行。因此，DEH 的阀门特性曲线往往决定了局部速度变动率
25、在某些负荷点大于规定值或小于规定值。4、对策：完善部分阀门部分折线函数、对策：完善部分阀门部分折线函数 当然，要解决这个问题，可以通过重新整定阀门特性曲线来解决，但阀门特性曲线的重定需要有汽轮机厂家专业人员参与，制定详细的整定方案，并通过现场试验确定，因此阀门特性曲线的重新全部整定是比较复杂且较难权衡的。为尽可能小的减少对阀门特性曲线的修改，可以将阀位增量设计为线性插值函数，即在不同的负荷下，不同的频差对应不同的阀位增量。这样可以有效的提高速度不等率的线性化，确保不同负荷工况下阀位增量对应的调频负荷都能满足要求。5、主汽压力对一次调频的影响、主汽压力对一次调频的影响 DEH 侧一次调频动作时，
26、调频阀位指令只是同转速差相关，而能流指令增量函数往往是在高负荷段设计整定的。当在低负荷时，由于压力较低，同样的调频阀位指令往往不能转换为相当的负荷，使调频幅度低于同一频差的高负荷调频幅度和设计调频幅度，而在接近额定负荷时，压力较高，调频幅度也会高于设计调频幅度。5、对策：考虑引入压力补偿、对策：考虑引入压力补偿 此方案即使一次调频的综合阀位阶跃增量既同设计的速度变动率以及频差相关，也同机前压力相关。转差信号经调频阀位函数转换后得到当前调频需要的综合阀位开度增量，机前压力通过压力补偿函数产生压力补偿系数，两者相乘得到补偿后的综合阀位开度增量。通过压力补偿，可以消除主汽压力对一次调频的影响。总总
27、结结 通过我公司技术人员对我厂四台机组一次调频控制策通过我公司技术人员对我厂四台机组一次调频控制策略的优化，在实际调节过程中调频能力有了很大的提高，略的优化，在实际调节过程中调频能力有了很大的提高，动作结果能满足动作结果能满足西北电网发电机组一次调频运行管理西北电网发电机组一次调频运行管理办法办法中一次调频主要技术指标的要求。在最近几次电中一次调频主要技术指标的要求。在最近几次电网频率波动时，我公司在网运行机组对电网调频贡献完网频率波动时，我公司在网运行机组对电网调频贡献完全达到设计要求，为电网安全运行作出了贡献。全达到设计要求，为电网安全运行作出了贡献。附件附件1：我厂几次系统频率波动时的一
28、次调频动作曲线：我厂几次系统频率波动时的一次调频动作曲线 附件附件2：逻辑图：逻辑图 后后 记记 其实，无论是一次调频，还是二次调频，甚至包括其实，无论是一次调频，还是二次调频，甚至包括有功功率负荷最优分配即经济负荷分配（也有的人称有功功率负荷最优分配即经济负荷分配（也有的人称之为三次调频），归根结底都是机组的出力必须迅速之为三次调频），归根结底都是机组的出力必须迅速满足电网的负荷，保证电能品质，保证电网安全。满足电网的负荷，保证电能品质，保证电网安全。一次调频的影响一次调频的影响 从近期一次调频动作情况看，不论是一次调频还是从近期一次调频动作情况看，不论是一次调频还是AGC，机组协调控制品质
29、的好坏直接影响到一次调频能，机组协调控制品质的好坏直接影响到一次调频能力及力及AGC的响应，因此，对机组协调品质的调试是关键，的响应，因此，对机组协调品质的调试是关键，对一次调频和对一次调频和AGC的管理，不能离开机组协调，所以，的管理，不能离开机组协调，所以，定期对定期对AGC、一次调频、协调自动参数进行检查优化，、一次调频、协调自动参数进行检查优化，使各种负荷、各样煤种下保证协调参数合理、满足自动使各种负荷、各样煤种下保证协调参数合理、满足自动稳定性及准确性要求，即能保证一次调频的要求。稳定性及准确性要求，即能保证一次调频的要求。协调方式的选择协调方式的选择 测量系统的作用测量系统的作用 谢谢大家！谢谢大家！欢迎各位批评欢迎各位批评指正指正