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摘要：为了维持电网频率的稳定，保证机组的安全，可以根据电网频率控制的要求，对发电机组负荷的变化进行稳定调节，以稳定电网频率。而影响电网的频率的最根本因素是发电功率和用电负荷两者的大小关系，只有在发电功率和用电负荷的值相等情况下，才能电网频率稳定。但是当发电功率比用电负荷大时，电网频率就会上升，而发电功率比用电负荷小时，电网频率就会下降。那如何能够确保电网频率安全稳定，这里就需要应用到一次调频技术。本文以主要介绍介绍直流炉一次调频的相关参数及主要性能，分析一次调频对发电机组协调控制系统(CCS)的影响因素，探讨提高一次调频性能的途径和方法。
关键词：直流炉；一次调频；协调控制系统
由于电网对并网发电机组的一次调频考核越来越严，直接影响各个电厂的经济效益。本文探讨直流炉一次调频技术对协调控制系统的影响。
1. 一次调频概述及其主要性能参数
1．1一次调频概述
一次调频技术的具体内容：一次调频主要由两个调频回路组成并相互作用，它们分别是最終稳定负荷的一次调频回路和快速动作的一次调频回路。对于快速动作的一次调频回路开环控制，其最大作用是用来转变电机机组的负荷，使得机组响应时间达到一次调频的技术要求，而最终稳定负荷的一次调频回路，是需要工作技术人员进行手工操作进行调节，目的是要稳定最终的电机负荷真正达到所要求的大小。
一次调频回路一般可分为协调控制系统CCS一次调频和数字电液控制系统DEH一次调频，由这2部分的调频回路共同作用，其中DEH一次调频快速动作(开环控制)，CCS一次调频最终稳定负荷(闭环控制)。一次调频要求发电机组对电网频率变化的响应要快，其响应特性可视作一个一阶惯性环节，时间常数一般在10s左右。因机组蓄热只能维持一段时间，故后期负荷又回到原值，但DEH侧一次调频的动作值直接控制汽轮机调门，用于改变机组的负荷，使机组快速响应电网一次调频的需要。CCS一次调频最终稳定负荷，CCS中的一次调频由运行人员手动投入，一次调频动作后相当于去调节负荷设定值MWD并确保和DEH的作用方向相同，防止DEH的调节作用被拉回，最终稳定负荷到所需要的值。
1．2一次调频主要性能参数
下面根据电网对频率调节的基本要求，对一次调频主要参数进行说明。
1．2．1一次调频死区
一次调频死区也称一次调频不灵敏区，是指一次调频功能不动作的转速(或频率)偏离额定值的范围。按照电网频率控制要求，调频控制死区采用转速表示，△nSQ=±2 r／min，与此相对应的频率偏差死区为：△fSQ=±0.033 Hz。
1．2．2转速不等率
机组转速不等率（δ）是指机组调节系统给定值不变的情况下，机组功率由0至额定值对应的转速变化量（△n）与额定转速(n0)的比值表示为δ=△n/n0，对承担基本负荷的机组，其不等率一般取得大一些，以期电网周波的变化对其功率的影响较小，保证机组在经济工况下长期运行；对承担尖峰负荷的机组，不等率要小一些，在电网周波变化后希望多分担一点变动负荷，一般要求在4％一6％之间。
1．2．3一次调频投入的机组负荷范围
理论上发电机组并网后就应具备一次调频能力，为了保证机组安全和稳定运行，提出了一次调频投运的负荷范围概念。对于不同类型的发电机组，一次调频投运的负荷范围不同。对于燃煤发电机组，调速器(DEH)一次调频投运的负荷范围应为机组正常运行的负荷范围，应不低于不投油助燃的最低稳燃负荷，最高为机组额定负荷。
1．2．4一次调频机组负荷调节限制范围
设置机组一次调频最大幅度是因为快速大幅度变负荷危及到机组的安全运行。对于燃煤发电机组，机组通过调速器(DEH)快速一次调频变负荷的最大幅度应通过试验确定，主要以汽轮机调门快速变化时主蒸汽压力、温度等与机组安全运行参数的允许变化幅度和速率为依据。另外，加负荷以汽轮机调门开足为限，减负荷以主蒸汽压力上升幅度和速度到允许值(低于高旁动作值)为限，一般为5％额定负荷。
1．2．5一次调频的动态指标
发电机组一次调频动作越快，电网频率恢复越快，所以，发电机组应在保证机组安全的前提下尽量提高一次调频的变负荷速度。发电机组一次调频动作的动态过程应以机组功率对火电机组汽轮机调门响应的动态特性为依据，即用于一次调频负荷的调节量阶跃变化时，发电机组功率变化的动态特性。对于火电发电机组来说，当电网频率偏离时，汽轮机调门快速调频，一次调频的功率一般在30 s内达到峰值。
2. 一次调频对发电机组协调控制系统的影响
无论是CSS调节还是DEH单侧调节，其核心的关键都是要对调门开度的变化上进行控制，一次调频技术对协调控制系统的影响实质上就是通过改变负荷的初始设定值，从而产生定向的扰动现象来平衡电网频率的变化，以某火力发电厂为例，将一次调频技术对协调控制系统的具体的影响概括为以下几点：第一，由于在频率不动作时，调门的理论上边际压力应控制在0.2MPa上下，但是当一次调频开始工作时，会将调门边际压力扩充到0援6MPa左右，因此在为了稳定负荷的影响，是会影响到调门边际压力的，同时，当电网频率上的尖峰波动出现较多时，也会造成负荷和压力都会波动的影响。第二，锅炉蓄热的影响，为了在具体的一次调频工作时保证调频范围满足要求，需要保证充足的煤量和供水量。第三，调门晃动的影响，主要是一次调频频繁工作的原因，这样会进一步影响油压的变化，从而对调门指令造成误差，最终影响控制协调系统工作的准确性。第四，负荷指令的变化影响，在实际的一次调频工作中，会有一定的负荷指令变化，这样就会对协调控制系统带来一些额外的扰动影响。
3. 提高一次调频动作效果的控制策略
由于电网调度考核一次调频选取的是电网频率，而一般电厂一次调频取源为汽轮机转速。在电网频率变化时，汽轮机转速的变化滞后于电网频率的变化，再加上转速测量本身精度等问题，汽轮机转速不能完全代表电网频率的变化，从而影响了一次调频的动作效果。有些电厂改造现有的频率测量设备，提高电网频率测量精度，直接用电网频率来作为一次调频的调节量，以提高一次调频的调节效果。为了提高一次调频动作效果及正确率，某电厂对一次调频控制策略进行了一些优化，修改前、后的CCS如图1、图2所示。
图1原CCS侧一次调频回路及汽轮机主控回路
(1)原逻辑中DCS调节回路中一次调频动作回路需要经过负荷变化速率限制后，最终作用到调门开度变化，影响了一次调频响应速度。将一次调频动作值跳过速率限制模块，直接加在调门开度控制PID前。
(2)针对在一次调频后半段负荷不能继续维持而导致一次调频动作不合格的问题，经过仔细研究发现，在汽轮机主控回路中的压力拉回回路死区偏小，当压力
图2修改后CCS侧一次调频回路及汽轮机主控回路
超过0．03 MPa时，压力拉回回路就会为了稳定压力而牺牲负荷。因此，专门设计了一个投切回路，即在正常情况下，压力死区仍然较小，但在一次调频动作时，在允许范围内将压力死区放大至一0．5～0．6MPa。修改后，一次调频动作情况有明显改善，即在一次调频动作时，牺牲了部分压力来保持负荷的稳定。
(3)原设计一次调频逻辑在升降负荷时未进行负荷闭锁限制，从而造成在升降负荷时一次调频考核不合格。在逻辑中增加了“在升负荷时，一次调频要求减负荷；或在减负荷时，一次调频要求增负荷”的负荷闭锁限制，在升降负荷时，实现一次调频动作优先，即“在升负荷时，进行一次调频减负荷闭锁；或在减负荷时，进行一次调频增负荷闭锁”。经过这样的修改后，一次调频在升降负荷时的合格率大大提高。
(4)由于直流炉蓄热少，单纯利用锅炉的蓄热有时效果并不理想，对于一次调频动作时间较长的工况效果更不理想，因此，在一次调频动作时，同步微调给水量和给煤量，以维持压力和燃烧的稳定。
4. 结束语
一次调频效果及正确率的好坏直接影响电厂的经济效益，一次调频的性能提高对协调控制也会产生很大的扰动，现在越来越多的电厂已开始重视和关注一次调频功能。通过优化CCS一次调频控制策略，电厂一次调频性能指标有了较大提高，但还需要进一步研究和改善，以满足电网未来对一次调频更加严格的考核要求。
参考文献
[1]刘吉臻,姚琦,柳玉,等.风火联合调度的风电场一次调频控制策略研究[J].中国电机工程学报,2017,(12).
[2]侯兰雅.基于系统辨识的火电机组一次调频能力评价与提升[D].山东大学,2019.
关键词：直流炉；一次调频；协调控制系统
由于电网对并网发电机组的一次调频考核越来越严，直接影响各个电厂的经济效益。本文探讨直流炉一次调频技术对协调控制系统的影响。
1. 一次调频概述及其主要性能参数
1．1一次调频概述
一次调频技术的具体内容：一次调频主要由两个调频回路组成并相互作用，它们分别是最終稳定负荷的一次调频回路和快速动作的一次调频回路。对于快速动作的一次调频回路开环控制，其最大作用是用来转变电机机组的负荷，使得机组响应时间达到一次调频的技术要求，而最终稳定负荷的一次调频回路，是需要工作技术人员进行手工操作进行调节，目的是要稳定最终的电机负荷真正达到所要求的大小。
一次调频回路一般可分为协调控制系统CCS一次调频和数字电液控制系统DEH一次调频，由这2部分的调频回路共同作用，其中DEH一次调频快速动作(开环控制)，CCS一次调频最终稳定负荷(闭环控制)。一次调频要求发电机组对电网频率变化的响应要快，其响应特性可视作一个一阶惯性环节，时间常数一般在10s左右。因机组蓄热只能维持一段时间，故后期负荷又回到原值，但DEH侧一次调频的动作值直接控制汽轮机调门，用于改变机组的负荷，使机组快速响应电网一次调频的需要。CCS一次调频最终稳定负荷，CCS中的一次调频由运行人员手动投入，一次调频动作后相当于去调节负荷设定值MWD并确保和DEH的作用方向相同，防止DEH的调节作用被拉回，最终稳定负荷到所需要的值。
1．2一次调频主要性能参数
下面根据电网对频率调节的基本要求，对一次调频主要参数进行说明。
1．2．1一次调频死区
一次调频死区也称一次调频不灵敏区，是指一次调频功能不动作的转速(或频率)偏离额定值的范围。按照电网频率控制要求，调频控制死区采用转速表示，△nSQ=±2 r／min，与此相对应的频率偏差死区为：△fSQ=±0.033 Hz。
1．2．2转速不等率
机组转速不等率（δ）是指机组调节系统给定值不变的情况下，机组功率由0至额定值对应的转速变化量（△n）与额定转速(n0)的比值表示为δ=△n/n0，对承担基本负荷的机组，其不等率一般取得大一些，以期电网周波的变化对其功率的影响较小，保证机组在经济工况下长期运行；对承担尖峰负荷的机组，不等率要小一些，在电网周波变化后希望多分担一点变动负荷，一般要求在4％一6％之间。
1．2．3一次调频投入的机组负荷范围
理论上发电机组并网后就应具备一次调频能力，为了保证机组安全和稳定运行，提出了一次调频投运的负荷范围概念。对于不同类型的发电机组，一次调频投运的负荷范围不同。对于燃煤发电机组，调速器(DEH)一次调频投运的负荷范围应为机组正常运行的负荷范围，应不低于不投油助燃的最低稳燃负荷，最高为机组额定负荷。
1．2．4一次调频机组负荷调节限制范围
设置机组一次调频最大幅度是因为快速大幅度变负荷危及到机组的安全运行。对于燃煤发电机组，机组通过调速器(DEH)快速一次调频变负荷的最大幅度应通过试验确定，主要以汽轮机调门快速变化时主蒸汽压力、温度等与机组安全运行参数的允许变化幅度和速率为依据。另外，加负荷以汽轮机调门开足为限，减负荷以主蒸汽压力上升幅度和速度到允许值(低于高旁动作值)为限，一般为5％额定负荷。
1．2．5一次调频的动态指标
发电机组一次调频动作越快，电网频率恢复越快，所以，发电机组应在保证机组安全的前提下尽量提高一次调频的变负荷速度。发电机组一次调频动作的动态过程应以机组功率对火电机组汽轮机调门响应的动态特性为依据，即用于一次调频负荷的调节量阶跃变化时，发电机组功率变化的动态特性。对于火电发电机组来说，当电网频率偏离时，汽轮机调门快速调频，一次调频的功率一般在30 s内达到峰值。
2. 一次调频对发电机组协调控制系统的影响
无论是CSS调节还是DEH单侧调节，其核心的关键都是要对调门开度的变化上进行控制，一次调频技术对协调控制系统的影响实质上就是通过改变负荷的初始设定值，从而产生定向的扰动现象来平衡电网频率的变化，以某火力发电厂为例，将一次调频技术对协调控制系统的具体的影响概括为以下几点：第一，由于在频率不动作时，调门的理论上边际压力应控制在0.2MPa上下，但是当一次调频开始工作时，会将调门边际压力扩充到0援6MPa左右，因此在为了稳定负荷的影响，是会影响到调门边际压力的，同时，当电网频率上的尖峰波动出现较多时，也会造成负荷和压力都会波动的影响。第二，锅炉蓄热的影响，为了在具体的一次调频工作时保证调频范围满足要求，需要保证充足的煤量和供水量。第三，调门晃动的影响，主要是一次调频频繁工作的原因，这样会进一步影响油压的变化，从而对调门指令造成误差，最终影响控制协调系统工作的准确性。第四，负荷指令的变化影响，在实际的一次调频工作中，会有一定的负荷指令变化，这样就会对协调控制系统带来一些额外的扰动影响。
3. 提高一次调频动作效果的控制策略
由于电网调度考核一次调频选取的是电网频率，而一般电厂一次调频取源为汽轮机转速。在电网频率变化时，汽轮机转速的变化滞后于电网频率的变化，再加上转速测量本身精度等问题，汽轮机转速不能完全代表电网频率的变化，从而影响了一次调频的动作效果。有些电厂改造现有的频率测量设备，提高电网频率测量精度，直接用电网频率来作为一次调频的调节量，以提高一次调频的调节效果。为了提高一次调频动作效果及正确率，某电厂对一次调频控制策略进行了一些优化，修改前、后的CCS如图1、图2所示。
图1原CCS侧一次调频回路及汽轮机主控回路
(1)原逻辑中DCS调节回路中一次调频动作回路需要经过负荷变化速率限制后，最终作用到调门开度变化，影响了一次调频响应速度。将一次调频动作值跳过速率限制模块，直接加在调门开度控制PID前。
(2)针对在一次调频后半段负荷不能继续维持而导致一次调频动作不合格的问题，经过仔细研究发现，在汽轮机主控回路中的压力拉回回路死区偏小，当压力
图2修改后CCS侧一次调频回路及汽轮机主控回路
超过0．03 MPa时，压力拉回回路就会为了稳定压力而牺牲负荷。因此，专门设计了一个投切回路，即在正常情况下，压力死区仍然较小，但在一次调频动作时，在允许范围内将压力死区放大至一0．5～0．6MPa。修改后，一次调频动作情况有明显改善，即在一次调频动作时，牺牲了部分压力来保持负荷的稳定。
(3)原设计一次调频逻辑在升降负荷时未进行负荷闭锁限制，从而造成在升降负荷时一次调频考核不合格。在逻辑中增加了“在升负荷时，一次调频要求减负荷；或在减负荷时，一次调频要求增负荷”的负荷闭锁限制，在升降负荷时，实现一次调频动作优先，即“在升负荷时，进行一次调频减负荷闭锁；或在减负荷时，进行一次调频增负荷闭锁”。经过这样的修改后，一次调频在升降负荷时的合格率大大提高。
(4)由于直流炉蓄热少，单纯利用锅炉的蓄热有时效果并不理想，对于一次调频动作时间较长的工况效果更不理想，因此，在一次调频动作时，同步微调给水量和给煤量，以维持压力和燃烧的稳定。
4. 结束语
一次调频效果及正确率的好坏直接影响电厂的经济效益，一次调频的性能提高对协调控制也会产生很大的扰动，现在越来越多的电厂已开始重视和关注一次调频功能。通过优化CCS一次调频控制策略，电厂一次调频性能指标有了较大提高，但还需要进一步研究和改善，以满足电网未来对一次调频更加严格的考核要求。
参考文献
[1]刘吉臻,姚琦,柳玉,等.风火联合调度的风电场一次调频控制策略研究[J].中国电机工程学报,2017,(12).
[2]侯兰雅.基于系统辨识的火电机组一次调频能力评价与提升[D].山东大学,2019.