发电机组一次调频若干问题的分析.docx

发电机组一次调频若干问题的分析 林锦升摘 要： 电力系统一次调频在大电网运行过程所发挥的作用越来越重要，各电网公司陆续颁布实施了严格的考核管理细则。针对目前发电机组中一次调频控制系统设计、优化过程和考核管理方面存在的若干问题进行了较为深入的剖析。通过对控制系统整体的分析，就一次调频重要参数的设置、管理规定的动态化等方面提出了相应的见解和意见。其目的在于并网发电机组一次调频控制技术和管理更加科学，使一次调频控制技术实施和优化过程更精细。关键词： 发电机组；电力系统频率；一次调频；动态；考核引言随着电网容量的增大、电网结构的日益复杂以及用户用电结构的多样性，电力系统一次调频功能以其快速、实时的优势越发显现其重要性。机组一次调频的投入是稳定系统频率的一项重要技术措施，对于实现电网发电自动调度、提高电能质量、维持电网安全稳定运行能够起到重要作用。特别是，在电力系统突然发生大的有功缺额时，通过发电机组的一次调频作用可以缩短电网频率波动的过渡时间和减少频率的偏差，能有效稳定动态过程中电网频率。我国各大区域电网运营商越来越重视并网发电机组的一次调频效能，并先后出台了要求较高的一次调频性能考核管理规定。1一次调频控制技术的发展与存在的问题发电机组的一次调频是电力生产与生俱来的功能之一，其控制技术经历了三个阶段的发展。对于最初阶段的液压调节系统发电机组，一次调频功能是机组的固有特性，依靠机械液压控制系统及时响应电网频率偏差变化，完成一次调频过程，期间人工无法干预。随着电子与测量技术的发展，一次调频控制技术经历了短暂的电、液并存的模拟电液调节阶段，该技术主要特点是通过电信号测速探头取代原有纯液压系统的机械式转速测量一次元件，经由电液转换装置产生等效的控制油压信号，从而完成调速系统的控制过程。上世纪90年代，计算机控制技术的广泛应用，原动机的一次调频控制技术进入了数字控制的时代，机组一次调频的相关参数可以由工程运行人员随意组态，甚至一次调频功能可以隨意投入和退出，给发电机组一次调频功能的管理考核带来了新的难题。目前，发电机组一次调频控制方面的研究大多建立在静态特性的基础上，忽视了控制对象的动态特性。为了满足一次调频考核相关规定，控制系统优化过程中往往盲目减小发电机组的速度不等率（调差系数）。由于缺乏对系统的深入分析，未能考虑控制对象的时变特性和一次调频的随机过程的特征，仅仅给出了无差别的一次调频考核管理系统，某种意义上缺乏对具体问题的分类考虑。2 一次调频关键参数设置问题的讨论2.1速度不等率及大小设置发电机组速度不等率（水电机组指的是永态调差率）也称为发电机组调差系数，用于描述发电机组有功功率与转速（或电网频率）的静态特性的一个重要参数，一般用或R（调差系数）表示， 过小的调差系数会使得并列运行机组的功率波动较大。在液压调节系统中，这个参数是发电机组同调速系统的固有特性，一般难以随意改变。而对于当代的数字电液调节系统而言，这种固有的特性本质上已经消失，需由相应的数字计算机的控制回路进行补偿相应的功率-频率特性。由于速度不等率的随意设置的特性，使得发电机组的速度不等率的设置具有一定的随意性。随着电力系统运行对一次调频性能的要求越来越高，一些机组为了满足考核标准，盲目将发电机组的小转速偏差附近的速度不等率减小，以追求单台机组一次调频初期的快速响应能力，最后导致机组的压力波动较大。这种现象表明机组利用蓄热能力实现机组一次调频功能已经超出了机组正常接受的范围，实际上对机组长期安全运行构成了极大的威胁。依据经典控制理论的知识，这样盲目调整速度不等率将导致一次调频控制回路产生超调现象，对整个电力系统的频率调整带来极为不利的影响，甚至会带来局部的机电振荡。2.2调频死区与设定有些国家的发电机组一次调频控制回路不设置死区，发电机组冲转到接近3000r/min附近时，就开始依靠一次调频回路进行转速调节，且在负荷全程范围内一次调频作用均存在。考虑到目前我国电力技术实际情况，我国并入电网运行的发电机组的一次调频控制回路中的调频死区大都设置在2r/min（0.034Hz）。调频死区的确定同测量转速或频率的精度、发电机组的自动化水平、发电机组调整机构的机械性能、电能品质中频率指标要求以及电网的容量有直接关系。一般来说，电网容量越大，要求的一次调频死区越小。因而，随着电网容量的不断增大，一次调频的死区将越来越小，对发电机组一次调频控制系统各方面性能的要求也将越来越高。2.3调频幅度与设定考虑到机组的自动化水平和设备的性能，以及保证机组参与一次调频过程的安全性，一般要求有调频幅度的限制。而在早前的液压式调节系统中，无任何限幅措施；对于引进的日本发电机组，一次调频控制回路也不设置调频的限幅，这同日本发电机组自动化水平有直接的关系。一次调频的幅度的设定同机组形式、机组容量的大小、电网频率偏差的最大允许值等方面有关。一般来说，水电机组可以不设置限幅；火电机组容量越小，调频相对幅值越大，目前要求的火电机组的调频幅度在6%10%之间。实际上调频上限的设置对于保证机组安全性方面是有必要的。但是，下限的设置，虽然在正常的情况下可能在防止锅炉主汽压力的超限方面有一定的作用，但是，在防止系统的超速方面就存在潜在的威胁，所以可以适当将下限的限值放宽一些，以达到两方面安全性能的折衷。2.4一次调频投入信号及获取对于火力发电机组，往往在控制组态中存在CCS侧和DEH侧两个一次调频投切开关，使得发电机组一次调频投入信号的获取在逻辑实现过程中比较混乱，无统一的逻辑关系。为了清楚表明一次调频投入信号获取的根据，有必要说明火力发电机组的一次调频的本质。火力发电机组一次调频实际上是利用机组的蓄热来快速响应电网频率的变化，以快速弥补电网有功缺额。因而，发电机组在一次调频的过程中主要是依靠DEH对阀门开度校正来实现。所以，在一次调频控制过程中，DEH侧的一次调频的投入是发电机组是否发挥一次调频作用的必要条件。当机组的CCS控制回路故障切除后，CCS侧的一次调频作用也就自然消失，但是发电机组DEH侧一次调频还在起作用时，仍可以起到调频的作用。所以，为了规范发电机组一次调频投入与否的信号，并能真实反映发电机组一次调频控制功能的实质，笔者认为应该采用下图的逻辑关系来获取发电机组一次调频投入信号，并传送至电网调度。3 结束语一次调频控制已发展至现在的数字控制技术阶段，相应的考核系统也越来越趋于严格，但控制技术和管理依据往往停留在发电机组静态特性的认识基础上。本文对一次调频控制系统进行了较为深入的剖析，从一次调频的动态特性和随机特性方面指出了一次调频控制技术和管理方面存在的问题，并提出了建议，引导相关专业科研技术人员加大对电力系统一次调频动态特性和随机特性方面的研究力度，使得电力系统的一次调频控制技术和管理技术更科学、更合理、更精细，为电力系统频率稳定和安全运行提供有力的技术保障。参考文献1李家川.基于机理建模的超临界机组一次调频的研究D.硕士学位论文，华北电力大学（保定），2008，12.2 广东省电力调度中心.广东电网一次调频与AGC优化控制策略研究项目、研究报告R.2006.12.3 文学，张昆.南方电网一次调频现状研究J.南方电网技术，2008，2（3）：70-72.4上海新华控制技术有限公司.电站汽轮机数字式电液控制系统-DEHM.北京：中国电力出版社，2005.5. -全文完-