DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻控制結(jié)構(gòu)原理圖

1、基本概念

一次調(diào)頻：PrimaryFrequencyControl。

在電網(wǎng)實際運行中，當(dāng)電量消耗與電量供給不匹配時，即可引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)變化較小、變動周期較短的微小分量，這種頻率擾動主要靠汽輪發(fā)電機組本身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)直接自動調(diào)整汽輪機調(diào)門完成電網(wǎng)負(fù)荷補償，修正電網(wǎng)頻率的波動，這個過程即為發(fā)電機組的一次調(diào)頻。具體修正為：當(dāng)電網(wǎng)頻率升高時，一次調(diào)頻功能要求機組利用其蓄熱快速減負(fù)荷，反之，機組快速增負(fù)荷。

2、控制結(jié)構(gòu)原理圖

DEH系統(tǒng)中一次調(diào)頻功能通常是將汽輪機轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的差值直接轉(zhuǎn)化為功率信號補償或流量補償。

國電網(wǎng)額定頻率為50Hz，汽輪機額定轉(zhuǎn)速為3000rpm，額定頻率與實際頻率差值(有時額定轉(zhuǎn)速與汽輪機實際轉(zhuǎn)速的差值代替頻率差值)經(jīng)函數(shù)變換后生成一次調(diào)頻補償因子，一次調(diào)頻功能投入，直接與功率或流量信號疊加，控制汽輪機的調(diào)門開度，一次調(diào)頻切除時，調(diào)頻補償因子系數(shù)為零，不參與系統(tǒng)控制。

3、基本技術(shù)要求

發(fā)電機組的一次調(diào)頻指標(biāo)主要包括：轉(zhuǎn)速不等率、調(diào)頻死區(qū)、快速性、補償幅度、穩(wěn)定時間等。不同區(qū)域的電網(wǎng)公司對各個技術(shù)指標(biāo)要求也不盡相同。

1）轉(zhuǎn)速不等率：

標(biāo)準(zhǔn)：火電機組轉(zhuǎn)速不等率應(yīng)為4%～5%，該技術(shù)指標(biāo)不計算調(diào)頻死區(qū)影響部分。該指標(biāo)一般作為邏輯組態(tài)參考應(yīng)用，機組實際不等率需根據(jù)一次調(diào)頻實際動作進行動態(tài)計算。

實際舉例：轉(zhuǎn)速不等率5%，汽機從額定負(fù)荷100%到0%變化時，所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速升高值為150r/min，δ=150/3000*100%=5%，也叫速度變動率。一次調(diào)頻量的計算：ΔPf=K*Δf（K為調(diào)頻系數(shù),單位為%/r/min，Δf為頻差信號），而K=1/(δ*n0)*100%，所以對應(yīng)變化1r/min的轉(zhuǎn)速差的一次調(diào)頻量（以機組容量660MW為例）ΔPf=1/(3000*5%)*100%*660MW=4.4MW/r/min。

2）調(diào)頻死區(qū)：

標(biāo)準(zhǔn)：機組參與一次調(diào)頻死區(qū)應(yīng)不大于|±0.033|Hz或|±2|r/min。

目的：設(shè)置轉(zhuǎn)速死區(qū)的目的是為了消除因轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定（由于測量系統(tǒng)的精度不夠引起的測量誤差）引起的機組負(fù)荷波動及調(diào)節(jié)系統(tǒng)晃動。

3）快速性：

標(biāo)準(zhǔn)：機組參與一次調(diào)頻的響應(yīng)時間應(yīng)小于3s。燃煤機組達(dá)到75%目標(biāo)負(fù)荷的時間應(yīng)不大于15s，達(dá)到90%目標(biāo)負(fù)荷的時間應(yīng)不大于30s。對于高壓油電液調(diào)節(jié)機組響應(yīng)時間一般在1-2s。電網(wǎng)頻率波動越頻，該技術(shù)指標(biāo)越重要。

4）穩(wěn)定時間：

標(biāo)準(zhǔn)：機組參與一次調(diào)頻的穩(wěn)定時間應(yīng)小于1min。該技術(shù)指標(biāo)對于發(fā)電機組及電網(wǎng)穩(wěn)定運行都十分重要。

5）補償幅度：

標(biāo)準(zhǔn)：機組參與一次調(diào)頻的調(diào)頻負(fù)荷變化幅度不應(yīng)設(shè)置下限;一次調(diào)頻的調(diào)頻負(fù)荷變化幅度上限可以加以限制，但限制幅度不應(yīng)過小，規(guī)定如下：

a)250MW>Po的火電機組，限制幅度≥10%Po;

b)350MW≥Po≥250MW的火電機組，限制幅度≥8%Po;

c)500MW≥Po>350MW的火電機組，限制幅度≥7%Po;

d)Po>500MW的火電機組，限制幅度≥6%Po。

另外，額定負(fù)荷運行的機組，應(yīng)參與一次調(diào)頻，增負(fù)荷方向最大調(diào)頻負(fù)荷增量幅度不小于5%Po。

實際舉例：（以機組容量660MW為例）限幅6%額定負(fù)荷ΔP=660MW*6%=39.6MW，在轉(zhuǎn)速不等率5%時ΔPf=1/(3000*5%)*100%*660MW=4.4MW/r/min?？烧{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速值為ΔP/ΔPf=39.6/4.4=9r/min。即在±2r/min的基礎(chǔ)上變化±9r/min的調(diào)頻量幅度。

設(shè)置限幅的主要目的是因為快速大幅度的變負(fù)荷會危及到機組的安全運行。對于燃煤發(fā)電機組，機組通過調(diào)速器快速一次調(diào)頻變負(fù)荷最大幅度應(yīng)通過試驗確定，主要以汽機調(diào)門快速變化時主汽壓力、溫度等與機組安全運行參數(shù)的變化幅度和速率在允許范圍內(nèi)為依據(jù)，另外加負(fù)荷以汽機調(diào)門開足為限，減負(fù)荷以主汽壓力上升幅度和速度到允許值（低于高旁動作值）為限。

6）投運范圍

對于燃煤發(fā)電機組，調(diào)速器（DEH）一次調(diào)頻投運的負(fù)荷范圍應(yīng)為機組正常運行的負(fù)荷范圍，應(yīng)不低于不投油助燃的最低負(fù)荷，最高為機組滿負(fù)荷。機組在最低負(fù)荷或滿負(fù)荷時，僅使用DEH側(cè)的一次調(diào)頻功能，CCS側(cè)僅閉鎖與一次調(diào)頻相反的調(diào)節(jié)作用。機組最低不投油助燃負(fù)荷時，不因一次調(diào)頻而減少燃煤，防止鍋爐熄火，機組最高負(fù)荷時，不因一次調(diào)頻而增加燃煤，防止機組超壓。CCS側(cè)一次調(diào)頻投運的負(fù)荷范圍應(yīng)為CCS投入的負(fù)荷范圍，一般最低不高于50%額定負(fù)荷，最高為機組滿負(fù)荷。

4、控制回路

一次調(diào)頻回路一般可分為CCS一次調(diào)頻和DEH一次調(diào)頻，由這兩部分的調(diào)頻回路共同作用，其中DEH一次調(diào)頻快速動作（開環(huán)控制），CCS一次調(diào)頻最終穩(wěn)定負(fù)荷（閉環(huán)控制）。DEH側(cè)一次調(diào)頻的動作值直接控制汽輪機調(diào)門，用于改變機組的負(fù)荷，使機組快速響應(yīng)一次調(diào)頻的需要；CCS一次調(diào)頻最終穩(wěn)定負(fù)荷，CCS中的一次調(diào)頻由運行人員手動投入，一次調(diào)頻動作后相當(dāng)于去調(diào)節(jié)負(fù)荷設(shè)定值MWD，并確保和DEH的作用方向相同，防止DEH的調(diào)節(jié)作用被拉回，最終穩(wěn)定負(fù)荷到所需要的值。二者相互配合，提升機組的一次調(diào)頻性能。

1）DEH一次調(diào)頻

DEH側(cè)一次調(diào)頻功能對負(fù)荷的修正直接疊加到流量指令上，即根據(jù)調(diào)節(jié)量直接開大或關(guān)小調(diào)門，調(diào)整汽輪機的進汽量，快速穩(wěn)定電網(wǎng)頻率。功率回路投入時，負(fù)荷設(shè)定值同時增加一次調(diào)頻指令，在提高機組一次調(diào)頻快速動作的同時保證負(fù)荷不出現(xiàn)反調(diào)現(xiàn)象。

2）CCS一次調(diào)頻

協(xié)調(diào)投入方式下，DCS切除汽機主控回路時，一次調(diào)頻功能由DEH實現(xiàn)。DCS投入汽機主控回路時，一次調(diào)頻指令疊加到負(fù)荷設(shè)定值上(未直接添加到去DEH的流量指令上)，提高機組一次調(diào)頻的精確性及穩(wěn)定性。

5、一次調(diào)頻試驗曲線分析

1）曲線描述：電網(wǎng)頻率降低超過死區(qū)，根據(jù)對應(yīng)轉(zhuǎn)速不等率得出負(fù)荷正疊加指令，負(fù)荷指令階躍上升變化，實際負(fù)荷先上升趨于指令，接著又下降。

分析：DEH接受一次調(diào)頻及負(fù)荷指令的增加開大調(diào)門，開大調(diào)門一定時間內(nèi)負(fù)荷上升，鍋爐蓄熱下降，因為鍋爐對象的遲延性，鍋爐沒有及時提供維持負(fù)荷的熱量，導(dǎo)致負(fù)荷油下降。

2）曲線描述：電網(wǎng)頻率上升超過死區(qū)，根據(jù)對應(yīng)轉(zhuǎn)速不等率得出負(fù)荷負(fù)疊加指令，負(fù)荷指令階躍下降變化，實際負(fù)荷先下降趨于指令，接著又上升。

分析：DEH接受一次調(diào)頻及負(fù)荷指令的下降關(guān)小調(diào)門，關(guān)小調(diào)門一定時間內(nèi)負(fù)荷下降，因為鍋爐存在一定蓄熱，負(fù)荷下降的同時蒸汽壓力不斷上升，壓力上升到一定程度連鎖開大調(diào)門以降低壓力，所以負(fù)荷又上升。

3）曲線描述：電網(wǎng)頻率降低超過死區(qū)，根據(jù)對應(yīng)轉(zhuǎn)速不等率得出負(fù)荷正疊加指令，負(fù)荷指令階躍上升變化，此時實際負(fù)荷與階躍后的指令接近，但負(fù)荷還是先上升大約指令階躍大小，接著又下降。

分析：DEH接受一次調(diào)頻及負(fù)荷指令的增加，即使此時負(fù)荷與指令接近，但所增加的負(fù)荷指令直接疊加到DEH中的調(diào)門指令開大調(diào)門，使負(fù)荷上升，由于鍋爐蓄熱有限，一定時間后負(fù)荷下降。