Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２０１４正 山东工业技术 一第０２期 次调频对系统稳定性的影响分析 王海波 （大唐长春第二热电有限责任公司，吉林长春１ ３００３１） 【摘要】本文简要介绍了一次调频的基本原理以及参数的设置方法及对协调控制系统稳定性的影响，并对一次调频对协调控制系统稳定 性的影响进行了分析，提出了将ＤＥＨ一次调频因子引入协调控制系统的方法，ＤＥＨ和协调控制系统就能够共同完成一次调频功能，不会对控 制系统的稳定性造成影响。 【关键词】一次调频；协调控制系统；稳定性 ０引言 随着大容量机组在电网中的比例不断增加．电网用电结构变化引 起的负荷峰谷差逐步加大．而用户对电能质量的要求却在不断提高． 电网频率稳定性的问题越来越被重视 大容量火电机组需要根据中调 的ＡＧＣ指令和电网的频率偏差参与电网的调峰、调频。为提高电网运 行的稳定性．降低电网频率的波动．增强电网抗事故能力。电能质量越 高，电网也越安全。 对于电网中快速的负荷变动所引起的周波变动．汽轮机调节系 统、机组协调控制系统根据电网频率的变化情况利用锅炉的蓄能，自 动改变调门的开度．即改变发电机的功率．使之适应电网负荷的随机 变动．来满足电网负荷变化的过程这就是一次调频 系统中运行的同步发电机组．按照其调速系统的静态特性增加调 门开度．弥补系统中功率的不足 机组一次调频功能是指当电网频率 超出规定的正常范围后．电网频率的变化将使电网中参与一次调频的 各机组调速系统根据电网频率的变化自动地增加或减小机组的功率． 从而达到新的平衡．并且将电网频率的变化限制在一定的范围内 一 次调频功能是维护电网稳定的重要手段 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 化而引起的频率波动，电网对机组的一次调频要求越来越高。 １ 一次调频的基本原理 电网的频率是由发电功率与用电负荷大小决定的．当发电功率与 用电负荷大小相等时．电网频率稳定：发电功率大于用电负荷时．电网 频率升高：发电功率小于用电负荷时．电网频率降低。电网的频率（周 波 一旦偏离额定值时．电网中机组的控制系统就自动地控制机组有 功功率的增减．限制电网频率变化．使电网频率维持稳定的个自动控 制过程 当电网频率升高时．一次调频功能要求机组利用其蓄热快速 减负荷．反之．机组快速减负荷。一次调频的主要技术指标有：转速不 等率、调频死区、调频负荷范围。 一次调频转速不等率定义为：８＝（ｎｍ雠一ｎ ／ｎｏＸ． １００％ 式中：ｎ…ｎ ｎ＿一机组空负荷、满负荷对应的速度，（ｒ／ｍｉｎ）；ｎ 一 机组额定转速．（ｒ／ｍｉｎ） 转速不等率８是反映机组调频能力的重要指标．既反映了机组一 次调频能力的强弱．又表明了稳定性的好坏。转速不等率８越大，机组 对电网的调频能力越小．机组运行越稳定：转速不等率８越小．机组对 电网的调频能力越强．但机组运行的稳定性差。调频死区的设置主要 是为了防止电网频率在小范围内波动时汽机调门的不必要的频繁动 作．调频过于灵敏．不利于设备的安全运行。另外，为了保持一次调频 时机组的稳定和机组的实际调频能力及设备的安全，还需要对调频负 荷进行限幅．防止一次调频动作时机组出现过负荷的情况。 １．１一次调频的参数设置 机组一次调频性能．是指电网频率发生偏离额定值的变化时．机 组出力与电网频率的相关性．传统上用汽机调速系统的速度变动率 （调差系数）及迟缓率（死区）表示。当频差或转速差超过死区值时一次 调频开始动作。速度变动率（调差系数）是指令一次调频动作的比例， 其值越大．一次调频的负荷变化越小，反之就越大。 一次调频要求机组在保证机组安全的前提下．适当利用机组的蓄 热快速变化机组的负荷．使电网频率稳定 一次调频对机组会有一些 负面作用．所以一次调频的动作不易过大和过频，一次调频的参数应 作者简介：王海波（１９８６ ０６一），男，助理工程师，从事电厂汽轮机运行工作。 根据电网的模型特性、频率指标、并结合机组的情况综合制订。 由于ＤＥＨ的生产厂家不同．参数的设置方法也有差异 如果一次 调频参数设置不合理，会对机组的安全性与稳定性带来一定的影响。 以下针对河北南网大型火电机组中一次调频参数的设置及其对协调 控制系统稳定性的影响进行分析．并探讨如何合理设置ＤＥＨ和ＤＣＳ 一次调频的参数．使其既能满足电网频率快速响应的需求，又能满足 机组安全稳定性的要求 １．２一次调频功能的控制策略和逻辑 １．２．１ ＤＥＨ侧的一次调频功能 早期汽机的一次调功能由汽机液调系统完成．这些液调系统控制 汽机由于其一次调频的死区大于电网的正常频率波动．所以目前正常 情况下一次调频已经不起作用．只有电网有大的频率偏差才会动作。 一次调频功能分别设置在ＤＥＨ和ＣＣＳ侧．ＤＥＨ侧的一次调频代替原 液调系统的功能．但其控制的性能有了很大的提高．而且一次调频的 参数可能方便精确地设置。机组并网后，汽机转速与电网频率是一致， ＤＥＨ中普遍使用汽机转速信号代表电网频率。ＤＥＨ一次调频是换算 成电负荷当量的调门指令＝Ｆ２（Ａ转速１．但由于此换算存在着一定的 偏差．而且是开环控制．所以ＤＥＨ实际一次调频的负荷响应和一次调 频的负荷要求是有偏差的．而且由于机组的蓄热只能维护一段时间， 所以后期负荷又回到原值 １．２．２ ＣＣＳ侧的一次调频功能 对于ＣＣＢＦ方式．如没有一次调频功能．由ＤＥＨ一次调频动作所 变化的负荷很快会被ＣＣＢＦ的负荷调节系统拉回。投一次调频后 ＣＣＢＦ的负荷指令与ＤＥＨ侧同步变化．使二侧调节系统对调门的变化 一致 如没有一次调频功能．由于ＤＥＨ的一次调频动作时会引起主蒸 汽压力变化．ＣＣＴＦ的主蒸汽压力调节系统很快会把调门恢复到原位， 也使负荷很快回到原值 ＣＣＴＦ方式下即使投人一次调频功能，主蒸汽 压力调节回路也会对一次调频有较大抑制作用．为此要对ＣＣＴＦ下的 一次调频逻辑进行一些修改，使一次调频动作时，主蒸汽压力在允许 的范围内．闭锁与一次调频反向汽机指令变化．使机组能释放出一部 分蓄热来满足一次调频的变负荷要求。 以上两种ＣＣＳ方式都是把一次调频的负荷要求叠加在原负荷指 令上．一方面使调门的动作与ＤＥＨ侧的一次调频保持一致，另外改变 锅炉指令．使锅炉与汽机能量上保持平衡。一次调频的作用应该时短 时间内保持用电与供电的平衡．使电网频繁稳定，基本上用电与供电 的平衡应由ＡＧＣ完成 一次调频功能是通过调节汽轮机调门的开度， 利用机组的蓄热来快速响应电网频率的变化。目前大机组普遍应用 ＤＥＨ来进行汽轮机转速和有功功率的控制。 ＤＥＨ中一次调频功能是将汽轮机转速与额定转速的差值直接换 算成有功功率指令．以新华控制工程公司的ＤＥＨ为例。汽轮机额定转 速（一般为３０００ｒ／ｍｉｎ）与实际转速的差值经函数ｆ（ｘ）转换后生成一次 调频因子．直接叠加到ＤＥＨ的有功功率给定值上，以控制汽轮机的调 门开度 一次调频因子的设置包括频差死区和转速不等率两个因素。 频差死区的设置是为了防止在电网频差小范围变化时汽机调门不必 要的动作。 一次调频不等率８定义为：８＝Ａｎ／ｎ。 式中△ｎ——机组空负荷时和满负荷时的转速差值，ｒ／ｍｉｎ；ｎ 一 机组额定负荷值．Ｍｗ。 ６的数值一般设置在３％～６％。６值越小，在相同的频差下汽机调 门的变化幅值越大，反之则越小。一次调频因子的设置与机组的稳定 山东工业技术Ｉ ６７ ｃＬ 一Ｊ…Ｔ—Ｊ…・ １个 ｋｎｎ１… ＩＳｈａｎｄｏｎｇ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 第０２期 山东工业技术 ２０１４年 在ＤＥＨ一次调频功能投入后．如果有频差出现时．一次调频因子 性密切相关，频差死区越大，８越大，机组越稳定，但是对电网一次调 通过调节ＤＥＨ的调门使机 频的贡献也越小。一次调频因子的设置应兼顾机组稳定性和一次调频 直接叠加在ＤＥＨ的有功功率的给定值上．快速响应的指标。 组有功功率快速响应一次调频的需求 但是如果此时协调控制系统投 入．协调控制系统的负荷给定值没有改变而机组有功功率发生了变 ２一次调频参数的设置及其对协调控制系统稳定性的影响 化．协调控制系统的功率控制回路就会发出和一次调频作用方向相反 不仅从一定程度上抵消了一次调频的效果．而且 ８的数值确定之后．频差的变化和一次调频因子的数值的关系就 的汽轮机调门指令．是线性的．可以有多种方法来完成一次调频参数的设置。应用较广泛 对于协调控制系统相当于增加了外部扰动量 对于协调控制系统和 ＤＥＨ遥控指令是开关量脉冲传输形式的系统来讲．由于ＤＥＨ遥控指 的是利用函数发生器ｆ（ｘ）进行一次调频参数的设置方法。 如果协调控制系统和 调频参数的设置并不适用于国内机组的运行情况 只要汽轮机转 令有一定的速率限制．这种抵消作用还弱一些．速与给定值有偏差．汽轮机调门就会动作．使协调控制系统叠加的扰 ＤＥＨ遥控指令是通过模拟量传输的．由于ＤＥＨ的调门变化速率不受 限制．不仅将一次调频效果马上抵消．而且容易引起协调控制系统振 动过于频繁．从而影响了系统的稳定性 从而降低协调控制系统的稳定性。为使一次调频达到最佳的调节 频差设置了死区以后．实际上小幅度地改变了８．而且越接近死 荡，需要将一次调频因子引入协调控制系统的负荷给定值回路。 区．改变越大。这种一次调频参数的设置方法虽然既考虑了频差死区， 效果，又对因为频差死区设置而造成的８的变化做了修正．但是对协调控制 系统的稳定性却造成了很大影响 首先．一次调频因子没有经过任何 速率限制直接加到ＤＥＨ的有功功率给定值上．当频差在超过和回落 到死区的过程中，一次调频因子的变化是一个阶跃过程．整体的调节 后果会导致汽机调门的突然开大或者关小．在协调控制系统投入的情 况下，会导致燃料量的大幅度波动，从而引起汽包水位、炉膛压力、主 汽压力和主汽温度自动调节的不稳定．而这种对６的修正量对电网一 次调频的贡献量是非常小的．因此这种设置方法总体上是弊大于利． 应该摈弃。 如果ＤＥＨ功率回路没有投入。则一次调频作用为纯比例调节．有 功功率变化的数值与一次调频因子不可避免地存在偏差．偏差量与当 时机组的运行工况有关。为了防止一次调频动作时机组出现过负荷的 情况，最好对一次调频因子进行幅值的限制 除了上述双向幅值限制以外．还可以进行单向的幅值限制．在一 次调频因子增的方向进行限幅，减的方向不进行限制 ４结论 随着市场经济的发展．电力市场对电能质量的要求越来越高，最 终是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频程序在机组安全的前提 下．能快速适应各种工况 一次参数的设置既要充分考虑对电网周波 变化的快速响应，又不能对机组的安全、稳定运行造成影响。只要能够 根据机组的实际情况正确合理地设置一次调频参数．ＤＥＨ和协调控 制系统就能够共同完成一次调频功能．而不会对控制系统的稳定性造 成影响。ｅ 【参考文献】 ［１］肖增弘，徐丰．汽轮机数字式电液调节系统［Ｍ】ｊＥ京：中国电力出版社，２００３． ［２］张秋生．大型火电机组一次调．频参数的设置及其对协调控制系统稳定性的 影响【Ｚ］．河北省电力研究院． ［３］张东宝．一次调频功能控制策略的分析及优化阴．自动化博览，２００７． ３ ＤＥＨ与协调控制系统对一次调频功能的联合调整 ［责任编辑：曹明明］ 损坏程度。因此要加强振动监督．对振动监测做到制度化、经常化，必 须在机组振动突然增大达到规程规定值时，及时果断地将机组停运， ４结束语 防止扩大损坏，或对振动虽然增大，但尚未达到规程规定紧急停机数 查找原因，并采取措施防止设备损坏事故的 总之，对转动机械来说，微小的振动是不可避免的，振动幅度不超 值的异常及时对比分析，过规定标准的属正常振动。这里所说的振动．系指机组转动中振幅比 发生。ｅ 原有水平增大，特别是增大到超过允许标准的振动，也就是异常振动 任何一种异常振动都潜伏着设备损坏的危险 比如轴系质量失去平衡 【参考文献】 Ｍ】．中国电力出版社，２００８ （掉叶片、大轴弯曲、轴系中心变化、发电机转子内冷水路局部堵塞 ［１］施维新汽轮发电机组振动及事故［［２］大型汽轮机原理［Ｍ】．中国电力出版社，２００５． 等）、动静磨擦、膨胀受阻、轴承磨损或轴承座松动．以及电磁力不平衡 等等都会表面在振动增大．甚至强烈振动 而强烈振又会导致机组其 ［责任编辑：曹明明］ 他零部件松动甚至损坏，加剧动静部分摩擦．形成恶性循环，加剧设备 （上接第８０页）任心教育。 （上接第７８页）箱中的分线盒或者进低压分线盒。将配电箱尺寸大小 改革。ｅ 进行适当放大，从而使得分路出线问以及与外部箱体电气安全距离变 大。变压器配电箱的分路出线不小于２５ｍｍ￣导线．进线不小于３５ｒａｍｚ 【参考文献】 导线，８０ｋＶＡ、１００ｋＶＡ变压器的配电箱的分路出线不小于３５ｍｍ２导 ［１］李育钢，徐华文．城区低压配电网台区的运行故障调查分析【Ｊｌｌ湖北电力， ２００６（１）． 线，进线不小于５０ｍｍ 导线。 ４结语 总而言之，低压配电运用的实际措施必须遵循设计标准．将满足 用户需求为重要依据，从低压配电的技术和管理两个方面同时来进行 ［２］蔡敏．城镇低压配电技术与管理探讨【Ｊ】．湖北电力，２００４（４）． ［３］ｉ／１岩，郑为民，黄华青．低压配电监控系统的研制【川．集美大学学报：自然科学 版．２００３（２）． ［责任编辑：丁艳］ （上接第８１页）行分析和控制、强化调度员安全意识和操作规范．增强 【参考文献】 责任感，要想使电力调度安全运行，就必须做好相应的风险管理措施， ［１］殷继焕．论油田电力调度安全运行管理途径［Ｊ】．安全、健康和环境，２００２，２（７） 李斌．规范电力调度保障电网安全四．江汉石油职工大学学报，２００８，２１（２１）． 并积极有效地分析问题，强化相关人员的工作意识。只有这样才能有 ［２］效地保证国家电网系统合理有效运行。ｅ ［责任编辑：曹明明］ ６８ ｌ山东工业技术 ｌ Ｃｌ Ｊ…Ｔ Ｊ．・１