林錦升

摘 要： 電力系統(tǒng)一次調(diào)頻在大電網(wǎng)運(yùn)行過程所發(fā)揮的作用越來越重要，各電網(wǎng)公司陸續(xù)頒布實(shí)施了嚴(yán)格的考核管理細(xì)則。針對(duì)目前發(fā)電機(jī)組中一次調(diào)頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、優(yōu)化過程和考核管理方面存在的若干問題進(jìn)行了較為深入的剖析。通過對(duì)控制系統(tǒng)整體的分析，就一次調(diào)頻重要參數(shù)的設(shè)置、管理規(guī)定的動(dòng)態(tài)化等方面提出了相應(yīng)的見解和意見。其目的在于并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制技術(shù)和管理更加科學(xué)，使一次調(diào)頻控制技術(shù)實(shí)施和優(yōu)化過程更精細(xì)。

關(guān)鍵詞： 發(fā)電機(jī)組；電力系統(tǒng)頻率；一次調(diào)頻；動(dòng)態(tài)；考核

引言

隨著電網(wǎng)容量的增大、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜以及用戶用電結(jié)構(gòu)的多樣性，電力系統(tǒng)一次調(diào)頻功能以其快速、實(shí)時(shí)的優(yōu)勢(shì)越發(fā)顯現(xiàn)其重要性。機(jī)組一次調(diào)頻的投入是穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的一項(xiàng)重要技術(shù)措施，對(duì)于實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)發(fā)電自動(dòng)調(diào)度、提高電能質(zhì)量、維持電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行能夠起到重要作用。特別是，在電力系統(tǒng)突然發(fā)生大的有功缺額時(shí)，通過發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻作用可以縮短電網(wǎng)頻率波動(dòng)的過渡時(shí)間和減少頻率的偏差，能有效穩(wěn)定動(dòng)態(tài)過程中電網(wǎng)頻率。我國各大區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)營商越來越重視并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻效能，并先后出臺(tái)了要求較高的一次調(diào)頻性能考核管理規(guī)定。

1一次調(diào)頻控制技術(shù)的發(fā)展與存在的問題

發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻是電力生產(chǎn)與生俱來的功能之一，其控制技術(shù)經(jīng)歷了三個(gè)階段的發(fā)展。對(duì)于最初階段的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組，一次調(diào)頻功能是機(jī)組的固有特性，依靠機(jī)械液壓控制系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)頻率偏差變化，完成一次調(diào)頻過程，期間人工無法干預(yù)。隨著電子與測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，一次調(diào)頻控制技術(shù)經(jīng)歷了短暫的電、液并存的模擬電液調(diào)節(jié)階段，該技術(shù)主要特點(diǎn)是通過電信號(hào)測(cè)速探頭取代原有純液壓系統(tǒng)的機(jī)械式轉(zhuǎn)速測(cè)量一次元件，經(jīng)由電液轉(zhuǎn)換裝置產(chǎn)生等效的控制油壓信號(hào)，從而完成調(diào)速系統(tǒng)的控制過程。上世紀(jì)90年代，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的廣泛應(yīng)用，原動(dòng)機(jī)的一次調(diào)頻控制技術(shù)進(jìn)入了數(shù)字控制的時(shí)代，機(jī)組一次調(diào)頻的相關(guān)參數(shù)可以由工程運(yùn)行人員隨意組態(tài)，甚至一次調(diào)頻功能可以隨意投入和退出，給發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻功能的管理考核帶來了新的難題。

目前，發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制方面的研究大多建立在靜態(tài)特性的基礎(chǔ)上，忽視了控制對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性。為了滿足一次調(diào)頻考核相關(guān)規(guī)定，控制系統(tǒng)優(yōu)化過程中往往盲目減小發(fā)電機(jī)組的速度不等率（調(diào)差系數(shù)）。由于缺乏對(duì)系統(tǒng)的深入分析，未能考慮控制對(duì)象的時(shí)變特性和一次調(diào)頻的隨機(jī)過程的特征，僅僅給出了無差別的一次調(diào)頻考核管理系統(tǒng)，某種意義上缺乏對(duì)具體問題的分類考慮。

2 一次調(diào)頻關(guān)鍵參數(shù)設(shè)置問題的討論

2.1速度不等率及大小設(shè)置

發(fā)電機(jī)組速度不等率（水電機(jī)組指的是永態(tài)調(diào)差率）也稱為發(fā)電機(jī)組調(diào)差系數(shù)，用于描述發(fā)電機(jī)組有功功率與轉(zhuǎn)速（或電網(wǎng)頻率）的靜態(tài)特性的一個(gè)重要參數(shù)，一般用δ或R（調(diào)差系數(shù)）表示， 過小的調(diào)差系數(shù)會(huì)使得并列運(yùn)行機(jī)組的功率波動(dòng)較大。在液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，這個(gè)參數(shù)是發(fā)電機(jī)組同調(diào)速系統(tǒng)的固有特性，一般難以隨意改變。而對(duì)于當(dāng)代的數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)而言，這種固有的特性本質(zhì)上已經(jīng)消失，需由相應(yīng)的數(shù)字計(jì)算機(jī)的控制回路進(jìn)行補(bǔ)償相應(yīng)的功率-頻率特性。

由于速度不等率的隨意設(shè)置的特性，使得發(fā)電機(jī)組的速度不等率的設(shè)置具有一定的隨意性。隨著電力系統(tǒng)運(yùn)行對(duì)一次調(diào)頻性能的要求越來越高，一些機(jī)組為了滿足考核標(biāo)準(zhǔn)，盲目將發(fā)電機(jī)組的小轉(zhuǎn)速偏差附近的速度不等率減小，以追求單臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻初期的快速響應(yīng)能力，最后導(dǎo)致機(jī)組的壓力波動(dòng)較大。這種現(xiàn)象表明機(jī)組利用蓄熱能力實(shí)現(xiàn)機(jī)組一次調(diào)頻功能已經(jīng)超出了機(jī)組正常接受的范圍，實(shí)際上對(duì)機(jī)組長期安全運(yùn)行構(gòu)成了極大的威脅。依據(jù)經(jīng)典控制理論的知識(shí)，這樣盲目調(diào)整速度不等率將導(dǎo)致一次調(diào)頻控制回路產(chǎn)生超調(diào)現(xiàn)象，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整帶來極為不利的影響，甚至?xí)砭植康臋C(jī)電振蕩。

2.2調(diào)頻死區(qū)與設(shè)定

有些國家的發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制回路不設(shè)置死區(qū)，發(fā)電機(jī)組沖轉(zhuǎn)到接近3000r/min附近時(shí)，就開始依靠一次調(diào)頻回路進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，且在負(fù)荷全程范圍內(nèi)一次調(diào)頻作用均存在?？紤]到目前我國電力技術(shù)實(shí)際情況，我國并入電網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻控制回路中的調(diào)頻死區(qū)大都設(shè)置在±2r/min（0.034Hz）。調(diào)頻死區(qū)的確定同測(cè)量轉(zhuǎn)速或頻率的精度、發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)化水平、發(fā)電機(jī)組調(diào)整機(jī)構(gòu)的機(jī)械性能、電能品質(zhì)中頻率指標(biāo)要求以及電網(wǎng)的容量有直接關(guān)系。一般來說，電網(wǎng)容量越大，要求的一次調(diào)頻死區(qū)越小。因而，隨著電網(wǎng)容量的不斷增大，一次調(diào)頻的死區(qū)將越來越小，對(duì)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制系統(tǒng)各方面性能的要求也將越來越高。

2.3調(diào)頻幅度與設(shè)定

考慮到機(jī)組的自動(dòng)化水平和設(shè)備的性能，以及保證機(jī)組參與一次調(diào)頻過程的安全性，一般要求有調(diào)頻幅度的限制。而在早前的液壓式調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，無任何限幅措施；對(duì)于引進(jìn)的日本發(fā)電機(jī)組，一次調(diào)頻控制回路也不設(shè)置調(diào)頻的限幅，這同日本發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化水平有直接的關(guān)系。一次調(diào)頻的幅度的設(shè)定同機(jī)組形式、機(jī)組容量的大小、電網(wǎng)頻率偏差的最大允許值等方面有關(guān)。一般來說，水電機(jī)組可以不設(shè)置限幅；火電機(jī)組容量越小，調(diào)頻相對(duì)幅值越大，目前要求的火電機(jī)組的調(diào)頻幅度在6%—10%之間。

實(shí)際上調(diào)頻上限的設(shè)置對(duì)于保證機(jī)組安全性方面是有必要的。但是，下限的設(shè)置，雖然在正常的情況下可能在防止鍋爐主汽壓力的超限方面有一定的作用，但是，在防止系統(tǒng)的超速方面就存在潛在的威脅，所以可以適當(dāng)將下限的限值放寬一些，以達(dá)到兩方面安全性能的折衷。

2.4一次調(diào)頻投入信號(hào)及獲取

對(duì)于火力發(fā)電機(jī)組，往往在控制組態(tài)中存在CCS側(cè)和DEH側(cè)兩個(gè)一次調(diào)頻投切開關(guān)，使得發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻投入信號(hào)的獲取在邏輯實(shí)現(xiàn)過程中比較混亂，無統(tǒng)一的邏輯關(guān)系。為了清楚表明一次調(diào)頻投入信號(hào)獲取的根據(jù)，有必要說明火力發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻的本質(zhì)。火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻實(shí)際上是利用機(jī)組的蓄熱來快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化，以快速彌補(bǔ)電網(wǎng)有功缺額。因而，發(fā)電機(jī)組在一次調(diào)頻的過程中主要是依靠DEH對(duì)閥門開度校正來實(shí)現(xiàn)。所以，在一次調(diào)頻控制過程中，DEH側(cè)的一次調(diào)頻的投入是發(fā)電機(jī)組是否發(fā)揮一次調(diào)頻作用的必要條件。當(dāng)機(jī)組的CCS控制回路故障切除后，CCS側(cè)的一次調(diào)頻作用也就自然消失，但是發(fā)電機(jī)組DEH側(cè)一次調(diào)頻還在起作用時(shí)，仍可以起到調(diào)頻的作用。所以，為了規(guī)范發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻投入與否的信號(hào)，并能真實(shí)反映發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制功能的實(shí)質(zhì)，筆者認(rèn)為應(yīng)該采用下圖的邏輯關(guān)系來獲取發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻投入信號(hào)，并傳送至電網(wǎng)調(diào)度。

3 結(jié)束語

一次調(diào)頻控制已發(fā)展至現(xiàn)在的數(shù)字控制技術(shù)階段，相應(yīng)的考核系統(tǒng)也越來越趨于嚴(yán)格，但控制技術(shù)和管理依據(jù)往往停留在發(fā)電機(jī)組靜態(tài)特性的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上。本文對(duì)一次調(diào)頻控制系統(tǒng)進(jìn)行了較為深入的剖析，從一次調(diào)頻的動(dòng)態(tài)特性和隨機(jī)特性方面指出了一次調(diào)頻控制技術(shù)和管理方面存在的問題，并提出了建議，引導(dǎo)相關(guān)專業(yè)科研技術(shù)人員加大對(duì)電力系統(tǒng)一次調(diào)頻動(dòng)態(tài)特性和隨機(jī)特性方面的研究力度，使得電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻控制技術(shù)和管理技術(shù)更科學(xué)、更合理、更精細(xì)，為電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定和安全運(yùn)行提供有力的技術(shù)保障?！?/p>

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