DEH系統一次調頻控制結構原理圖

1、基本概念

一次調頻：PrimaryFrequencyControl。

在電網實際運行中，當電量消耗與電量供給不匹配時，即可引起電網頻率出現變化較小、變動周期較短的微小分量，這種頻率擾動主要靠汽輪發電機組本身的調節系統直接自動調整汽輪機調門完成電網負荷補償，修正電網頻率的波動，這個過程即為發電機組的一次調頻。具體修正為：當電網頻率升高時，一次調頻功能要求機組利用其蓄熱快速減負荷，反之，機組快速增負荷。

2、控制結構原理圖

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

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

3、基本技術要求

發電機組的一次調頻指標主要包括：轉速不等率、調頻死區、快速性、補償幅度、穩定時間等。不同區域的電網公司對各個技術指標要求也不盡相同。

1）轉速不等率：

標準：火電機組轉速不等率應為4%～5%，該技術指標不計算調頻死區影響部分。該指標一般作為邏輯組態參考應用，機組實際不等率需根據一次調頻實際動作進行動態計算。

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

2）調頻死區：

標準：機組參與一次調頻死區應不大于|±0.033|Hz或|±2|r/min。

目的：設置轉速死區的目的是為了消除因轉速不穩定（由于測量系統的精度不夠引起的測量誤差）引起的機組負荷波動及調節系統晃動。

3）快速性：

標準：機組參與一次調頻的響應時間應小于3s。燃煤機組達到75%目標負荷的時間應不大于15s，達到90%目標負荷的時間應不大于30s。對于高壓油電液調節機組響應時間一般在1-2s。電網頻率波動越頻，該技術指標越重要。

4）穩定時間：

標準：機組參與一次調頻的穩定時間應小于1min。該技術指標對于發電機組及電網穩定運行都十分重要。

5）補償幅度：

標準：機組參與一次調頻的調頻負荷變化幅度不應設置下限;一次調頻的調頻負荷變化幅度上限可以加以限制，但限制幅度不應過小，規定如下：

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，額定負荷運行的機組，應參與一次調頻，增負荷方向最大調頻負荷增量幅度不小于5%Po。

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

設置限幅的主要目的是因為快速大幅度的變負荷會危及到機組的安全運行。對于燃煤發電機組，機組通過調速器快速一次調頻變負荷最大幅度應通過試驗確定，主要以汽機調門快速變化時主汽壓力、溫度等與機組安全運行參數的變化幅度和速率在允許范圍內為依據，另外加負荷以汽機調門開足為限，減負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

對于燃煤發電機組，調速器（DEH）一次調頻投運的負荷范圍應為機組正常運行的負荷范圍，應不低于不投油助燃的最低負荷，最高為機組滿負荷。機組在最低負荷或滿負荷時，僅使用DEH側的一次調頻功能，CCS側僅閉鎖與一次調頻相反的調節作用。機組最低不投油助燃負荷時，不因一次調頻而減少燃煤，防止鍋爐熄火，機組最高負荷時，不因一次調頻而增加燃煤，防止機組超壓。CCS側一次調頻投運的負荷范圍應為CCS投入的負荷范圍，一般最低不高于50%額定負荷，最高為機組滿負荷。

4、控制回路

一次調頻回路一般可分為CCS一次調頻和DEH一次調頻，由這兩部分的調頻回路共同作用，其中DEH一次調頻快速動作（開環控制），CCS一次調頻最終穩定負荷（閉環控制）。DEH側一次調頻的動作值直接控制汽輪機調門，用于改變機組的負荷，使機組快速響應一次調頻的需要；CCS一次調頻最終穩定負荷，CCS中的一次調頻由運行人員手動投入，一次調頻動作后相當于去調節負荷設定值MWD，并確保和DEH的作用方向相同，防止DEH的調節作用被拉回，最終穩定負荷到所需要的值。二者相互配合，提升機組的一次調頻性能。

1）DEH一次調頻

DEH側一次調頻功能對負荷的修正直接疊加到流量指令上，即根據調節量直接開大或關小調門，調整汽輪機的進汽量，快速穩定電網頻率。功率回路投入時，負荷設定值同時增加一次調頻指令，在提高機組一次調頻快速動作的同時保證負荷不出現反調現象。

2）CCS一次調頻

協調投入方式下，DCS切除汽機主控回路時，一次調頻功能由DEH實現。DCS投入汽機主控回路時，一次調頻指令疊加到負荷設定值上(未直接添加到去DEH的流量指令上)，提高機組一次調頻的精確性及穩定性。

5、一次調頻試驗曲線分析

1）曲線描述：電網頻率降低超過死區，根據對應轉速不等率得出負荷正疊加指令，負荷指令階躍上升變化，實際負荷先上升趨于指令，接著又下降。

分析：DEH接受一次調頻及負荷指令的增加開大調門，開大調門一定時間內負荷上升，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荷的熱量，導致負荷油下降。

2）曲線描述：電網頻率上升超過死區，根據對應轉速不等率得出負荷負疊加指令，負荷指令階躍下降變化，實際負荷先下降趨于指令，接著又上升。

分析：DEH接受一次調頻及負荷指令的下降關小調門，關小調門一定時間內負荷下降，因為鍋爐存在一定蓄熱，負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門以降低壓力，所以負荷又上升。

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

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