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摘要：目前，国内并网火电机组一次调频功能基本都投入运行。但功能常常不能满足电网运行的要求，对机组控制系统安全稳定运行也有不良影响。主要问题是方案设计不合理，一次调频功能实际不起作用，更重要的是造成一次调频动作时对机组稳定性影响过大。部分电厂为了保证机组的安全稳定运行，采取人为切除一次调频功能运行或者设置一次调频技术参数时比较保守，又或采取提高一次调频动作死区和降低一次调频动作值等手段，而这些手段是以降低机组参与电网调频性能为前提的。
关键词：一次调频；燃烧系统；协调系统；稳定性
1一次调频“CCS+DEH”方案
一次调频“CCS+DEH”控制策略：“CCS+DEH”方式的实现方法是在机组DEH系统和CCS系统分别设计有一次调频功能，彼此相互独立。一次调频由DEH实现，即将频差信号叠加在汽轮机调门指令处，以保证一次调频的响应速度，同时在DCS中投入频率校正回路，即当机组在协调或AGC方式时，由DEH、DCS共同完成。在一次调频的投入方式上作了如下设计：在DEH操作中设置“一次调频”按钮，机组并网稳定运行后由操作员投入一次调频功能，此时如CCS为自动方式，则CCS侧一次调频功能自动投入。
1.1DEH系统一次调频
一次调频时频差对应的调频值（与阀位给定值（参考流量）叠加，经功率回路、调节级压力回路和阀门管理程序的修正后作为汽轮机调门的开度指令控制调节阀的开度改变机组负荷，直到电网频率恢复正常。DEH系统一次调频的优点是动作迅速，能快速响应调频，缺点是调节品质较差，不利于机组的稳定运行。如果DEH系统功率回路和调节级压力回路没有投入，则一次调频为纯比例调节，调节结果与机组运行参数及调门的流量特性有关，实际负荷的变化与调频负荷目标值必然会存在一定偏差，在电网频率变化超过机组一次调频死区时，应在开始时的45秒内，机组实际出力与机组响应目标偏差的平均值应在机组额定有功出力的±3%内。
1.2CCS系统一次调频
在CCS自动的情况下CCS系统一次调频才能投入，调频负荷与来自AGC给定或操作员给定的机组目标负荷分别经限速率（10MW/min）后叠加，再经过高、低限幅后作为机组负荷给定值，分别送汽机主控制器和锅炉主控制器，汽机主控制器输出指令控制汽轮机负荷，锅炉主控制器调整燃料和风量维持主汽压力等参数的稳定。CCS侧一次调频和DEH侧不同之处在于CCS系统中一次调频负荷的计算是以机组目标负荷为参考基准，而DEH中一次调频负荷的计算是以实际调门开度为参考基准。CCS系统一次调频的优点是机组运行较稳定，但对调频负荷的响应较慢，不能快速响应电网频率的变化。
2DEB协调控制系统
机炉协调控制系统是整个机组控制的核心，其控制方案的优劣和调节品质直接影响到机组的安全、稳定和经济运行。DEB方式协调控制是目前普遍采用且控制效果较为理想的控制方案。在DEB协调控制应用中，锅炉蓄热系数是反应锅炉特性的重要参数，其准确求取是保证协调控制系统调节品质和负荷快速响应的关键。
直接能量平衡协调控制系统是一种以汽轮机能量需求信号直接对锅炉输入能量进行控制的协调控制系统。这种协调方式的基本出发点是在任何工况下均保证锅炉能量的输入与汽轮机能量的需求相平衡。DEB400系统直接采用经过动态校正的(P1/Pt)*Psp作为锅炉负荷指令信号。汽机控制系统采用采用典型的串级控制系统，内回路以P1作为反馈信号，外回路为功率校正回路。该系统取消了压力调节器，把汽机能量需求信号(P1/Pt)*Psp经过动态补偿，直接作为锅炉指令，送给燃料和风量控制子系统。在国内，已经有多个电厂应用这个方案到协调控制系统的设计中。
通过试验参数可得出锅炉与汽机间的一些基本关系函数，在此基础上可建立机组负荷和主汽压力对汽机调节输出和燃料调节输出的模型。把模型和DEB、锅炉基本等不同的机炉协调控制方式联接构成闭环控制回路，即可模拟现场协调控制系统。在模拟试验中，可对控制系统各参数的设置来模拟不同工况和控制参数下的控制系统调节品质，从而得出对实际现场机组的运行有指导意义的建议。
3一次调频对机组燃烧系统的影响
采用“CCS+DEH”方式一次调频方案，机组一次调频动作响应更加迅速，在电网频率超出设定的动作死区后，汽轮机调节汽门快速动作，负荷变化更加剧烈，能够满足电网对机组负荷的需要。但是在机组燃料投入自动的情况下，由于调节汽门动作引起的燃料和机前压力变化，会引起燃料发生较大的变化。如果有微分环节影响就更加明显，严重情况下会使锅炉燃烧不稳定造成锅炉灭火停机，不但不能帮助电网频率调整还会给电网造成更大的波动，影响电网安全，同时也给机组带来巨大的损失。鉴于一次调频功能是机组满足电网短时间内的负荷需要，因此只需要利用锅炉汽包的蓄热能力，使燃料在一次调频动作时保持不变或限制燃料的变化速度，从而稳定机组燃烧，保证机组安全运行。
3.1一次调频动作时燃料保持
首先通过一次调频负荷补偿函数输出的应该补偿的负荷量（调频负荷）判
断机组一次调频是否进入实际动作区，利用该信号将燃烧器切换为保持或跟踪状态，保持一段时间后恢复正常工作。为保证燃烧器正常工作，保持时间的长短主要依据汽轮机调节汽门剧烈动作的时间，只要汽轮机调节汽门的动作对燃料的影响不大，就可以恢复正常控制。由于存在模块计算周期、顺序问题，易造成一次调频动作前的燃料量指令不能保持，为尽量减少燃料波动，在不影响燃料正常控制功能的情况下增加速率限制。
3.2燃料回路增加燃料量指令的速度限制
由于各电厂采用机炉协调方案不同，可以在用于燃料前馈的目标负荷指令上增加速率限制，或者直接在燃烧器的输出端增加速率限制。限制速率的设定既要保证燃烧器在正常调整时不造成信号卡涩，又能保证一次调频动作时的燃料波动不影响燃烧稳定。
3.3各子系统强制切手动条件修改
在控制系统的设计过程中一般都有控制系统偏差大、执行器位置偏差大等切手动条件，保证在品质差或执行器出现问题时，强制切换到手动运行状态，以保证系统和设备的安全。但在一次调频的情况下，由于汽轮机调节汽门动作迅速，会造成主汽压力短时间内波动较大，汽包水位也可能由于虚假水位现象出现大幅波动，燃烧、炉膛压力、送风等由于燃料变化造成偏差大，为保证这些机组主要系统的正常运行，一次调频动作需要适当放宽切手动偏差，以保证一次调频和正常控制作用的正常动作。
3.4一次调频动作范围设置
为保证协调系统正常运行和燃烧稳定，一次调频需要设置上下负荷限制，超出设定的动作范围，一次调频不动作。如果一次调频动作，机组负荷将超出机组额定负荷，将影响汽轮机安全；低于负荷下限，会影响锅炉运行稳定，尤其燃煤机组一般将负荷下限设定为锅炉的最低稳燃负荷。燃煤锅炉除受煤质、配风变化等因素的影响以外，机组负荷也是影响燃烧稳定的主要因素，每台锅炉都有在相应煤种下的最低稳燃负荷，如果低于最低稳燃负荷，由于炉膛温度降低、风粉浓度降低，会造成锅炉燃烧不稳、抗干扰能力差，需要投油助燃，否则会出现锅炉灭火现象。由于一次调频要求机组响应的范围越大越好，但一次调频动作对机组燃烧、汽包水位等控制系统会造成巨大的扰动，为保证机组安全经济运行，将一次调频的动作范围进行限制。其中，最高负荷为机组额定负荷，最低负荷限制为机组最低稳燃负荷。同时，为保证一次调频在全范围内动作正确，在最低、最高负荷附近分别设置闭锁减和闭锁增。
4一次调频对协调控制系统稳定性的影响
在DEH一次调频功能投入后，如果有频差出现时，一次调频值直接叠加在DEH的给定阀位上，通过调节汽轮机调门使机组有功功率快速响应电网频率变化的要求。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的汽轮机调门指令，不仅从一定程度上抵消了一次调频的效果，而且对于协调控制系统相当于增加了外部扰动量，容易引起协调控制系统振荡，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效果，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，即“CCS+DEH”控制方式，增加CCS侧的机组负荷指令频率校正控制回路逻辑，从而减少一次调频投入后对机组协调稳定性的影响，保证机组安全稳定经济运行。
参考文献：
[1]业跃鸿.火电厂一次调频的功能的应用[J].仪器仪表与分析监测,2007(1):1-6.