第八章机组一次调频技术第一节概述目前，我国电网中的主力机组容量已由200ＭＷ转为300ＭＷ、600MW甚至更大，机组的各项运行参数的要求也相应提高，自动化水平更高。

除了常规的功能外，一些新的功能也必不可少。

一方面，随着计算机技术的发展，DCS系统已经在电厂中取得了广泛的应用，为新的理论和复杂方案的实现奠定了良好的物质基础。

同时，新的理论的成熟应用，尤其是机炉协调功能的应用，对机组实现更加复杂的功能提供了理论前提。

另一方面，随着电力技术进步，单元机组的装机容量越来越大，对机组自动控制和故障处理能力也提出了较高的要求，同时单机组故障对电网的影响和冲击也越来越大，原有的人工处理事故已经不能适应形势需要。

要求机组更加注重整体概念、电网意识，努力提高单机组运行的稳定性和电网事故的协助处理能力，提高整个电力系统的安全性和经济性。

机组容量的不断增加和市场经济的进一步深入，电网的供电质量要求也越来越高，要求电网频率、电网联络线水平非常稳定，同时随着国家提出大电网建设要求，各电网之间要实现互连，对各地方电网的频率和联络线都提出了更高的要求，各子网必须具有较强的能力，首先保证自己的安全，同时在主网出现异常情况时具有一定的帮助处理事故的能力。

一次调频功能正是由发电机组在电网出现异常的情况下充分利用锅炉蓄热快速响应，以弥补电网负荷差距，稳定电网频率。

一次调频功能对维持单元机组和电网的稳定起着重要作用。

随着大电网战略的实施，给各局部电网和运行机组提出了更高的要求。

作为电力系统的基础部分发电机组的安全稳定，对电网的稳定起着至关重要的作用。

这就要求电厂方面除完成调峰、调频功能的同时，要保证机组运行工况稳定，减少机组大幅度波动对电网造成的冲击；同时在电网发生事故的情况下，能充分发挥机组的控制能力，以帮助电网稳定，进一步提高电网的安全和供电质量。

发电机组一次调频功能是汽轮发电机组固有的功能，无论液调机组还是电调机组都具备该功能。

在机组是液调方式时，由机组调速系统实现，通过机务工程师根据机组性能设定其动作参数（主要包括不等率、转速调整范围等）。

汽轮机在机组并网前就开始起作用，在机组并网后自动根据电网频率调整本机组负荷，协助电网频率的调整。

随着计算机技术的应用，汽轮机由原来的液调方式改为电调方式，一次调频功能转变为由DEH实现，虽然机组协调、AGC等功能投入运行为其奠定了良好的基础，但一次调频功能运行效果仍不是很好，原因主要有以下几个方面：（1）对一次调频研究不深入，造成目前制定的一次调频管理办法和要求，不符合电网的实际需要，不能充分发挥机组的一次调频能力。

如在一次调频中设计速率限制、机组一次调频负荷补偿量太小、死区太大等（2）在机组的协调方案设计中，没有考虑一次调频特性等造成机组负荷急剧变化对锅炉燃烧的影响，容易造成机组灭火停机。

（3）一次调频功能响应太慢，不能满足电网的快速需要。

（4）一次调频功能一般为运行人员投切，各机组过分注重本机组安全，一般情况下，大部分机组不投入该功能，造成电网频率频繁超限。

第二节 机组一次调频基本概念一、转速不等率转速不等率是指机组在控制系统给定值不变的情况下，机组功率由零至额定值对应的转速变化量（Δn）与额定转速（n 0）的比值，通常以百分数形式表示。

%100*0n n Δ=δ 对承担基本负荷的机组，一般取其不等率大一些，以希望电网周波的变化对其功率的影响要小，保证机组在经济工况下长期运行；对承担尖峰负荷的机组，则不等率要小一些，在电网周波变化后希望多分担一点变动负荷。

二、功率补偿量机组一次调频的功率补偿量(ΔP)：是由机组转速不等率δ和电网频率偏差（可转换为转速偏差Δn）计算出来的，公式如下：式中为额定转速，0n N P 为机组的额定功率。

例如： 额定容量为N P n n p *%100*0δΔ−=ΔN P =300MW的发电机，转速不等率为5％，当转速偏差为Δn =-6转（电网频率偏差为Δf =-0.10HZ）时，该机组一次调频的功率补偿量ΔP：N N N %5P P P p %4*04.0)*%100*30006(==−−=Δ 三、迟缓率 机组的迟缓率：是指由于调速器、传动放大机构和配汽机构部件有磨擦、间隙等原因使输0式中为额定转速。

四、调频死区死区是指系统在额定转速附近对转速的不灵敏区。

为了在电网频率变化频动作值到机组负荷开始变化所需的时间为一次调频负荷响应六、稳定时间过程中，在电网频率稳定后，机组负荷达到稳定所需时间为一次调频稳第三节 机组一次调频特性电网频率是一个频繁变化参数。

主要包括三部分：低频一，它是指电网负荷变化引起电网的频入信息与输出信息之间存在的迟缓现象，这种迟缓现象作用于控制系统使在一定的转速变化范围Δn，机组功率不变。

迟缓率ε的计算公式如下：ε=(Δn/ n )*100%0n 机组一次调频频率较小的情况下提高机组稳定性，一般在电调系统设置有频率死区。

五、响应滞后时间电网频率变化达到一次调滞后时间，一般情况下要求小于3秒即可。

机组参与一次调频定时间，应小于1min，机组协调系统或自动发电（AGC）运行时，应剔除负荷指令变化的因素。

的参数，也是电网运行的重要监视区为每天根据用户的生活习惯和作息时间而变化的部分，由计划运行的机组根据电网预测分配负荷，使系统负荷在发电机组之间实现经济分配；高频区是由于用电负荷较小随机变化而造成的，由AGC 功能随时完成调整；另外是由于系统内机组跳闸或大用户发生跳闸时，电网频率发生瞬间变化，一般变化幅度较大，变化周期在10秒到2～3分钟之间，要求网上机组的负荷能够在允许的范围内快速地调整，以弥补网上的负荷缺口，保证电网频率的稳定，这就是一次调频功能要完成的任务。

一次调频特性是汽轮发电机组并网运行的基本特性之率发生变化后，机组在控制系统的作用下自动地增加（电网频率下降时）或减小(电网频率升高时)自身的功率，从而限制电网频率变化的特性。

传统的一次调频特性定义为静态时汽轮机与其转速之间的关系曲线，又称为汽轮机控制系统的静态特性，如图 8-1所示。

实际的静态特性曲线由于系统各组成部分的特性中存在迟缓率，往往分上行和下行两条曲线，并且是非线性的。

若电网的周波在机组静特性的不灵敏区内变化，则机组的负荷变化是随机的。

机组调速系统的不等率代表了一次调频的基本特性，它反映了汽轮机功率变化与电网周波之间的静态关系。

图8-1 调速系统静态特性曲线由于电网周波是随时间变化量具有不同的幅值，同时汽轮机控制控制系统的一次调频动态特性分为：（组负荷立即增加时，使高调门动态过开到一频系统：当电网周波突然降低，需要增加机组功率时，高调门在开始阶段增加的开机组，对周期较长的电网周波变化，机组第四节 机组一次调频方案设计在机组水平达到一定的自，机组的负荷受电网或运行人的随机函数，不同频率的分系统对周波变化的各频率分量的相应能力是不同的。

这是由于机组形式和负荷控制系统的不同造成的，两机组即使静态特性相同，对相同幅值、不同频率的周波变化，其功率变化也可能是不同的，这就是常说的机组负荷适应性不同，也就是一次调频的动态特性不同。

典型1）纯转速控制系统：在电网周波降低要求机个较大的数值，然后关小到与要求功率相适应的稳态值，用高压缸多进的蒸汽量所发出的功率来补偿中、低压缸功率增加的滞后，以使机组整个功率的增加接近于非再热机组的特性。

（2）功度为正常应增加开度的两倍，其后随着功率的增加减小到正常开度，由此补偿中、低压缸的功率滞后，提高再热机组的一次调频能力。

（3）准恒功率系统：该系统适应于带基本负荷的的功率几乎保持不变，在高频段，一次调频作用取得主导地位，表现为纯转速系统特性，这样既可利用汽包锅炉的蓄热参与短期的一次调频，又可避免对锅炉产生较大的扰动，保证机组在经济负荷下长期运行。

动化水平后，整个机组实现了协调员的，一次调频功能作为事故处理手段应该建立在机组协调的基础之上，同时兼顾锅炉和汽机。

为保证机组一次调频功能的完整性，要求在机组不在协调状态下，DEH 单独也能完成一次调频功能。

一、DEH 调频方案1．方案A图8-2 DEH 系统一次调频功能（方案A）一次调频作为功率,通过PID 运行,相应地控制汽轮何工况下,一定的频率偏差理论上为功率控制器输出指令的校正信号,经校正后的指令直接输出到阀门管理程序 指令的校正信号加入到PID 的设定值端机调门保证机组实际负荷等于经校正后的功率指令。

频率偏差与机组负荷变化成一定关系,在机组运行的任产生同样幅度、速率的负荷变化,有利于二次调频功能的运行。

这是该方案的优点。

缺点是由于作为定值校正信号，使得此种方式必须在系统功率回路投入的情况下才能起作用；当汽轮机调门从DEH(LOCAL 方式)切换为MCS(REMOTE 方式)后,DEH 侧功率回路退出运行,也就是此种方式的一次调频功能被禁止投运；由于经过控制器，一次调频功能的响应时间受控制器的参数。

2.方案B一次调频作,保证机组调门开度指令(指汽轮机的流量指令)等于经一次调频校正后的指令输出。

图8-3 DEH系统一次调频功能（方案B） 3.方案C图8-4 DEH系统一次调频功能（方案C）这种方案的优点是①与以往老式的液调机组比较,两者具有相同的方式。

一次调频功能可以在功率回路解除的情况下正常投运；并且当汽轮机调门从DEH系统切换为MCS系统后,DEH侧的一次调频功能仍可以起作用，它结合了A、B两种方案的优点,功率回路投入时同方案A,功率回路解除时同方案B,在任何运行方式下均能投运一次调频功能；②由于不经过控制器,一次调频功能的响应速度很快,基本上没有任何延时。

缺点是因为频率偏差与机组调门流量指令(线性化校正的开度指令)成一定关系,在机组运行的任何情况下,一定的频率偏差产生同样幅度、速率的开度变化。

但是对应于机组负荷而言,在机组运行的不同情况下,一定的频率偏差会产生不同幅度、速率的实际功率变化,不利于二次调频功能对对象的性能把握。

二、DCS系统的调频方案1.方案A图8-5 DCS系统一次调频功能（方案A和B）频率校正信号加在经速率限制后的功率指令上后作为设定值输入到PID控制器的SP 端。

优点是频率或转速的偏差与机组负荷变化成一定关系。

在机组运行的任何情况下,一定的频率(或转速)偏差理论上产生同样幅度、速率的负荷变化。

有利于二次调频功能的运行。

缺点是由于作为设定值的校正信号,使得一次调频功能必须在MCS系统的PID回路投入的情况下才能起作用。

当MCS系统由于某种本身原因没投功率回路时,一次调频功能不能投运。

由于经过控制器,一次调频功能的响应时间受控制器参数的影响。

2. 方案B频率校正信号直接加在功率指令上后再经速率限制作为设定值输入到PID控制器的SP 端。

这种方式一般来说没有可取之处。