火電機(jī)組一次調(diào)頻基本控制策略分析綜述1.1典型方案目前，大部分發(fā)電機(jī)組采取DEH與CCS互相結(jié)合的一次調(diào)頻方案。其中：DEH側(cè)利用機(jī)組的蓄熱能力，通過調(diào)節(jié)汽輪機(jī)的進(jìn)汽閥，快速調(diào)整發(fā)電機(jī)組供電的有功功率，確保機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)能夠迅速反應(yīng)。雖然DEH側(cè)響應(yīng)快速，但是其為了一次調(diào)頻生成的命令不利于機(jī)組的正常運行，還需要DEH系統(tǒng)的功率控制和壓力控制進(jìn)行輔助。若只是單一的進(jìn)汽閥調(diào)節(jié)，那么機(jī)組最終的負(fù)荷與額定負(fù)荷肯定會產(chǎn)生出入。CCS側(cè)為供電功率的校正級，是具有負(fù)反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，能夠保證控制的持續(xù)性和精確度。CCS側(cè)主要是通過控制汽輪機(jī)和鍋爐來達(dá)到一次調(diào)頻的效果。特別要說明的是，只有CCS處于自動控制狀態(tài)時（也稱協(xié)調(diào)投入方式），其一次調(diào)頻的控制功能才能起作用，CCS將接受到的調(diào)頻指令與機(jī)組本身的負(fù)荷指令進(jìn)行運算疊加，經(jīng)過一系列限速，限幅器后送入汽機(jī)控制器和鍋爐控制器，繼而調(diào)整相關(guān)參數(shù)，以達(dá)到調(diào)頻目的。CCS與DEH共同作用時，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)能夠確保和DEH的調(diào)節(jié)方向相同，避免與DEH的調(diào)節(jié)作用相互抵消，最終將負(fù)荷穩(wěn)定到所設(shè)定的值。二者相互配合，更能夠改善機(jī)組的一次調(diào)頻性能。1.1.1DEH側(cè)一次調(diào)頻汽輪發(fā)電機(jī)組的功率并不單單由汽輪機(jī)的進(jìn)汽量決定，還與主蒸汽壓力等其他參數(shù)有關(guān)。在汽輪機(jī)其他參數(shù)一定的前提下，機(jī)組功率基本上與汽輪機(jī)的進(jìn)汽量成正比。當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷增大時，汽輪機(jī)的進(jìn)汽量應(yīng)增大，反之亦然。否則將引起電網(wǎng)頻率的波動。如果不對進(jìn)汽量進(jìn)行控制，發(fā)電機(jī)將會偏離3000r/min，電網(wǎng)頻率也會偏離規(guī)定的50Hz，所以DEH以轉(zhuǎn)速偏差為信號，利用PID調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)閥門開度控制進(jìn)汽量，以適應(yīng)外界負(fù)荷的需求，因此，我們采用的DEH系統(tǒng)是計算汽輪機(jī)實際轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速的差值，然后將此差值轉(zhuǎn)化為功率信號補(bǔ)償或蒸汽流量補(bǔ)償汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）在并入電網(wǎng)網(wǎng)前為PID調(diào)節(jié)，并網(wǎng)后可根據(jù)需要選擇CCS協(xié)調(diào)等多種控制方式，以滿足不同情況下的需要。經(jīng)實驗建模仿真及實際運行經(jīng)驗可知：輸入輸出信號的延遲時間短，油動機(jī)動態(tài)響應(yīng)迅速且關(guān)閉時間短能夠很大程度地提高一次調(diào)頻響應(yīng)質(zhì)量。從組成結(jié)構(gòu)上來看，DEH控制系統(tǒng)有以下兩部分：液壓控制系統(tǒng)和電控系統(tǒng)。液壓控制系統(tǒng)是DEH系統(tǒng)的動力部分，可以用來驅(qū)動閥門，使閥門的開度根據(jù)指令進(jìn)行改變；電控部分則是DEH系統(tǒng)的大腦，即指揮部分，例如轉(zhuǎn)速控制、功率控制、手/自動切換、汽輪機(jī)保護(hù)等，并最終形成各個閥門閥位指令REF_Ref73281709\r\h[11]。DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻控制結(jié)構(gòu)一次調(diào)頻在DEH系統(tǒng)的調(diào)頻策略DEH控制策略：在負(fù)荷閉環(huán)控制模式下DEH控制器收集汽輪機(jī)的實際轉(zhuǎn)速信息作為汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的反饋量，經(jīng)與額定轉(zhuǎn)速比較，計算出轉(zhuǎn)速偏差，送入PID調(diào)節(jié)器，經(jīng)運算后得到調(diào)節(jié)信號，調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開度，使被控量跟隨設(shè)定值，以此保證機(jī)組正常的運行工況。（其實還會采集功率等其他信息，此處略）如果發(fā)生意外，DEH中的保護(hù)邏輯會迅速關(guān)閉主汽閥、調(diào)節(jié)閥等重要閥門，以保護(hù)機(jī)組設(shè)備。在發(fā)電機(jī)組并入電網(wǎng)之后，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速對應(yīng)著電網(wǎng)頻率。但是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速會隨著電網(wǎng)總體的供電負(fù)荷與客戶用電負(fù)荷的差值產(chǎn)生變化。在規(guī)模比較大的電網(wǎng)中，例如國家電網(wǎng)，單個火電機(jī)組供電負(fù)荷在電網(wǎng)中的比例極小，所以對電網(wǎng)的頻率影響可以忽略不計。在這種情況下，調(diào)整汽輪機(jī)主調(diào)節(jié)閥開度時，機(jī)組的發(fā)電功率會產(chǎn)生很大的變化，但是汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速在電網(wǎng)的影響下基本不變。但是如果在規(guī)模比較小的電網(wǎng)之中，單個機(jī)組的供電負(fù)荷在其中的比例比較大，當(dāng)汽輪機(jī)主閥開度產(chǎn)生變化時，供電功率隨之變化，電網(wǎng)會受到較大的沖擊。為了確保供電頻率滿足電網(wǎng)要求，此時不僅僅要依靠汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一次調(diào)頻，還需要二次調(diào)頻的幫助，確保火電機(jī)組的供電負(fù)荷與電網(wǎng)負(fù)荷相一致。即使有完善的控制策略和運行保障，電網(wǎng)頻率也不會是完全穩(wěn)定的，難免會產(chǎn)生一些無關(guān)緊要的頻率波動，而單元機(jī)組不應(yīng)該對這些頻率變化進(jìn)行響應(yīng)。如果機(jī)組沒有設(shè)置頻率偏差死區(qū)，相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)將頻頻產(chǎn)生無用動作，極其影響機(jī)組的供電和相關(guān)零件的使用壽命。在設(shè)置好死區(qū)之后，只有在轉(zhuǎn)速偏差超出死區(qū)范圍時，才會與補(bǔ)償負(fù)荷成線性關(guān)系，經(jīng)過線性化處理后便可得到準(zhǔn)確的補(bǔ)償負(fù)荷值。機(jī)組的一次調(diào)頻功能主要是利用鍋爐的蓄熱來進(jìn)行出力調(diào)整的，一旦頻率波動過大，鍋爐蓄熱將無法滿足負(fù)荷的改變，因此需要采用限幅處理REF_Ref73287798\r\h[12]。1.1.2CCS側(cè)一次調(diào)頻與在DEH系統(tǒng)中不同，CCS系統(tǒng)在一次調(diào)頻過程中的主要作用是使額定功率等于實際功率，確保機(jī)組實際發(fā)電功率和頻率符合電網(wǎng)的要求。在CCS側(cè)，DCS切除汽輪機(jī)主控回路后，CCS側(cè)便不再承擔(dān)一次調(diào)頻功能，此時由DEH側(cè)響應(yīng)一次調(diào)頻指令。但是當(dāng)DCS投入汽機(jī)主控回路時，為了能夠快速響應(yīng)DEH系統(tǒng)引起的汽機(jī)調(diào)門的變化，我們將DEH系統(tǒng)輸出的負(fù)荷增量與在CCS控制系統(tǒng)中產(chǎn)生的負(fù)荷進(jìn)行相加，并疊加一次調(diào)頻的負(fù)荷指令，將此指令依次遞送到汽輪機(jī)主控和鍋爐主控，兩個部位的控制器通過對汽機(jī)調(diào)門和燃料量進(jìn)行調(diào)整，消除負(fù)荷上的偏差，從而成功實現(xiàn)響應(yīng)一次調(diào)頻的快速動作。此外，對于CCS系統(tǒng)，投入一次調(diào)頻系統(tǒng)是一個極強(qiáng)的擾動，汽輪機(jī)整體的運行安全性和穩(wěn)定性會受到一定的威脅，我們需要對CCS系統(tǒng)的幾個方面進(jìn)行對應(yīng)的限制。①負(fù)荷限制：在深度調(diào)峰的特殊工況運行時，汽輪機(jī)與鍋爐的蓄熱能力較低，在機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻動作時，汽輪機(jī)側(cè)會引起汽輪機(jī)調(diào)門的突然變化，鍋爐側(cè)會引發(fā)送煤量的劇烈波動，繼而引發(fā)汽包水位、爐膛壓力和主汽溫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的不穩(wěn)定，而設(shè)置一次調(diào)頻投入的負(fù)荷下限可以減輕甚至避免這種情況的發(fā)生。與此相對，機(jī)組在滿負(fù)荷運行時投入一次調(diào)頻可能會導(dǎo)致機(jī)組過負(fù)荷運行的工況，因此還要設(shè)置一次調(diào)頻的負(fù)荷上限