孤网运行及解决方案
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• 一次调频响应迅速； • 发电机组留有足够的热备用，否则应即时甩掉部分负荷。
通过调整发电机组生产的功率，使生产的总功率随消费 的总功率变化，两者达到动态平衡。
1. 电网调频概述
z 通过发电机组上安装的转速反馈调节系统，即可自动根 据实际转速偏离额定值的程度来调节发电机组生产的有 功功率。
z 为了使电网中的发电机组均担功率负荷不平衡量，且保 证系统的稳定。此转速反馈调节系统（即一次调频）要 求采用比例调节方式，且比例系数基本相等。比例调节 使转速是有差的。
2. 改进DEH孤网调频性能
• 减小油动机时间常数 可通过增大伺服控制系统的开环放大倍数来减小油动机 时间。但过大的放大倍数会造成伺服系统振荡。对于常 见的积分型油动机，建议伺服控制器采用比例调节器， 这样可有效减小油动机时间常数。
• 减小一次调频死区 考虑到频繁出现的微量电网功率余缺，可依赖电网的自 然调频特性来调节供电频率。为避免机组功率频繁波 动，可人为设置一定的调频死区。建议将一次调频死区 设为±2r/min。
1. 电网调频概述
• 对于幅度微小且变化很快的功率负荷不平衡扰动量，由 于电网中旋转机械的惯性作用（即自然调频），即可维 持供电频率稳定在规定的范围内。
• 对于幅度较小且变化较快的功率负荷不平衡扰动量，利 用电网的一次调频作用，即可维持供电频率稳定在规定 的范围内。
• 对于幅度较大且变化较慢的功率负荷不平衡扰动量，可 利用电网的二次调频作用，使供电频率恢复到额定值。
2. 改进DEH孤网调频性能
• 阀门特性线性化 调节阀升程与进汽流量存在一定的非线性。为了使转速偏 差信号与进汽流量之间的关系基本呈线性，并且实现全 周进汽与部分进汽转换，大多采用了机械凸轮修正或电 凸轮修正方式。若各凸轮的斜率及重叠度设计调整不 当，将造成调节系统静态特性曲线的线性度较差，即局 部不等率变化较大。局部不等率的倒数就是转速调节系 统的放大倍数，因此在局部不等率变化大的工作点附 近，系统稳定性会变差。
2. 改进DEH孤网调频性能
经过以下改进可有效提高一次调频的性能，改善孤网频率 稳定性，保障孤立电网安全稳定运行。 • 缩短运算时间 若将调节周期及延迟时间缩短到50ms以内，可使发电机组 甩负荷时转速的动态响应基本与连续调节系统相当。 将一次调频转速反馈闭环回路算法独立出来，组成一个调 节周期为50ms的快速调节任务。它们包括转速测量比较、 不等率计算、修改总阀位给定、阀门曲线修正、阀门分 配管理最终将个阀位给定输出到伺服板。 并且通过精心设计组态控制逻辑避免出现逆序。
speed r/min
3250 2. 改进DEH孤网调频性能 Ty=0.3s Tv=0.2s Ta=8s βT=0
3200 3150
机械液压系统
δ=0.05 Tm=0.02s TgБайду номын сангаас0.03s
3100
3050 3000
DEH系 统 PID: P=10 I=0.3s D=0 Ts=0.2s TD=0.2s
• 在发生故障的情况下，性能优良的一次调频作用是维持 机组安全、电网稳定运行的有力保障。
1. 电网调频概述
• 在孤立小电网下，因单台发电机组的容量占电网总容量 的比例很大，发电机组输出的功率必须即时跟随用户负 荷而变，以维持供电频率稳定。当单台机组进汽量变化 时对电网频率影响很大。必须具有良好的一次调频性能 才能维持频率稳定。
+ + 不等率
N Y 0
动作
一次调频 快速回路
阀门管理
+ -
实际 转速
硬件转速 转速 微分调节 微分
伺服 控制
调节阀
2. 改进DEH孤网调频性能
• 修改超速限制 因103％超速限制功能易引发系统振荡，最终造成
全网停电。应取消103％超速限制功能。由于电网发生甩 负荷时，油开关并不一定跳闸，因此不能单靠油开关跳 闸信号使OPC电磁阀动作来限制机组超速。增设了加速 度大OPC功能来抑制甩负荷飞升转速。
2. 改进DEH孤网调频性能
• 增加转速微分修正 增加硬件转速微分调节后，可明显地降低对调节周期的 要求。可通过改进测速模件使其能输出转速微分模拟信 号，将转速微分信号直接连接到伺服模件，实现硬件转 速微分调节作用。 采用了先进的同步测量方法，同时测量转速信号的脉冲 个数及其持续时间，这样可同时保证测量精度和响应时 间的要求。经过精心设计安排测速模件中断系统的程 序，使采样周期的精度到达了计算转速微分的要求。在 输出转速微分前通过了数字滤波处理，可有效减少微分 噪声。
• 用户负荷会随生产生活的需要而不断变化，发电机组生 产的功率也会随工艺过程变化，因此电网有功功率总和 的生产、消费间的平衡随时都会被打破，从而引起供电 频率变化。
• 有功功率利用现有的技术还不能廉价地大量储存。 • 发电机组生产的功率在一定范围内连续可调。 • 为了将电网频率控制在规定的范围内，在正常情况下，
• 当发生输电线路开关跳闸将某个局部电网从大电网中分 裂出来，形成小的孤立电网的情况时。若调节系统的一 次调频性能不完善，可能造成局部电网供电频率大幅度 波动，甚至出现大面积停电。
• 电网总负荷明显地表现为一种时变随机过程。 其统计特 性具有以下特点：变化很快的幅度很小、变化周期较长 的幅度较大、变化幅度很大的非常缓慢。
2950 0
5
10
15
20
25
time s
典型甩负荷转速飞升曲线
2. 改进DEH孤网调频性能
• 结论 并入电网中的所有发电机组具有良好的一次调频性能，是 提高电网频率稳定性，也是电网、机组安全可靠运行的 基础。 在电网发生发电机组跳闸、输电线路跳闸等故障时，发电 机组可通过一次调频作用自带厂用电运行，为保障设备 安全、缩短恢复电网供电的时间创造了有利的条件。因 此对企业可带来巨大的经济效益。 稳定电网频率的关键点是：
1. 电网调频概述
• 二次调频：定义为通过改变调频机组调速系统的给定 值，改变其输出功率使电网频率回到额定值。在一次调 频作用后，最终稳定频率会偏离额定值。需通过调整预 先指定的调频机组的负荷设定值，使各机组的负荷变化 量转移到调频机组上，同时将频率恢复到额定值。 并不是调频机组才承担一次调频任务，所有机组都应 具有良好的一次调频能力。现在还有许多人认为只有调 频机组才需承担调频任务，基荷机组不承担调频任务， 因此仅调频机组需投入一次调频功能。这种思想是完全 错误的。由于发电机组的自平衡能力很弱，每台机组的 转速反馈即一次调频功能随时都应投入，才能保证安全 运行。
自平衡能力由等效转子时间、自平衡系数来衡量。 通常单台机组转子时间常数Ta为5~10秒、自平衡系数 bT为0.6左右。电网等效转子时间常数TW为10~20秒、 自平衡系数bW为1.6~3.6。
1. 电网调频概述
• 一次调频：定义为在调速系统给定值不变的情况下，通 过转速反馈作用改变其输出功率来调整电网的频率。在 电网频率按自然调频过程变化的同时，调节系统探测到 机组转速的变化后，通过转速反馈作用迅速调整各发电 机组的输出功率，以维持供电频率稳定。 在加负荷方向它需要利用锅炉蓄能的支持，可设置 一定的限制，以防止拉跨锅炉。出现功率不足，频率下 降过低时，应利用低周减载装置，避免发生频率崩溃。 在减负荷反向，为了避免机组发生事故，禁止设置任何 限制。
2. 改进DEH孤网调频性能
实际 功率％
转速 微分
转速 微分
≥30％ ≥7.5%
电磁阀
≤0
硬件加速度大
图例：
：大于比较器 ：小于比较器 ：信号选择器
给定 阀位
给定 压力
N
CCS控制
Y
给定
-
N
实际
压力 +
PID Y
压控
N
功控
Y PID
N
脱网
Y PID
给定 功率
+ - 实际 + 功率
不等率
给定 转速
限制 总阀位给定
2. 改进DEH孤网调频性能
2. 改进DEH孤网调频性能
2. 改进DEH孤网调频性能
• 甩负荷试验：是验证汽轮机控制系统性能常用的方法。 因油开关跳闸信号使传统DEH切换到了转速PID调节系 统，油开关跳闸后转速最终会稳定到额定值。而机械液 压系统因其同步器给定值不变，甩负荷转速最终会稳定 到不等率对应的值。 若发生甩负荷时，油开关并未跳闸，可能因103％OPC 功能引起调节阀反复动作，造成系统崩溃大面积停电事 故。传统甩负荷试验未能验证到DEH的一次调频性能。 而且由于分裂出来的孤立小电网自然调频能力比大网的 差，功率负荷扰动量也可能大得多，虽然传统DEH控制 系统在大电网中能稳定运行，但在孤立小电网中就可能 难以稳定。
• 国家规定额定供电频率为50Hz，频率允许偏差为 ±0.2Hz，对于小容量系统可放宽到±0.5Hz 。
• 从宏观上看电网各处的供电频率相等。 • 同步发电机组的转速与供电频率对应相等。 • 当电网中发电机组生产的有功功率总和大于电网所消费
的有关功率总和时，供电频率增大；反之则减小。
1. 电网调频概述
孤网运行及解决方案
2009年9月
目录
11..电电网网调调频频概概述述 22.. 孤孤网网运运行行解解决决方方案案
1. 电网调频概述
• 电力部门的首要任务是持续稳定地向用户提供质量（频 率、电压等）符合国家规范要求的电能，以保证国家经 济建设、人民生产生活的需要。
• 电网供电频率的稳定性和准确性，是供电质量的重要指 标。
2. 改进DEH孤网调频性能
• 取消一次调频限幅 若机组转速降低，在一次调频作用下开大调节阀，利用 锅炉蓄能的支持可增大发电功率。若锅炉蓄能不足，可 能会使蒸汽压力下降过大。另外若调节阀开度过大，也 可能使发电机功率过大。建议可在加负荷方向上设置适 当的限制。但为避免机组超速在关调节阀方向必须无任 何限制。
z 通过电网中调的积分调节作用，改变调频机组的功率， 使供电频率回到额定值（即二次调频）。
1. 电网调频概述
可将电网调频分为以下三个阶段： • 自然调频：定义为调速系统未动作时，仅靠自平衡能力
来稳定电网供电频率的过程。当电网出现功率负荷不平 衡后，电网中旋转机械的动能会随着电网频率的变化而 变化，因此可吸收或释放部分能量来补偿系统能量的变 化，同时用电设备的负荷也会随电网频率的变化而变 化，从而可减缓供电频率的变化。
通过调整发电机组生产的功率，使生产的总功率随消费 的总功率变化，两者达到动态平衡。
1. 电网调频概述
z 通过发电机组上安装的转速反馈调节系统，即可自动根 据实际转速偏离额定值的程度来调节发电机组生产的有 功功率。
z 为了使电网中的发电机组均担功率负荷不平衡量，且保 证系统的稳定。此转速反馈调节系统（即一次调频）要 求采用比例调节方式，且比例系数基本相等。比例调节 使转速是有差的。
2. 改进DEH孤网调频性能
• 减小油动机时间常数 可通过增大伺服控制系统的开环放大倍数来减小油动机 时间。但过大的放大倍数会造成伺服系统振荡。对于常 见的积分型油动机，建议伺服控制器采用比例调节器， 这样可有效减小油动机时间常数。
• 减小一次调频死区 考虑到频繁出现的微量电网功率余缺，可依赖电网的自 然调频特性来调节供电频率。为避免机组功率频繁波 动，可人为设置一定的调频死区。建议将一次调频死区 设为±2r/min。
1. 电网调频概述
• 对于幅度微小且变化很快的功率负荷不平衡扰动量，由 于电网中旋转机械的惯性作用（即自然调频），即可维 持供电频率稳定在规定的范围内。
• 对于幅度较小且变化较快的功率负荷不平衡扰动量，利 用电网的一次调频作用，即可维持供电频率稳定在规定 的范围内。
• 对于幅度较大且变化较慢的功率负荷不平衡扰动量，可 利用电网的二次调频作用，使供电频率恢复到额定值。
2. 改进DEH孤网调频性能
• 阀门特性线性化 调节阀升程与进汽流量存在一定的非线性。为了使转速偏 差信号与进汽流量之间的关系基本呈线性，并且实现全 周进汽与部分进汽转换，大多采用了机械凸轮修正或电 凸轮修正方式。若各凸轮的斜率及重叠度设计调整不 当，将造成调节系统静态特性曲线的线性度较差，即局 部不等率变化较大。局部不等率的倒数就是转速调节系 统的放大倍数，因此在局部不等率变化大的工作点附 近，系统稳定性会变差。
2. 改进DEH孤网调频性能
经过以下改进可有效提高一次调频的性能，改善孤网频率 稳定性，保障孤立电网安全稳定运行。 • 缩短运算时间 若将调节周期及延迟时间缩短到50ms以内，可使发电机组 甩负荷时转速的动态响应基本与连续调节系统相当。 将一次调频转速反馈闭环回路算法独立出来，组成一个调 节周期为50ms的快速调节任务。它们包括转速测量比较、 不等率计算、修改总阀位给定、阀门曲线修正、阀门分 配管理最终将个阀位给定输出到伺服板。 并且通过精心设计组态控制逻辑避免出现逆序。
speed r/min
3250 2. 改进DEH孤网调频性能 Ty=0.3s Tv=0.2s Ta=8s βT=0
3200 3150
机械液压系统
δ=0.05 Tm=0.02s TgБайду номын сангаас0.03s
3100
3050 3000
DEH系 统 PID: P=10 I=0.3s D=0 Ts=0.2s TD=0.2s
• 在发生故障的情况下，性能优良的一次调频作用是维持 机组安全、电网稳定运行的有力保障。
1. 电网调频概述
• 在孤立小电网下，因单台发电机组的容量占电网总容量 的比例很大，发电机组输出的功率必须即时跟随用户负 荷而变，以维持供电频率稳定。当单台机组进汽量变化 时对电网频率影响很大。必须具有良好的一次调频性能 才能维持频率稳定。
+ + 不等率
N Y 0
动作
一次调频 快速回路
阀门管理
+ -
实际 转速
硬件转速 转速 微分调节 微分
伺服 控制
调节阀
2. 改进DEH孤网调频性能
• 修改超速限制 因103％超速限制功能易引发系统振荡，最终造成
全网停电。应取消103％超速限制功能。由于电网发生甩 负荷时，油开关并不一定跳闸，因此不能单靠油开关跳 闸信号使OPC电磁阀动作来限制机组超速。增设了加速 度大OPC功能来抑制甩负荷飞升转速。
2. 改进DEH孤网调频性能
• 增加转速微分修正 增加硬件转速微分调节后，可明显地降低对调节周期的 要求。可通过改进测速模件使其能输出转速微分模拟信 号，将转速微分信号直接连接到伺服模件，实现硬件转 速微分调节作用。 采用了先进的同步测量方法，同时测量转速信号的脉冲 个数及其持续时间，这样可同时保证测量精度和响应时 间的要求。经过精心设计安排测速模件中断系统的程 序，使采样周期的精度到达了计算转速微分的要求。在 输出转速微分前通过了数字滤波处理，可有效减少微分 噪声。
• 用户负荷会随生产生活的需要而不断变化，发电机组生 产的功率也会随工艺过程变化，因此电网有功功率总和 的生产、消费间的平衡随时都会被打破，从而引起供电 频率变化。
• 有功功率利用现有的技术还不能廉价地大量储存。 • 发电机组生产的功率在一定范围内连续可调。 • 为了将电网频率控制在规定的范围内，在正常情况下，
• 当发生输电线路开关跳闸将某个局部电网从大电网中分 裂出来，形成小的孤立电网的情况时。若调节系统的一 次调频性能不完善，可能造成局部电网供电频率大幅度 波动，甚至出现大面积停电。
• 电网总负荷明显地表现为一种时变随机过程。 其统计特 性具有以下特点：变化很快的幅度很小、变化周期较长 的幅度较大、变化幅度很大的非常缓慢。
2950 0
5
10
15
20
25
time s
典型甩负荷转速飞升曲线
2. 改进DEH孤网调频性能
• 结论 并入电网中的所有发电机组具有良好的一次调频性能，是 提高电网频率稳定性，也是电网、机组安全可靠运行的 基础。 在电网发生发电机组跳闸、输电线路跳闸等故障时，发电 机组可通过一次调频作用自带厂用电运行，为保障设备 安全、缩短恢复电网供电的时间创造了有利的条件。因 此对企业可带来巨大的经济效益。 稳定电网频率的关键点是：
1. 电网调频概述
• 二次调频：定义为通过改变调频机组调速系统的给定 值，改变其输出功率使电网频率回到额定值。在一次调 频作用后，最终稳定频率会偏离额定值。需通过调整预 先指定的调频机组的负荷设定值，使各机组的负荷变化 量转移到调频机组上，同时将频率恢复到额定值。 并不是调频机组才承担一次调频任务，所有机组都应 具有良好的一次调频能力。现在还有许多人认为只有调 频机组才需承担调频任务，基荷机组不承担调频任务， 因此仅调频机组需投入一次调频功能。这种思想是完全 错误的。由于发电机组的自平衡能力很弱，每台机组的 转速反馈即一次调频功能随时都应投入，才能保证安全 运行。
自平衡能力由等效转子时间、自平衡系数来衡量。 通常单台机组转子时间常数Ta为5~10秒、自平衡系数 bT为0.6左右。电网等效转子时间常数TW为10~20秒、 自平衡系数bW为1.6~3.6。
1. 电网调频概述
• 一次调频：定义为在调速系统给定值不变的情况下，通 过转速反馈作用改变其输出功率来调整电网的频率。在 电网频率按自然调频过程变化的同时，调节系统探测到 机组转速的变化后，通过转速反馈作用迅速调整各发电 机组的输出功率，以维持供电频率稳定。 在加负荷方向它需要利用锅炉蓄能的支持，可设置 一定的限制，以防止拉跨锅炉。出现功率不足，频率下 降过低时，应利用低周减载装置，避免发生频率崩溃。 在减负荷反向，为了避免机组发生事故，禁止设置任何 限制。
2. 改进DEH孤网调频性能
实际 功率％
转速 微分
转速 微分
≥30％ ≥7.5%
电磁阀
≤0
硬件加速度大
图例：
：大于比较器 ：小于比较器 ：信号选择器
给定 阀位
给定 压力
N
CCS控制
Y
给定
-
N
实际
压力 +
PID Y
压控
N
功控
Y PID
N
脱网
Y PID
给定 功率
+ - 实际 + 功率
不等率
给定 转速
限制 总阀位给定
2. 改进DEH孤网调频性能
2. 改进DEH孤网调频性能
2. 改进DEH孤网调频性能
• 甩负荷试验：是验证汽轮机控制系统性能常用的方法。 因油开关跳闸信号使传统DEH切换到了转速PID调节系 统，油开关跳闸后转速最终会稳定到额定值。而机械液 压系统因其同步器给定值不变，甩负荷转速最终会稳定 到不等率对应的值。 若发生甩负荷时，油开关并未跳闸，可能因103％OPC 功能引起调节阀反复动作，造成系统崩溃大面积停电事 故。传统甩负荷试验未能验证到DEH的一次调频性能。 而且由于分裂出来的孤立小电网自然调频能力比大网的 差，功率负荷扰动量也可能大得多，虽然传统DEH控制 系统在大电网中能稳定运行，但在孤立小电网中就可能 难以稳定。
• 国家规定额定供电频率为50Hz，频率允许偏差为 ±0.2Hz，对于小容量系统可放宽到±0.5Hz 。
• 从宏观上看电网各处的供电频率相等。 • 同步发电机组的转速与供电频率对应相等。 • 当电网中发电机组生产的有功功率总和大于电网所消费
的有关功率总和时，供电频率增大；反之则减小。
1. 电网调频概述
孤网运行及解决方案
2009年9月
目录
11..电电网网调调频频概概述述 22.. 孤孤网网运运行行解解决决方方案案
1. 电网调频概述
• 电力部门的首要任务是持续稳定地向用户提供质量（频 率、电压等）符合国家规范要求的电能，以保证国家经 济建设、人民生产生活的需要。
• 电网供电频率的稳定性和准确性，是供电质量的重要指 标。
2. 改进DEH孤网调频性能
• 取消一次调频限幅 若机组转速降低，在一次调频作用下开大调节阀，利用 锅炉蓄能的支持可增大发电功率。若锅炉蓄能不足，可 能会使蒸汽压力下降过大。另外若调节阀开度过大，也 可能使发电机功率过大。建议可在加负荷方向上设置适 当的限制。但为避免机组超速在关调节阀方向必须无任 何限制。
z 通过电网中调的积分调节作用，改变调频机组的功率， 使供电频率回到额定值（即二次调频）。
1. 电网调频概述
可将电网调频分为以下三个阶段： • 自然调频：定义为调速系统未动作时，仅靠自平衡能力
来稳定电网供电频率的过程。当电网出现功率负荷不平 衡后，电网中旋转机械的动能会随着电网频率的变化而 变化，因此可吸收或释放部分能量来补偿系统能量的变 化，同时用电设备的负荷也会随电网频率的变化而变 化，从而可减缓供电频率的变化。