并网发电机组一次调频问题分析
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发 电机组 的一 次调频 是 电力生 产 与生俱 来 的功
以其快速 、 实时的优势越发显现其重要性。 机组一次 调 频 的投 入 是稳 定 系 统频 率 的一项 重 要技 术 措施 ， 对于实 现 电 网发 电 自动调 度 、 高 电能质量 、 持 电 提 维
网安全 稳定 运行 起到 了重要 作用 【 特别是 在 电力 系 ｌ Ｊ 。 统突然 发 生大 的有功 缺额 时 ，通 过发 电机 组 的一次 调频作 用 可 以缩 短 电 网频 率波 动 的过 渡 时间 和减少 频率 的偏差 ， 有效 稳定动 态过 程 中电 网频 率［］我 能 ２。 １ ３ 国各 大 区域 电网运 营商越 来越 重视并 网发 电机组 的
中图分类号 ： Ｋ ２ 文献标志码 ： 文章编 号：１７ — ３０ ２ １ ）４ ０ ８ — ５ Ｔ ３３ Ｂ ６ １８ ８ （ ０ ２０ — ０ ０ ０
随着 电 网容 量 的增大 、电网结构 的 日益 复杂 以 及用户 用 电结构 的多 样性 ，电力 系统 一次 调频 功 能
１ 一次调频控制技术的发展 与存在 的问题
该参数同发电机转子的机械特性 、工质流程 中 中间容积（ 如火力发电机组的再热器中间容积） 的大 小等方面有关 ， 中间容积越大， 环节表现 出的惯性越 大 。当忽略二次调频中考虑的联络线功率与频差动 态 过程 ，并 假定 电力 系统 中 的所有 发 电机 等价 为 １ 台发电机组作为研究对象 ， 依据文献［ 中电网频率 ５ 】 偏差动态模型可得电力系统动态过程的线性传递 函 数： Ｃ（ ） ｓＳ ＝ Ｆ ＡＳ 式中 ： 为时间常数 ， 单位为 ｓ 同电网的容量和原 ， 动机机械储能特性以及负荷的效应系数有直接 的关 系。 通常， 电网容量越大 ， 惯性时间越小 ； 机械储能能 力越大 ， 惯性时间越大； 负荷效应系数越大则惯性时 间越小。凰 为对象增益 ， 电网负荷的效应 系数的 是 倒数 ， 严格来说是一个随电网负荷变化的时变参数。 图 １中的发 电机和 电力 系统 的动态模 型 可 以作 为 广义 的被控 对象 ，将 电 网的负荷 和联 络线 功率 看 成对象的扰动量 ，那么对应的广义被控对象的传递 函数为 ：
关键词 ： 电机组 ； 发 电力系统频率 ； 一次调频
Ａｂ ｔａ ｔ ｒ ｂ ｅ ｘ ｔ ｇ ｉ ｈ ｅ ｉｎ， ｐｉ ｚ ｔ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ａ ｄ ａ ｓ ｓ ｎ ｇ ｍｅ ｔｏ ｅ ｐ ｍａ ｙ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｇ ｌｔ ｎ ｃ ｎ ｒ ｌ ｓ ｒ ｃ ：Ｐ ｏ ｌ ｍｓ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｏ ｔ ｉ ｎ ｍｉａｉ ｒ ｃ ｓ ｎ ｓｅ ｓｍａ ａ ｅ ｎ ｆ ｈ ｒ ｒ ｒｑ ｅ ｃ ｅ ｕ ａｉ ｏ ｔ ｏ ｔ ｉ ｏ ｏ ｓ ｓ ｍ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｄ ｅ ｌ． ｈ ｒ ｃｅ ｓｉｓｏ ｒ ｒ ｅ ｕ ｎ ｙｒ ｇ ｌ ｔ ｎ ｃ ｎｒ ｌ ｅ ｈ ｏｏ ｙａ ｅａ ａｙ ｅ ｎ ｉｃ ｓ ｅ ｏ ｔｅ ｄ ｎ ｍｉ ｙ ｔ ａｅ ａ ａｙ ｅ ｅ ｐ ｙ Ｃ ａａ ｔｒ ｔ ｆ ｉ ｅ ｉ ｃ ｐ ｍａｙ ｆ ｑ ｅ ｃ ｕ ａｉ ｏ ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｌｚ ｄ ａ ｄ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄｆ ｍ ｙ ａ ｃ ｒ ｅ ｏ ｏｔ ｒ ｒ ｈ
网负荷 的变化 ， 保证 电网频率稳 定 在额定 频率 附 近 。 图１ 是典 型 的一次 调频控 制 回路方 框 图。
瓦
图 １ 电力 系统 一 次调 频 控 制 系统 方 框 图
Ｋｓ
丽
。
（） ３
可 将控 制对象 看作 一个 二 阶 埙性 环节 ，在 闭环
图１ 中参数意义如下 、、 ｆ 厂 ａ 分别为电网频率 实际值 、额定值以及 电网频率偏差值 ， ｚ Ｈ ； 、肿 ‰ 尸 分 别 为 发 电机 组 的 Ａ Ｃ指 令 目标 值 和 一 次 调频 理 Ｇ 论修正 目标值 ， Ｗ；Ｌ 分别为发 电机组 的有 Ｍ Ｐ、 Ｒ、 功功率 、电网负荷 以及 电 网控制 区域联 络功率 ，
ｎ ｔ ｈ ｓ ｃ ａ ｐ ｃｓ Ｏｐ ｎ ｏ ｓａ ｕ ｇ ｓｉ ｓＯ ｈ ｅｔ ｇ ｏ ｏ ｔ ｔ ｒ ｍｅｅ ｓｏ ｒ ａ ｄ ｓ ｃ ａ ｔ ｓ ｅ ｔ． ｉ ｉｎ ｄ ｓ ｇ ｅ ｔ ｎ ｆ ｔ ｅ ｓ ｔ ｎ ｆ ｍｐ ｒ ｎ ａａ ｔｒ ｆｐ ｉ ｒ ｅ ｕ ｎ ｙ ｒ ｇ ｌｔ ｎ ａ ｄ ｒ ｇ ｌｔ ｎ ｆ ｏ ｉ ｎ ｏ ｉ ｉ ａ ｐ ｍａｙ ｆ ｑ ｅ ｃ ｕａ ｏ ｕ ａ ｉ ｓ ｏ ｒ ｅ ｉ ｎ ｅ ｏ
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，
（） １
式 中 ， 为 原动机 滞后 环节 的等效 惯性 时 间 ，。 死 ｓ
往盲 目 减小发 电机组的速度不等率 （ 调差系数 ） 。由
于缺乏对 系统 的 深入分 析 ，未能 考虑控 制对 象 的时 变 特性 和一次 调频 随机 过程 的特 征 ，仅 仅 给 出 了无
广 西 电 力
ＧＵＡＮＧＸＩ ＥＬＥＣＴＲＩ ＰＯＷ ＥＲ Ｃ
２１ ０ ２年 ８月
Ｖｏ ３５ ｌ Ｎ Ｏ． ４
并 网发 电机组一次调频 问题分析
Ａｎ ｌ ｓｓ ０ ｉ ａ ｙ Ｆｒ ｑ ｅ ｃ ｇ ｌ ｔ ｎ ０ ｉ －Ｃｏ ｎ ｃ ｅ ａ ｙ ｉ ｆ Ｐｒｍ ｒ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｒｅ ｕ ａ ｉ ｆ Ｇｒｄ ｏ ｎ ｅ ｔｄ
Ｒ ｓａｃ ｎｔｕｅ ｕ ｎｚｏ １０ ０ ｈ ａ ＪａｇｉＶ ｃｔ ｎ＆ Ｔ ｃ ｎ ａ Ｃ ｌｇ ｆ ｌ ｔｃ ｙ ａｃａ ｇ３ ０ ３ ，Ｃ ｉ ） ｅｅｒｈ Ｉｓｔｔ，Ｇ ａｇｈ ｕ５ ０ ８ ，Ｃ ｉ ，３ ｉ ｘ ｏａ ｏ ｉ ｎ ｎ ｉ ｅｈ ｉ ｌ ｏａｅｏ ｅ ｒ ｉ ，Ｎ ｎｈｎ ３ ０ ２ ｈｎ ｃ ｌ Ｅ ｃ ｉｔ ａ
ＭＷ 。
次调频性能考核标准越来越趋于严格 ，研究一次 调频 动态 特性就 显得 更为 必要 。
一
瓣 ＝ ，（ ） 备 ２ ）
２１ 一次调 频控 制 回路 ．
电力 系统一 次调 频是 依靠 发 电机组 的调 速控 制 系统来实现 ， 当电网频率发生变化后 ， 发电机组通过
改变工质流量增减原动机输入的有功功率来适应 电
３江西电力职业技术学院 ，南 昌 ．
（．ｕ ｎ ｚ ｏ ｕ ｎ ｎ ｏ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｄ ｖ ｌ ｍ ｎ ｏ，Ｌｄ，Ｇ ａ ｇｈ ｕ５ ０ ８ ，Ｃ ｉａ ．ｕ ｎ ｄ ｎ ｌ ｔ ｃ ｏ ｅ ｅ ｔ ｎ １ ａ ｇｈ ｕ Ｙ ｅ ｅ ｇＰ ｗ ｒ ｅｈ ｏｏ ｅ ｅ ｐ ｅ ｔ ． ｔ． ｕ ｎ ｚ ｏ １ ０ ０ ｈ ，２ ａ ｇ ｏ ｇ Ｅｅ ｒ ｗ ｒ ｓ ａ ｄ Ｇ ｇ ｏ Ｃ ｎ Ｇ ｃｉ Ｐ Ｔ
摘要 ： 针对 目前发 电机组一次调频控制系统设计 、 优化过程和考核管理方 面存 在的若 干问题进行 了深入剖 析。从一 次调 频 动态特性和随机特性等方面分析和讨论 了一次调频控制技 术的特点 ， 就一次调频重要参数的设置 、 动态化 管理 规定 等方 面提出
了相应 的见解和意见。促进一次调频控 制技术和管理更加科学 、 实施和优化过程更趋精细 。
发 电机组 一次 调频 控制 方面 的研究 大多 建立 在静 态
定的惯性环节响应输入指令的变化 ，因而发电机 组 动态 环节可 近似 用一 阶 魄性 环节 表述 ：
一
特性 的基础上 ， 忽视 了控制对象的动态特性。 为了满
足 一次 调频考 核相关 规 定 ，控 制 系统优 化 过程 中往
次调频效能 ，并先后出台了要求较高的一次调频
性 能考 核 管理规 定 。
收稿 日期 ：２ １— ２ ０ ０ ２ ０ —１
２１ ０ ２年 ８月
Ｖｏ －５ １３ Ｎ Ｏ． ４
ＧＵ ＡＮＧＸＩ ＥＬ Ｃ Ｉ ＯＷ Ｅ Ｅ ＴＲ Ｃ Ｐ Ｒ
广 西 电 力
பைடு நூலகம்
８１
人 了数字 控制 时代 ，机组 一次 调频 的相关 参 数可 以 由工 程运 行人 员随 意组态 ，甚 至一 次调频 功 能可 以 随意 投入 和退 出 ，给发 电机组 一次 调频 功 能的管 理 考核 带来 了新 的难题 。 工业 控制 技术 的发展 促进 了一 次调频 控 制技 术 的发 展 。发 电机组 一次 调频控 制技 术正 由粗 放 型 向
Ｇ（ ） 。ｓ
差别的一次调频考核管理系统 ， 某种意义上缺乏对 具体问题的分类考虑。
２ 一 次 调 频 动 态 过 程 的 分 析
目前 ，我们 在研究 发 电机组 一次调 频 特性 时更
多关注的是静态特性 ， 实际上 ， 既然是控制系统 ， 其
动态特 性 的分析 是必 不可少 的 ，特别 是 当发 电机组
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一
能 之一 ， 其控制 技术 经历 了三个 阶段 的发 展 。对 于
最初 阶段 的液 压调 节系统 发 电机组 ，一 次调 频功 能
是 机组 的 固有 特性 ，依靠 机械 液压 控制 系统 及 时响 应 电网频 率偏 差变 化 ， 成一 次调频 过程 ， 间人 工 完 期 无 法干 预 。 随着 电子 与测量 技术 的发 展 ， 次调 频控 一
制技术 经历 了短暂 的电 、液 并存 的模 拟 电液调 节 阶
段 ，该技术主要特点是通过 电信号测速探头取代原 有 纯液压 系统 的机 械式转 速 测量 一次元 件 ，经 由电 液转换装置产生等效的控制油压信号 ，从而完成调 速 系统 的控制 过程 。 ０世 纪 ９ ２ ０年代 ， 随着 计算 机控 制技术 的广泛 应用 ，原 动机 的一次 调频 控 制技 术进
Ｊ ｎｅ ａｔ １ｅ ｒ 』０ｎ Ｕ ｔ ｌ ● Ｔ ｎｌ Ｔ Ｊ ●
曾志 坚 ， 万文 军 ， 婷 婷 。 雄
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（． １ 广州粤能 电力科技 开发有限公司 ，广州 ５ ０ ８ ；２广东电网公 司电力科 学研究 院，广州 １０ ０ ． ３０３） ３０ ２ ５０ ８ ； １０ ０
控制系统与控制 回路 中各环节的动态模 型密不可 分。
２２ 动态模 型 ．
在 一 次 调 频控 制 回路 中（ １ ， 图 ）当发 电机 组 的 有 功指令 变化 时 ，由于发 电机 组本 身 的机械惯 性 和 工 质 中间容积 的影 响 ，发 电机组有 功 的改变会 按 照
精细型方 向发展。 恰恰是这种发展趋势 ， 给一次调频 控制系统完善和优化提出了诸多的研究课题。 目前 ，
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以其快速 、 实时的优势越发显现其重要性。 机组一次 调 频 的投 入 是稳 定 系 统频 率 的一项 重 要技 术 措施 ， 对于实 现 电 网发 电 自动调 度 、 高 电能质量 、 持 电 提 维
网安全 稳定 运行 起到 了重要 作用 【 特别是 在 电力 系 ｌ Ｊ 。 统突然 发 生大 的有功 缺额 时 ，通 过发 电机 组 的一次 调频作 用 可 以缩 短 电 网频 率波 动 的过 渡 时间 和减少 频率 的偏差 ， 有效 稳定动 态过 程 中电 网频 率［］我 能 ２。 １ ３ 国各 大 区域 电网运 营商越 来越 重视并 网发 电机组 的
中图分类号 ： Ｋ ２ 文献标志码 ： 文章编 号：１７ — ３０ ２ １ ）４ ０ ８ — ５ Ｔ ３３ Ｂ ６ １８ ８ （ ０ ２０ — ０ ０ ０
随着 电 网容 量 的增大 、电网结构 的 日益 复杂 以 及用户 用 电结构 的多 样性 ，电力 系统 一次 调频 功 能
１ 一次调频控制技术的发展 与存在 的问题
该参数同发电机转子的机械特性 、工质流程 中 中间容积（ 如火力发电机组的再热器中间容积） 的大 小等方面有关 ， 中间容积越大， 环节表现 出的惯性越 大 。当忽略二次调频中考虑的联络线功率与频差动 态 过程 ，并 假定 电力 系统 中 的所有 发 电机 等价 为 １ 台发电机组作为研究对象 ， 依据文献［ 中电网频率 ５ 】 偏差动态模型可得电力系统动态过程的线性传递 函 数： Ｃ（ ） ｓＳ ＝ Ｆ ＡＳ 式中 ： 为时间常数 ， 单位为 ｓ 同电网的容量和原 ， 动机机械储能特性以及负荷的效应系数有直接 的关 系。 通常， 电网容量越大 ， 惯性时间越小 ； 机械储能能 力越大 ， 惯性时间越大； 负荷效应系数越大则惯性时 间越小。凰 为对象增益 ， 电网负荷的效应 系数的 是 倒数 ， 严格来说是一个随电网负荷变化的时变参数。 图 １中的发 电机和 电力 系统 的动态模 型 可 以作 为 广义 的被控 对象 ，将 电 网的负荷 和联 络线 功率 看 成对象的扰动量 ，那么对应的广义被控对象的传递 函数为 ：
关键词 ： 电机组 ； 发 电力系统频率 ； 一次调频
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网负荷 的变化 ， 保证 电网频率稳 定 在额定 频率 附 近 。 图１ 是典 型 的一次 调频控 制 回路方 框 图。
瓦
图 １ 电力 系统 一 次调 频 控 制 系统 方 框 图
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可 将控 制对象 看作 一个 二 阶 埙性 环节 ，在 闭环
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电力 系统一 次调 频是 依靠 发 电机组 的调 速控 制 系统来实现 ， 当电网频率发生变化后 ， 发电机组通过
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摘要 ： 针对 目前发 电机组一次调频控制系统设计 、 优化过程和考核管理方 面存 在的若 干问题进行 了深入剖 析。从一 次调 频 动态特性和随机特性等方面分析和讨论 了一次调频控制技 术的特点 ， 就一次调频重要参数的设置 、 动态化 管理 规定 等方 面提出
了相应 的见解和意见。促进一次调频控 制技术和管理更加科学 、 实施和优化过程更趋精细 。
发 电机组 一次 调频 控制 方面 的研究 大多 建立 在静 态
定的惯性环节响应输入指令的变化 ，因而发电机 组 动态 环节可 近似 用一 阶 魄性 环节 表述 ：
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特性 的基础上 ， 忽视 了控制对象的动态特性。 为了满
足 一次 调频考 核相关 规 定 ，控 制 系统优 化 过程 中往
次调频效能 ，并先后出台了要求较高的一次调频
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收稿 日期 ：２ １— ２ ０ ０ ２ ０ —１
２１ ０ ２年 ８月
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人 了数字 控制 时代 ，机组 一次 调频 的相关 参 数可 以 由工 程运 行人 员随 意组态 ，甚 至一 次调频 功 能可 以 随意 投入 和退 出 ，给发 电机组 一次 调频 功 能的管 理 考核 带来 了新 的难题 。 工业 控制 技术 的发展 促进 了一 次调频 控 制技 术 的发 展 。发 电机组 一次 调频控 制技 术正 由粗 放 型 向
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差别的一次调频考核管理系统 ， 某种意义上缺乏对 具体问题的分类考虑。
２ 一 次 调 频 动 态 过 程 的 分 析
目前 ，我们 在研究 发 电机组 一次调 频 特性 时更
多关注的是静态特性 ， 实际上 ， 既然是控制系统 ， 其
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能 之一 ， 其控制 技术 经历 了三个 阶段 的发 展 。对 于
最初 阶段 的液 压调 节系统 发 电机组 ，一 次调 频功 能
是 机组 的 固有 特性 ，依靠 机械 液压 控制 系统 及 时响 应 电网频 率偏 差变 化 ， 成一 次调频 过程 ， 间人 工 完 期 无 法干 预 。 随着 电子 与测量 技术 的发 展 ， 次调 频控 一
制技术 经历 了短暂 的电 、液 并存 的模 拟 电液调 节 阶
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曾志 坚 ， 万文 军 ， 婷 婷 。 雄
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（． １ 广州粤能 电力科技 开发有限公司 ，广州 ５ ０ ８ ；２广东电网公 司电力科 学研究 院，广州 １０ ０ ． ３０３） ３０ ２ ５０ ８ ； １０ ０
控制系统与控制 回路 中各环节的动态模 型密不可 分。
２２ 动态模 型 ．
在 一 次 调 频控 制 回路 中（ １ ， 图 ）当发 电机 组 的 有 功指令 变化 时 ，由于发 电机 组本 身 的机械惯 性 和 工 质 中间容积 的影 响 ，发 电机组有 功 的改变会 按 照
精细型方 向发展。 恰恰是这种发展趋势 ， 给一次调频 控制系统完善和优化提出了诸多的研究课题。 目前 ，
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