火电机组一次调频性能分析及优化

火电机组一次调频性能分析及优化

摘要：一次调频功能是并网运行发电机组基本特性之一，它能够有效抑制电网

频率变化，提高系统抵御功率缺额扰动的能力。本文结合火电机组一次调频试验，对机组一次调频试验过程中存在的问题及其原因，进行了较为系统、全面的阐述

和分析，提出了改善和优化机组一次调频性能的方法和技术要求，对于规范和指

导新建及运行机组一次调频试验，提高机组参与电网一次调频控制性能具有指导

意义。

关键词：火电机组；一次调频；性能分析；优化

1、前言

电网频率反映了发电有功功率和用户负荷之间的平衡关系，是电力系统运行

的重要控制参数，频率变化对系统的安全稳定运行具有重要的影响。通过提高机

组一次调频动作与电网要求的同步性以及高压调节阀动作的及时性，以保证机组

一次调频动作正确率和效果，减小考核压力。

2、火电机组一次调频的意义

目前火电机组控制系统中均设计有一次调频功能，根据规定100MW及以上

新建和运行火电机组都必须具备一次调频功能，并经过一次调频试验达到合格要求。通过一次调频试验可以获得机组参与电网一次调频控制的负荷响应特性，对

机组能否参与电网一次调频控制提供技术依据。机组参与电网一次调频控制功能

必须满足电网稳定控制的要求。但是从目前的实际情况看，部分机组控制系统频

差函数、不等率等参数设置不正确，协调控制系统调节品质不理想，加之与机组AGC功能存在不协调问题，造成一次调频控制性能不能满足要求，负荷响应速率

较慢，负荷响应不足，持续性也较差，机组一次调频参数设置的不合理，将会使

得机组一次调频功能不能正常发挥作用，严重影响电网一次调频控制的执行力度

以及电网频率的稳定。

3、火电机组一次调频性能分析及优化

火电机组经过长时间的运行和不同的运行工况，机组特性会发生改变，由此

也影响到机组一次调频性能。结合多台火电机组一次调频运行状况的分析及多种

改进方法的尝试效果，总结出影响一次调频效果及性能的下列主要因素。

3.1AGC指令与一次调频动作反向

机组AGC工况下常出现AGC指令和一次调频动作目标两者之间调节作用反向的情况。

图1 AGC 与一次调频分析曲线

图1为某电厂AGC和一次调频曲线，所示虚线位置为AGC指令加负荷过程中一次调频出现减负荷的调节目标。分析机组工况：AGC设定速率12MW/min，负

荷实际响应速率9MW/min，频差动作时转速偏差2.7r/min，一次调频负荷调节目

标值约3MW。由汽机调门动作可看出，在一次调频触发时DEH调频回路迅速动作，汽机调门明显关小；但AGC指令造成机组升负荷量远大于一次调频减负荷量，使得一次调频动作实际积分电量与目标电量反向，本次调频效果为0。通过分析

统计机组一次调频正确动作率，发现这种反向动作情况时有发生，严重影响一次

调频效果。由此可考虑对CCS控制逻辑进行优化，当出现一次调频动作时闭锁AGC指令以保证一次调频效果。同时为了不使AGC受太大影响，结合一次调频考

核时间，将闭锁设定为：当一次调频动作持续时间＜60s时，闭锁时间与一次调

频响应时间同步；当持续时间≥60s时，闭锁时间为60s。

3.2机组转速测量

一次调频动作目的是电网出现频差时通过机组的快速响应稳定电网频率在

50Hz。对机组侧来说相应的频差控制对象为机组转速，当转速偏离额定转速较大

时进行一次调频响应调节。因此转速测量的精确性，直接影响到每次调节动作的

电量值和最终效果。如某发电厂由于机组测量的转速与电网频率不一致，使得一

次调频功能难以正常投用。

此外，不少机组转速测量精度无小数位，也会带来较大影响。通常电网运行

时频差较小，对应的转速偏差也很小，大多数一次调频动作在2~3r/min之间。没有小数位精度的转速测量，会给一次调频动作的目标精度带来较大偏差，例如电

网频差对应的转速偏差在2.49r/min和2.51r/min时，若精度无小数位，则测量的

转速偏差分别为2r/min和3r/min，其最终响应的积分电量和调频效果将差距甚大。

3.3调频死区和不等率的设置

在一次调频回路中，调频死区的设置决定了电网频差出现后，机组何时参与

一次调频动作，而调频不等率的设置则决定了参与一次调频动作的幅度大小，因

而调频死区和不等率参数的设置直接影响着一次调频动作的调节电量和效果。图

2 所示为调频死区和不等率参数的设定方式：根据一次调频的调节过程和特性，

当频差信号超出死区设置的时刻调频动作生效，此时将汽机调门的动作近似认为

随频差大小而对应的阶跃动作，假定调门动作准确且负荷控制精度完全满足要求，考虑到频差触发至主汽流量和负荷变化存在一定时间的响应，模拟出如图3所示

的一次调频动作效果图。

提前，还通过不等率的变小增加了小频差区域调频响应的幅度，从而使响应

电量更为接近理论目标电量。由此可见，死区和不等率参数的设置对小频差范围

的一次调频效果影响明显，而大频差动作时由于调频目标负荷较大，影响相对较小。通常电网频率比较稳定，调频动作均以小频差动作为主，因此采用合理的调

频死区和不等率参数对改善一次调频效果非常重要。

上述参数设置的优化方式在某火电机组进行尝试，一次调频平均效果由原来

标准参数设置下的40%上升到70%，显著提升了机组的一次调频能力。需指出，

调频死区过小可能导致机组调门动作频繁，给相关系统设备及CCS的稳定性带来

不利影响，因此需结合机组实际情况设置适当的死区并搭配合理的调频不等率，

以达到优化目标。

3.4一次调频逻辑的实现过程

通常DEH系统中一次调频回路的目标调节值以汽机额定参数为标准进行流量

计算，当机组运行在低负荷段时，由于主汽参数偏离额定参数较大，做功能力明

显偏小，因而同样流量指令的改变对应调节的负荷也偏小，致使一次调频动作效

果不足。对此，可考虑在一次调频输出的流量指令中增加主汽参数（如主汽压力）的修正，使得动作响应的负荷更加准确。

而CCS侧是否设置一次调频至汽机调门的前馈量，其动作的响应也不尽相同。正常负荷变动过程中，DEH侧接收CCS指令（多数机组以调门指令和反馈比较进

行增减脉冲输出）控制调门阀位。在一次调频动作过程中，DEH侧按不等率设置

参数，计算调门动作的幅度并直接叠加在阀位输出中，此时CCS侧汽机主控PID

回路的计算输出存在一定滞后，因而形成对汽机调门动作的反拉，汽机主控计算

越慢则反拉作用越明显。对比分析调门动作曲线，汽机主控侧设置前馈调节量并

提升一次调频动作时汽机主控的响应速度，可有效避免该反拉过程，使得调门响