摘要：
　　
　　電網頻率作為zui重要的電能質量指標之一，是電網穩定的基礎。隨著發電機組單機容量的不斷增大，并網機組的故障跳閘對電網頻率的沖擊也越來越大。因此，大容量發電機組一次調頻性能的好壞對維持電網頻率穩定有著重要意義。為此，南方電監局頒布了《南方區域發電廠并網運行管理實施細則》和《南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》，對并網機組一次調頻性能作了具體的技術要求，廣東省電力調度中心文件《廣東電力系統一次調頻運行管理規定》也明確了對一次調頻質量的考核方法。2009年7月9日14:23和10日13:03兩次江城直流單極跳閘，廣東電網系統頻率降幅約為0.15Hz，廣東電網內各機組的一次調頻動作清況不理想，沒有一臺機組滿足要求。因此，有必要對600MW主力發電機組進行一次調頻試驗及性能優化研究。
　　
　　一、原一次調頻控制方案的分析
　　
　　汕尾電廠現有兩臺600MW超臨界直流機組，三大主機設備均由東方電氣集團股份有限公司三大動力設備廠提供。DCS系統采用了艾默生過程管理有限公司的OVATION分散控制系統，整套系統包括數據采集系統（DAS）、模擬量控制系統（MCS）（含旁路控制系統）、順序控制系統（SCS）、鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）、電氣控制系統（ECS）等各項控制功能，是一套完成全套機組各項控制功能的完善的控制系統。DEH為東方汽輪機廠在引進和廣泛吸收國、內外*技術的基礎上，生產出的新一代與汽輪機配套的660MW等級全電調型DEH控制系統。在CCS控制方式下，機組一次調頻功能由CCS及DEH系統共同完成，既保證了一次調頻的速度，又保證了機組參與一次調頻的持續性。
　　
　　1.1DEH側一次調頻回路
　　
　　將汽機實際轉速與額定轉速進行比較，計算轉速偏差，通過函數轉換為閥位修正量，疊加在汽機閥位指令回路中，直接控制汽機調門動作輸出。函數設置了2r/min的調頻死區，即當汽機轉速小于2998r角lin時，閥位修正量為正，汽機閥位指令增大，汽機進汽量增大，負荷增加；當汽機轉速大于3002r/min時，閥位修正量為負，汽機閥位指令減小，汽機進汽量減小，負荷減小。一次調頻的閥位修正量zui大為±5.16％。因此，DEH側一次調頻回路為開環控制，當一次調頻動作時，可以迅速地改變高壓調門的開度，機組功率也隨之迅速改變，因此一次調頻響應速度非常快。　　
　　1.2CCS側一次調頻回路
　　
　　CCS側一次調頻回路為閉環控制，機組轉速差信號轉換為負荷修正量，分別送至鍋爐主控和汽機主控調節回路。鍋爐主控中，負荷修正量作為鍋爐主控的前饋信號，迅速改變入爐煤量，彌補鍋爐調節的滯后性；汽機主控中，一方面負荷修正量作為汽機主控的前饋量，另一方面負荷修正量疊加在負荷設定值回路中進入汽機主控的PID調節回路。CCS側的一次調頻回路保證了一次調頻動作時鍋爐、汽機各控制子系統協調動作，共同處理由于機組頻率、負荷擾動對各主要參數的影響。　　
　　二、存在問題及原因分析
　　
　　在一次調頻投運過程中，主要暴露出機前壓力波動過大、低負荷時調頻電量不足等問題。一次調頻動作時，機組轉速差對應的汽機閥位修正量直接疊加在汽機閥位指令回路中，汽機高壓調門迅速動作，以滿足機組對一次調頻響應及時性的要求。但是由于直流鍋爐的蓄熱面較小，鍋爐的調節作用比較滯后，汽機調門的突然動作會引起機前壓力的大范圍波動，進而引起主汽溫度、給水等主要參數波動，影響機組的安全穩定運行。
　　
　　此外，由于DEH側一次調頻為開環控制，機組轉速差、閥位修正量、負荷修正量的線性關系是建立在主汽壓力不變的基礎上的。汕尾電廠兩臺機組主汽壓力均為定一滑一定運行方式，機組在30％負荷至90％負荷區間內為滑壓運行，即當機組負荷降低時，主汽壓力隨之降低，相同的閥位修正量對應的負荷變化量必然減小，這就必然會導致在低負荷時一次調頻性能達不到要求。且負荷越低，一次調頻性能越差。
　　
　　三、控制策略優化方案及試驗
　　
　　為了保證主汽壓力的穩定，在汽機主控的負荷設定值回路中設計了壓力補償回路，同時，為了防止壓力補償回路影響機組一次調頻的能力，在該邏輯中增加了壓力補償回路的作用死區。如圖3所示，當一次調頻動作時，如主汽壓力偏離當前負荷下的額定壓力較大，壓力補償回路動作，輸出至汽機主控調節回路，汽機主控與鍋爐主控協調動作維持主汽壓力的穩定；如主汽壓力與當前負荷下的額定壓力偏差不大，則壓力補償回路不起作用，以保證機組功率快速、持續響應電網頻率的變化。　　
　　由于機組在30％負荷至90％負荷區間內為滑壓運行，即負荷越低，主汽壓力越低，為了提高較低負荷時機組的一次調頻性能，在DEH側加入了閥位校正量的主汽壓力修正回路。如圖4所示，當負荷較低時，主汽壓力較低，經過計算后的主汽壓力修正輸出較大，負荷較高時，主汽壓力較高，經過計算后的主汽壓力修正輸出較小。實際應用時，根據對不同負荷情況下的一次調頻動作試驗確定f（x）函數，使不同工況下的一次調頻閥位修正值與調頻電量相匹配，以達到機組安全性與調頻性能的均衡性，從而滿足不同負荷工況下調頻電量均能夠達到要求。　　
　　2009年9月，分別對汕尾電廠1、2號機組優化后的一次調頻性能進行了測試。在CCS側與DEH側一次調頻均投入時，人工強制轉速差信號模擬一次調頻動作，測試了在不同轉速差、不同負荷情況下的一次調頻動作情況。圖5是1號機組負荷400Mw，轉速差0→4→0→4→0rpm的機組一次調頻動作曲線，圖6是2號機組負荷570MW，轉速差0→8→0→8→Orpm時機組一次調頻動作曲線。表1是一次調頻性能測試參數記錄。　　
　　根據《南方區域發電廠并網運行管理實施細則》及《廣東電力系統一次調頻運行管理規定》的要求，一次調頻響應時間應小于等于3秒，在電網頻率超過機組一次調頻時開始的45秒內，機組出力實際調節量應大于理論調節量的70％以上，一次調頻穩定時間應小于60秒，一次調頻質量T≥60％。由表1可以看出，在一次調頻控制方案優化后，汕尾電廠兩臺機組一次調頻性能均能夠滿足上述技術指標要求，調頻過程中機組主要參數波動范圍較小，滿足機組安全運行的要求。
　　
　　四、結語
　　
　　通過對汕尾電廠600Mw超臨界直流機組一次調頻控制方案的分析及優化試驗，有效解決了機前壓力擾動過大、低負荷時調頻量不足的問題。2009年國慶保電中受到廣東電網的高度評價，對國內600Mw及以上超臨界直流機組一次調頻性能優化具有一定的借鑒作用。