讲课一次调频

一次调频 1． 定义 一次调频和二次调频 在电网并列运行的机组当外界负荷变化引起电网频率改变时，网内各运行机组的调节系统将根据各自的静态特性改变机组的功率，以适应外界负荷变化的需要，这种由调节系统自动调节功率，以减小电网频率改变幅度的方法，称为一次调频。 一次调频是一种有差调节，不能维持电网频率不变，只能缓和电网频率的改变程度。所以我们增减某些机组的负荷，以恢复电网的频率，这一过程称为二次调频。二次调频的实现方法有以下三种： 1）电网调频由中心调度所调度员根据负荷潮流及电网频率，给各厂下达负荷调整命令，由各发电单位进行调整，实现全网的二次调频。 2）采用自动控制系统（AGC），由计算机（电脑调度员）对各厂机组进行遥控，来实现调频全过程，参与该系统的各机组必须具有协调控制系统。 3）在机组调节系统中设有二次调频功能，以频率为闭环。 一次调频 二次调频 快速性 快 慢 是否闭环调节 否 是 电力系统调频问题 传统电力系统的调频采用多次调频措施配合使用。一次调频由发电机的调速器实时调节，目的是完成负荷实时跟踪，将频率变动控制在允许的范围之内。二次调频由调频机组负责，目的是消除功率不平衡，使频率回复到50 Hz。三次调频通过合理安排发电计划，减少不平衡发生的机会。 在电力市场中，调频措施有三种： （1）一次调频 在电力市场中，在市场电价的一个更新周期内，电价保持不变，可以采用与频率挂钩的罚款／津贴方法来实时地改变发电机与用户的结算电价而促使发电机和用户迅速地调整发电量和用电量来加速不平衡的过渡过程。将频率的变动控制在允许的范围之内，从而实现一次调频的目的。 （2）二次调频 在电力市场中，频率偏50 Hz意味着发电机已有部分电能积压或不足，发电机已经蒙受了一定的经济利益损失，同时频率偏离50 Hz对发电机设备的健康运行也产生较大的影响，所以发电厂必然主动调整以将积压／不足的电能出清，从而最终使得频率回复到50 Hz，实现二次调频的目的。 （3）三次调频 在电力市场中，发电容量长期紧张或者发电容量长期过剩将造成电价长期偏高或偏低，最终导致资金的合理流动，因此市场机制将自发地解决三次调频问题。 2．液调机组与电调机组在一次调频功能实现上的区别 2．1液调机组的一次调频 电力生产对发电用的汽轮机控制系统提出了两个基本要求：一是保证能够随时满足用户对对电能的需要；二是使机组能够维持一定的转速，保证供电的频率和机组本身的安全。 汽轮发电机组的电功率与汽轮机的进汽参数、排汽压力,进汽量有关。如果汽轮机的进汽参数和排汽压力都保持不变，那么机组发出的电功率基本上与汽轮机的进汽量成正比，当电力用户的用电量（即外界电负荷）增大时，汽轮机的进汽量应增大，反之亦然。如果外界电负荷增加（或减少）时，汽轮机进汽量不做相应增大（或减小），那么，汽轮机的转速将会减小（或增大）。为使汽轮发电机组发出的电功率与外界电负荷相适应，机组将在另一转速下运行，这就是汽轮机的自调整性能。 若仅依靠自调整性能，汽轮机转速则会产生很大的变化。因为外界电负荷的变化是很大的，仅依靠汽轮机的自调整性能，不但不能保证电能质量（电频率、电压），发电机组并列亦困难，因此必须在汽轮机上安装自动控制系统，利用汽轮机转速变化的信号对汽轮机进行控制。 2．1．1直接控制 图1－5是汽轮机转速直接控制系统示意。当汽轮机负荷减小而导致转速升高时，离心调速器的重锤1向外张开，通过杠杆2关小调节汽阀3，使汽轮机的功率相应减小，建立起新的平衡。当负荷增加时，转速降低，重锤向内移动开大调节汽阀增大汽轮机的功率。由此可见，调速器不仅能使转速维持在一定的范围内，而且还能自动保持功率的平衡。 该系统是利用调速器重锤的位移直接带动调速汽阀的，所以称为直接控制系统，由于调速器的能量有限，一般难以带动调节汽阀，所以应将调速器滑阀的位移在能量上加以放大，从而构成间接控制系统。 2．1．2间接控制 图1－6是最简单的一级放大间接控制系统示意。在间接控制系统中调速器所带动的不是调节汽阀，而是错油门滑阀。转速升高时，调速器1的滑环A向上移动，通过杠杆2带动错油门滑阀5向上移动，这时错油门滑阀套筒上的油口m和压力油管连通而下部的油口n则和排油口相通。压力油经过油口m流入油动机3活塞的上腔，油动机活塞在上下油压力差作用力的推动下，向下移动，关小调节汽阀4。转速降低时，调速器滑环向下移动，带动错油门滑阀向下，这时油动机活塞下腔通过油口n和压力油路相通，而上腔则通过油口m和排油口相通，活塞上下的压力差推动活塞向上移动，开大调节汽阀。 2．2电液调节系统中的一次调频 以新华控制工程公司的DEH为例，其控制结构原理见图1。 Σ额定转速实际转速+-根据实际阀位反算的流量指令×功率转换系数F(x)实际功率Σ++Δ

PID

-+

×T功率回路投入

调门指令

功率给定前馈yesno

图1 DEH中一次调频原理图

一次调频因子

其中汽轮机额定转速（一般为3000 r/min）与实际转速的差值经函数f（x）转换后生成一次调频因子，直接叠加到根据实际阀位反算的流量指令（投入功率回路时相当于功率给定）上。当投入功率回路时，一次调频因子直接加在有功功率的给定值上，同时作为前馈加在PID调节器输出上；当不投功率回路时即阀位控制方式，一次调频因子直接流量指令上。在DCS系统投入协调控制时，DEH在阀位控制方式中已经加入一次调频，只需将一次调频因子加在负荷给定的速率限制块之后，让协调不反调即可。这种控制方案可以保证一次调频的响应时间和稳定时间满足一次调频管理规定的要求。

150600MWrpmMWXΔΔ-150ΔnrpmΔ=2rpm-600MW-11rpmrpm11

-36MW

36MW

图 2 一次调频函数液调机组与电调机组一次调频的比较  液调机组没有死区限制，没有限幅限制，有差即调；电调机组中的一次调频是作为一个

单独的附加功能用相应的DCS控制系统组态加入的，其死区，限幅，对应函数，转速不等率，都可以根据工程师对一次调频的认识进行修改，甚至是在线修改。可以很好的实现一次调频功能的同时保证机组安全。 2．3不投入一次调频的表现形式 2．3．1在运行操作画面中加入投切开关想投入就投入，不想投入就不投入。 2．3．2将死区加的很大，使一次调频基本不动作。 2．3．3在一次调频函数中加入限幅，使一次调频动作时只动作很小的幅值（不满足一次调频管理规定的相关条款）。 2．3．4在转速偏差后或一次调频函数后加速率限制块。 2．3．5只在功率控制情况下有一次调频 2．3．6协调控制时加在速率限制之前。 2．4电厂不投入一次调频的错误思想 2．4．1很多电厂的领导认为电网中大部分机组不投入一次调频功能，自己投入一次调频功能本机组承担的负荷改变过大会对机组有较大冲击。按照《华北电网发电机组一次调频运行管理规定》的要求，网内机组都应投入一次调频功能，同时管理规定允许参与一次调频的负荷变化幅度进行限制，一次调频不会对机组设备产生较大冲击，也不会影响机组安全。 在液调机组中曾经出现过由于一次调频动作导致机组收到严重冲击的情况，主要原因是同步器向上的富裕行程过大，一次调频没有限幅。

2．4．2有一些电厂领导认为自己的机组投入一次调频不利于机组抢负荷。当网频偏高，一次调频投入时自动关小调门开度以降低负荷，而不投入一次调频的机组可以抢负荷并且不受一次调频的限制。事实上网内机组负荷大小应当服从调度指令，不能以一厂私利影响整个电网安全，对于这种情况调度会给以严厉制止。 2．4．3机组投入协调控制时为了减小电网频率对机组协调控制的扰动而将一次调频功能切除。协调控制系统在调整参数时，为了分清干扰的来源，可以短时间的把一次调频切除，正常投运的协调控制系统应当满足由于一次调频动作产生扰动。 2．3汽轮机液压控制系统的静态特性 由直接和间接控制的工作原理可以看出，汽轮机负荷变化时，其转速也会相应地发生变化。在稳定状态下，汽轮机地功率与转速之间的关系，称为汽轮机控制系统的静态特性。 一次调频转速不等率δ定义为： δ=Δn / n0*100% 式中Δn——机组空负荷时和满负荷时的转速差值，r/min； n0——机组额定转速，r/min。

汽轮机调速系统的静态特性曲线是一条负荷不断增大转速不断降低的连续倾斜的曲线，其倾斜度可用调节系统的转速不等率δ表示。δ是调节系统最重要的指标，即反应一次调频能力的强弱，又表明稳定性的好坏。δ越小一次调频能力越强，但是稳定性越差；δ越大一次调频能力越弱，稳定性越强。按照一次调频管理规定的要求火电机组转速不等率一般为4%～5%；水电机组的转速不等率一般为3%～4%。转速不等率δ的实际意义（以转速不等率5%为例）是当实际转速（网频）比额定转速大150 r/min时，机组应将负荷从100％降到0；反之如果当实际转速（网频）低于额定转速150 r/min时机组应将负荷从0降到100％。在一次调频转换函数中δ确定了函数超出死区后直线的斜率。 频率的变化显然是不希望的，为了补偿频率的变化，在调节系统中附加了一种频率（即转速）调整设备，称为同步器。它的作用是使静态特性曲线做平行的上下移动，从自动原理的角度讲，操作同步器就相当于改变调节系统的给定值。 在单机运行时，平移特性的结果是改变汽轮机的转速，汽轮机的功率则取决于外界的负荷，不受平移特性曲线的影响。