火力发电厂一次调频闭环控制策略研究

火力发电厂一次调频闭环控制策略研究

侯新苗

大唐灞桥热电厂  陕西省西安市 710038

摘要：火力发电厂运行过程中，其调频性能质量对于电网运行有直接影响。为了保证高峰期电网高效运行，需要加强对电厂一次调频的控制。利用控制系统控制输出量，解决以往控制不准确的问题。加强对控制开关研究，通过控制开环和闭环，形成闭合控制，保证对系统的有效控制，提高机组一次性调频性能。优化发电厂运行效率，为电力供应稳定提供保障。

关键词：火力发电厂；一次调频控制系统；闭环控制；优化

引言

网频是电网运行的重要控制参数，关系电网运行稳定性。电网频率发生变化，需要对功率调整，确保机组快速响应，保障电网安全。一次调频是对发电机组调频性能的重要考核，而受到各种因素影响，均会导致调频效果受影响。需要基于闭环控制优化一次调频，提高调频贡献率，维护电网运行稳定。

1、火电厂一次调频相关概述

控制电力系统有功功率的目的，主要是为了保证电网频率、电量分配、系统协调三方面都能稳定，按照峰期调频，合理供应电力资源。有功功率与电网频率之间有着密切联系，确保两者统一分配，才能保证调频作用有效发挥，科学设置参数与逻辑，合理对系统进行控制。

1.1一次调频基本原理

一次调频在电网运行过程中，电网频率偏离范围内时，会基于系统对频率调节。一次调频实际是动态有差调节过程，当发电机组无法维持恒定的频率时，只能根据电网响应，将频率维持在稳定状态，合理投入一次调频就能保证系统稳定。发电厂一次调频经过调整促使机组运行，机组运行依靠对一次调频环路信号控制，通常基于DCS对电网频率测试。并在DEH中对机组转速测试。协调单元指令，两个系统共同构成一次调频指令，且相互独立，实现对系统频率调整。发电设备控制回路，采集频差信号，对过频差设备进行补偿，促使一次调频功率增加[1]。控制回路协调两部分完成一次调频，增加功率后，按照指令发挥相应作用。

1.2影响一次调频的指标

电网频率应始终保持在一定范围内，才能保证电网稳定。当电网频率变化，发电机组无法及时跟随其变化快速调整。将设备额定转速无法调整成为频率死区，机组参与的调频死区应保持转/min。电网频率改变时，机组本身调节能力也发生改变。为了将频率调至原有状态，系统会根据频差对负荷调整，用于保证电网运行状态；控制系统迟缓率则是在机组负荷升降过程中，受到阻力影响，功率与转速未能随之改变，导致机组调节不灵敏；一次调频响应外界负荷，需要一定时间。机组调频会延迟，机组通过一次调频动作保证负荷达到规定的响应时间；功率补偿量则是为了维持电网频率，根据电网波动对机组功率调整。额定功率（PE）的计算公式为：

其中，（）为调整后的功率补偿量；为转速偏差；为机组转速不等率。因此，一次调频代表了发电厂发展可靠性。需要加大对一次调频的投运力度，确保一次调频性能综合指标达到考核标准，为电厂运转提供保障。

2、火电厂一次调频问题分析

从多数的火电厂机组运行情况来看，机组发电调节系统由DCS与DEH构成，其一次调频逻辑阀位控制，系统并网后，DEH控制设备、DCS控制锅炉。火电厂的汽轮机转速均由DEH调节。在CCS侧设置回路用于控制系统输出功率，将DEH+CCS的控制变量叠加于PID控制器上[2]。之后对一次调频进行试验，验证其转速不等率和迟缓率，将其作为特性指标。经过试验，发现机组设备频率变化难以达到电网转速不等率要求，测试的特性指标与实际需求存在一定差距；动态测试则是对一次调频投入和灵敏度进行测试，测试发现调频死区转速不等率也无法达到规定范围内的要求。这也导致机组运行过程中，产生特征扰动量，对机组运行调频速度造成影响，造成调频不准确。为了保证火电厂的稳定运行，需要根据机组运行的各项参数掌握实际工况，并以此计算出新的修正系数，保证系统逻辑正确，从而优化机组阀门。根据阀门流量特性，对机组设备参数调控，提高一次调频的准确性。

3、基于闭环的一次调频优化措施

阀门流量特性是对实际流量的模拟，当机组设定符合流量曲线，能够实现精准控制。反之则会导致载荷波动，降低调频能力与反应速度，导致机组一次调频失常。对此，应根据真实流量改善原有流量中，特性函数重叠部分，减少机组运行的实际损耗。传统电网的DCS+DEH结合方式，经过调速系统控制获得，存在一定滞后性，会导致机组调门不稳，出现各项系数偏差增大的现象，影响机组运行。为了保证系统协调运行，采取闭环控制的优化措施。将系统频差消除，恢复系统实际流量，提高系统控制精度。

3.1控制算法的优化

在进行一次调频闭环控制优化过程中，需要明确影响机组转速的主要因素。在明确性能指标的基础上，针对性对指标控制算法分析，优化。通过调整DEH转速信号、逻辑功能等，达到更好的控制效果。

3.1.1转速精度优化

火电厂一次调频控制系统转速信号不稳定会影响实际操作，根据考核标准要求，当电网频率超出0.033Hz（2r/min）时，就应进行一次调频动作。部分火电厂设备老旧，DEH信号难以达到规定要求，使得转速测量精度下降。对此，针对频差信号进行转速优化。机组运行时，DEH系统一次调频后调节量不够，削弱了调频。分析发现是因为一次调频动作不足，影响了信号准确性。为了解决这一问题，对一次调频进行同源改造，使得DCS与DEH系统能够同时处理传输信号。在机组间装置一次调频控制装置，依照电网运行标准。模拟电网反馈传递给DCS。经过DCS进行调频处理，对一次调频函数修正，提高系统控制精度。

3.1.2控制逻辑优化

机组CCS仅为指令下发部分，调节与相关逻辑均在DEH侧。运行时，会导致一次调频随着设备转速改变，造成指标波动。对此，针对传统控制方案。将DHE侧改至CCS侧，使其成为控制回路的输出前馈。满足功率变化以及快速响应，参照一次调频管理规定，优化执行一次调频指令。根据额定频率参数，收到反馈后AGC加负荷指令闭锁。通过控制环路，避免机组运行产生与电网相反的动作。由闭锁值决定动作速度，设置闭锁值为，根据值参数高低采用相对应的方案。改进后的方案，能够针对不同载荷差异进行调整，及时对调节器做出响应和调整，保证一次调频效果最大化，确保电网频率调整质量，在规定时间内快速响应[3]。

3.2一次调频优化后的功能分析

改进后的机组，一次调频由DCS、SEH两部分构成。前者响应速度较慢，但是稳定性较强。后者响应速度快，无法维持稳定性。两者结合投入，更有利于一次调频功能实现。随着机组运行期间，负荷不断增加，达到额定负荷50%以上时，采用优化的调频控制方式，同时满足快速响应和调频稳定性的要求，基本满足机组一次调频功能实现；逻辑控制参数则根据DEH侧转速信号调整，当转速超出规定值后，启动一次调频动作。运行观察调频动作，将转速差死区从原有参数调整为/min，延长3s避免调门摆动。调整后能够保证控制系统更快反应，达到一次调频要求。也就是说，当机组运行再度遇到控制滞后、参数波动大等问题，可以基于一次调频优化方案，及时对调频参数修正，加速电网恢复速度，维持电网稳定的运行状况。

4结论

综上所述，发电厂发电机组一次调频闭环控制方法，能够维持电网负荷与自己功率的平衡关系。利用闭环控制消除偏差功能，保证闭环修正的稳定性，改善一次调频性能，显著提升调频贡献的负荷比值，优化调节效果，保证电网频率稳定，满足社会用电需求。

参考文献：

[1] 杜小泽，张璇，庞力平，等. 燃煤发电机组灵活调峰下机炉安全状态监测与调控研究综述 [J]. 中国电机工程学报, 2024, 44 (18): 7178-7200. 

[2] 王胜虎，董春森，周向阳，等。 2*660 MW火电机组变频调速循环水泵建模与优化控制研究 [J]. 工业控制计算机, 2024, 37 (08): 151-153.