摘要：电网频率是一个频繁变化的参数，也是电网稳定运行的基础。在电网实际运行中，当电量消耗与电量供给不匹配时，即可引起电网频率出现变化较小、变动周期较短的微小分量，这种频率扰动主要靠汽轮发电机组本身的调节系统直接自动调整汽轮机调门完成电网负荷补偿，修正电网频率的波动，这个过程即为发电机组的一次调频。
关键词：一次调频；火电机组；控制策略；贡献电量
一、电网一次调频考核办法
考核按照积分电量计算，机组实际动作积分电量/理论动作积分电量<50%，记为不合格。积分时间最低为15s，最大为60s，即如果一次调频动作时间低于15s，不计入考核；如果大于60s，以60s的积分电量计算考核；15～60s之间，则以实际积分时间计算。具体计算公式如下：
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一次调频贡献率K：
式中：Q为一次调频在频率扰动时的实际动作积分电量；Qth为一次调频在频率扰动时的理论动作积分电量。
其中实际积分电量Q：
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t0为系统频率超过一次调频死区时刻；t1为系统频率恢复至一次调频动作死区内时刻；Pt为t时刻实际出力；P0为t0时刻实际出力；T为采样时间间
隔。理论积分电量Qth：
△f(t)为当前频率与额定频率50Hz的偏差；fN为额定频率；PN为额定有功出力；δ%为转速不等率（调差率）。
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二、一次调频存在的问题
2.1机组参数及特点
某机组锅炉采用上海锅炉厂的国产超临界参数、变压运行、四角切圆燃烧方式、螺旋管圈直流锅炉，汽轮机采用上海汽轮机有限公司生产的超临界压力、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、双背压、凝汽式汽轮机。
该机组一次调频合格率只能到达40%左右，面临巨大的考核压力，提升一次调频合格率迫在眉睫。其一次调频参数设置如表1所示。
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该机组一次调频控制策略为典型传统一次调频控制策略，即频率或转速偏差经过频差函数后，一方面作为前馈直接作用到汽机调门指令中；另一方面叠加到经过限幅限速的机组负荷指令上，作为总指令进入发电机组的功率闭环控制逻辑，其原理示意如图1所示。
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2.2一次调频过程中存在的问题
一次调频合格率直接影响电网对电厂的一次调频考核，而根据某地电网一次调频考核办法，一次调频合格率由实际贡献量决定，因此提高一次调频实际贡献积分电量是解决一次调频问题的关键所在。通过对本机组一次调频动作实际情况及调度考核数据的分析，发现主要存在以下几方面问题。
2.2.1一次调频与AGC指令相互影响
目前，绝大部分机组都采用AGC控制方式，机组负荷同时受一次调频和AGC（二次调频）的影响。当机组负荷变动方向与一次调频相反，如在机组降负荷过程中因网频低需要一次调频增加负荷，则一次调频贡献量会被负荷下降抵消部分或全部，往往导致一次调频贡献率不达标。对于这种情况，目前大多机组的应对方法是通过设置一次调频指令优先逻辑，闭锁反向AGC负荷指令，但在汽轮机进行负荷调节的过程中，或压力拉回逻辑起作用时，机组实际负荷和负荷指令始终存在一定偏差，即使负荷指令不再反向变化，汽机主控的积分作用仍会将负荷回拉，将一次调频实际积分电量抵消。
2.2.2汽轮机阀门流量特性及重叠度对一次调频的影响
目前大部分机组出于经济性考虑，为减小节流损失，提高高压缸效率，都采用顺序阀控制模式，在这种控制模式下，当阀门流量特性线性差或重叠度设置不当时，DEH侧一次调频阀位前馈调节量就不精确，难以到达预期效果，严重影响调频品质。
三、一次调频的完善方案及应用
3.1调频动作闭锁汽机主控PID反向调节
对于2.2.1的问题，相对于设计闭锁机组负荷反向指令的策略，可以更进一步地设计调频动作闭锁汽机主控PID反向调节策略，以解决目标负荷与实际负荷存在偏差时，PID积分作用产生的反向调节问题。图2为闭锁机主控反向调节原理示意图，与门的三个条件分别是防止波动频繁设置的延时通模块、根据电网考核规定设定的最低闭锁时间60s，以及该闭锁功能的协调方式要求和投切开关，当频差（转速差）越过死区且三个条件都满足时，通过M/A模块的闭锁增、减功能，禁止I/O站输出反向变化，同时PID运算结果在闭锁时进行跟踪，防止解禁时出现扰动。由于电网频率波动较频繁，一次调频动作次数多，频繁闭锁机主控指令可能影响AGC的调节性能，可结合电厂AGC的实际情况调整闭锁的动作死区或设置延时通时间，减少不必要的闭锁次数。
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3.2一次调频前馈阀位修正系数策略
对于2.2.2存在的问题，即阀门流量特性线性度和重叠度的问题。在采用顺序阀控制的机组中，相同的一次调频前馈量在汽机阀位落在线性区与非线性区的负荷响应是完全不同的，最好的办法是将阀门流量特性整定得线性，但阀门流量特性的整定需汽机厂或电科院汽机专业的人员通过现场实验进行，且通常需要考虑汽轮机热效率，因而比较复杂且需在经济性间作权衡。
针对这个情况，为避免对阀门流量特性函数作大量修改，制定一次调频前馈修正系数策略，根据历史数据，在不同阀位下，对一次调频前馈做一个系数修正，如图3所示。
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3.4一次调频前馈定向闭锁定时复位策略
这里提出一种一次调频前馈定向闭锁定时复位策略，其原理是通过闭锁调频动作反向指令，延长阀门的正向动作时间来增加贡献电量，与上述策略相比，一次调频前馈定向闭锁定时复位策略的有以下几个优点：在频率越出死区后，在限定时间内只选取对调频动作有利的指令前馈作为输出，即高频选小低频选大，避免了调门往复波动，保护设备安全，延长执行机构寿命，并有效增加贡献电量；不需要减小调频死区、延迟结束调频动作或对调频动作速率做改动，以免对AGC调节造成较大影响；根据设定的时间定时对选择后的指令进行一次复位，可根据机组运行实际情况和当地电网要求进行在线调节，在一次调频合格率与AGC速率间寻求平衡点。也大大减缓了调门的动作频次，保护了设备安全，延长了执行机构寿命。
参考文献：
[1]韩英昆,于庆彬,李克雷,等.火力发电机组一次调频存在主要问题与优化研究[A].中国电机工程学会2015年年会论文集[C].北京,中国电机工程学会,2015.
[2]李华,陈志刚,柴琦,等.基于频率信号的火电机组一次调频改造及优化[J].电气技术,2019,(2):101～104.
[3]庄义飞.火电机组一次调频分析及性能优化[J].黑龙江电力,2019,41(2):151～162.
[4]殷建华,于海存,霍红岩,等.基于电网考核细则的火电机组一次调频优化[J].内蒙古电力技术,2019,37(3):77～86.