摘要:随着人们的生活水平提高，用电量不断增加，人们也更加注重电网运行的安全稳定。因此，需要各个发电机组具有一次调频以及AGC（自动增益控制）功能。分析火力发电机组AGC与一次调频的原有控制方案，并对控制系统进行改进和优化，最终提升机组性能指标，为同类型的发电机组的控制逻辑优化提供一定的参考。
关键词：火电机组；一次调频性能；分析优化
1 引言
在日常电网运作中，火电机组的一次调频控制功能以及和机组AGC功能没有有效协调，造成负荷响应不足、速率慢，很难持续性实施，造成一次调频控制功能无法满足要求，造成机组一次调频功能无法充分发挥作用，对于确保电网频率稳定性具有严重影响。所以要对火电机组一次调频分析，并进行性能方面的优化，从而确保电网频率的稳定性。
2 一次调频问题及优化
2.1 一次调频的反调问题
如果一次调频受AGC的影响导致其调节效果达不到《两个细则》所要求的“贡献电量为正”的结果，就会被电网统计为“该机组一次调频不正确动作1次”。解决方案是在逻辑中增加AGC一次调频交叉闭锁功能，一次调频动作时延时闭锁AGC功能。即当机组处于CCS方式时，当汽机转速与额定转速（3000rpm）差≥3rpm时，自动将AGC升负荷时的速率置为0MW/min，闭锁AGC加负荷。当汽机转速与额定转速差≤-3rpm时，再自动将AGC降负荷时的速率置为0MW/min，闭锁AGC减负荷。当汽机转速与额定转速差在±3rpm以内时，机组负荷指令速率恢复到正常值，解除闭锁。
2.2 一次调频调节幅度不足问题
一次调频设计原理是根据机组实际转速与额定转速偏差值计算出的需要增加或减少的机组理论负荷值，理论负荷值再作用于负荷给定值，实现通过粗略调整机组负荷来稳定电网频率，但是理论负荷值和负荷给定值都是按照机组在额定工况下计算得出的。机组在低负荷时蓄热能力下降，造成一次调频负荷量不足，这也是各电厂普遍存在问题。对此，通过在DEH侧增加机前压力补偿折线函数，设置压力补偿系数，区分单阀/多阀、负荷上行和下行不同工况，分别整定求取合理数值，确保在低负荷低汽压工况下高调门适当过开，以满足一次调频的电量要求。
2.3 其他方面的优化
2.3.1 DCS逻辑块序号影响
首先进行逻辑的筛查工作，在一次调频相关逻辑页中发现逻辑块序号先后顺序不统一，逻辑块的顺序决定着DCS在计算中时序的先后，逻辑块必须按照先后顺序进行从小到大的排列，只有这样才能保证DCS以最快的速度进行计算，所以首先需要对逻辑块的顺序进行修改。
2.3.2 DCS扫描周期影响
在DCS系统中每张逻辑页都配有单独的扫描周期，扫描周期的长短也能决定DCS在计算过程中所用的时长，一次调频所需的动作时间理论上应尽量快速计算，将与一次调频相关的逻辑页扫描周期全部由200 ms修改为50 ms，这样可以使DCS尽可能的快速计算，达到减少动作延迟的目的。
2.3.3 优化DEH一次调频
通过人工设定的方式，限制机组的上下限区域，以保证机组运行过程中负荷在上下限处，系统调频时超出限定。优化方案如下：（1）优化系统中一次调频逻辑的滞后模块。（2）调整系统的调频函数，从而保证与系统的运行负荷快速线性响应频率一致。（3）调整一次调频输出负荷增益，确保其与典型额定工况下的系统压力流量在同一水平。通过对系统的调整，以优化后的系统进行了一次相同的试验，当转速阶跃性变化升降在±14r/min时，其负荷变化响应时间在3s之内；此时的功率最大变化值为28MW，使到达峰值的时间为18s。所获得的结果与Q/GDW669—2011《火力发电机组一次调频试验导则》相关要求基本吻合。
3 AGC存在问题及优化
3.1 汽机主控存在问题及解决方案
汽机主控原有逻辑设计在变负荷时叠加了负荷的双重前馈作用，且作用量较大，在机组变负荷初期，过大的前馈作用导致机组实际负荷快速超调，后又被汽机主控比例调节作用迅速拉回形成波动，影响了机组在变负荷初期动作的稳定性。
逻辑检查发现，原有负荷基准量对应的调门开度前馈以及负荷微分量对应的调门开度前馈，是导致变负荷初期机组实际负荷快速超调并回调的根本原因，针对汽机主控前馈部分进行了逻辑修改，删除负荷基准量对应的调门开度前馈以及负荷微分量对应的调门开度前馈。新加入变负荷阶段判断逻辑，用变负荷阶段触发固定分量（±2.5MW），将作用量叠加至汽机主控PID调节器入口，作为负荷快速响应的超前调节手段，逻辑修改后解决了以上问题。
3.2 锅炉主控存在的问题及解决方案
原有锅炉主控设计了过多的前馈条件，存在冗余，且锅炉主控的PID参数较强，加之机组经过低氮燃烧改造后锅炉本身存在很大的滞后性，经常导致变负荷过程中燃料超调量太大，不仅经济性受到影响，还使得烟气氧量和炉膛负压波动剧烈，存在很大的安全隐患。
针对锅炉主控PID参数过强问题，重新对参数进行了整定，降低了因动态下PID参数调节过快带来的过调影响。对原有锅炉主控前馈部分进行了修改，修正了机组负荷对应锅炉主控的前馈函数，使其在负荷增减时不至于超调过大。增加了中调指令、实际负荷指令对于锅炉主控的前馈，使其在变负荷阶段可以保证提前加入足够的煤量，以应对锅炉响应滞后的特性。
3.3 燃料主控存在的问题、解决方案
原有燃料主控PID调节器参数较弱，跟踪线性不好。机前压力微分对燃料主控PID调节器的前馈作用较弱，在机组稳态下受锅炉吹灰、一次调频动作等因素影响，造成压力波动调节作用很小。
优化原有燃料主控PID调节器参数，使其快速跟踪锅炉主控指令的变化。并对机前压力微分作用于燃料主控PID调节器的增益系数进行了放大，在机前发生压力微小变化之初提前动作加减燃料。
3.4 送风量控制及氧量校正问题、解决方案
送风调节系统中总风量的计算由主汽流量经过函数折算而成，在负荷变化期间因主汽流量变化较为迟缓，导致风量加减也较为迟缓，缺少变负荷时对应的前馈量，在变负荷期间总是体现出风量动作较慢，跟不上煤粉加减的速度，氧量波动较大。氧量PID调节器调节参数较弱，燃烧发生变化时未能及时调节风量。
送风控制新加入负荷微分的前馈作用，在负荷发生变化的初期风和煤同时动作，保证炉膛内氧量充足。增加燃料主控微分的前馈作用，在给粉机启停瞬间，适当加减风量，保证氧量的基本稳定。氧量PID调节器作用较弱，在烟气氧量发生变化时调节迟缓，重新整定氧量PID调节器参数，使其能加快调节速度。
3.5 炉膛负压调节系统
炉膛负压控制系统PID调节器作用比较强，在负压测量数据小幅抖动时，PID调节器的比例作用也会使得输出在小范围内抖动，无形中增加了设备在系统稳态下的机械疲劳，长时间的机械疲劳可能会使设备的寿命缩短。
在炉膛负压测量中适当加入滤波功能，使其在小范围内的抖动趋势减缓，并对炉膛负压控制系统PID调节器的参数重新进行了整定，减弱比例作用，抑制其在机组稳态下的抖动情况。
4 结语
在日常电网运作中，火电机组的一次调频控制功能必须满足能够实现稳定控制方面的要求，目前看某些机组控制系统某些参数（例如不等率、频差函数等）没有正确设置，很难获得理想的调节效果。再加上和机组AGC功能没有有效协调，造成负荷响应不足、速率慢，很难持续性实施，造成一次调频控制功能无法满足要求，造成机组一次调频功能无法充分发挥作用，对于确保电网频率稳定性具有严重影响。所以对火电机组一次调频分析具有重要意义。
参考文献：
[1]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.