丁宗绪
(大唐临清热电有限公司，山东 临清 252600)
摘要：现阶段，国内火电机组一次调频性能一般都正常投入使用。但是其性能还存在无法完全适应电网需求的情况，对机组整体调控系统稳定高效作业也会产生一定影响。文章对火电机组如何实现一次调频功能及其优化方法展开了研究。
关键词：火电厂；一次调频；稳定性
1 机组一次调频特性
电网频率会由于电网用户负荷波动实时调整，同时是电网作业的核心监测参数之一。包含三方面：低频区—每日结合用户作息及生活规律调整，通过机组按照评估供应负荷，实现各发电机组负荷的合理配置；高频区—是因为用电负荷过低随机波动形成，通过AGC功能二次调频实现；同时，因为机组或用电量大的客户跳闸，电网频率迅速波动，且范围明显，变化时长在10s-3min，这需要线上机组负荷可以在适当区间做到迅速调节，从而填补线上负荷空缺，以确保电网频率平稳，上述即为一次调频功能需要实现的目标。
一次调频功能作为汽轮机组并网作业的基础条件，意即电网负荷波动造成其频率改变后，机组在内部调整机制下适当提高或降低其功率，这样就可以约束和改变电网频率。一次调频特性指的是静止时汽轮机和转速的关系，二者组成的曲线包括上行、下行两种，不是绝对线性的。如果静止状态下，电网频率在非灵敏区域波动，相应地负荷也是随之变化的。
因为电网频率和时间的关系是随机的，各个频率对应着各自幅值，汽轮机调控系统的反馈情况也有所不同，这是因为其组成及负荷调控机制有差异，2个机组尽管静态属性一致，但其对相同幅值等的功率适应性也不完全一样，此即为一次调频的动态属性各异。
一般调控系统具备的一次调频动态属性如下：一是纯转速调控系统。电网周波减小需要提高机组负荷时，导致高调门动态增至一个相对高的范围，再调整到符合功率的稳定范围，借助高压缸内富余的蒸汽产生的功率弥补中、低压缸功率提高造成的缓滞，从而保证机组整体功率达到非再热机组要求。二是功频系统。若电网周波骤降，需提高功率，此时高压调节阀在初始阶段提高开度至平时的2倍，然后由功率提高逐渐降至一般数值，从而减小中、低压缸的功率滞后损失，强化再热机组的一次调频性能。三是准恒功率系统。此系统通常用于带基础负荷的机组，周期相对长的周波调整，功率一般没有变化，高频时一次调频为主体，反馈的是纯转速系统特点，如此可在充分借助锅炉蓄热的同时实现一次调频，防止锅炉环境波动太大，确保机组基于这样的经济负荷可实现持续作业。
2 火电厂一次调频对机组稳定性分析
2.1 调控系统简介
2.1.1 稳定性概念
稳定性系统由于外部环境影响，打破平衡后，其内部可以避免波动，从而令输出数值和预期接近。这一点是系统不可忽视的一个属性，是保障正常运转的前提，不稳定的系统难以高效运转。所以每个自动化调控系统都要确保稳定，此为最基础的条件。
2.1.2 DEB 协调控制系统
现阶段我国常用的火力发电机组是300MW汽包锅炉机组，其调控系统作为核心部件，设计规划是否全面关系到整个机组的平稳运转及高效经济性。DEB（Direct Energy Balance直接能量平衡）方式协调控制属于现阶段大家较多选取且调控实效相对显著的一种设计方案。在该方案中，锅炉蓄热系数属于一个核心指标，这一数值的精准计算是确保调控质量及负荷反馈速度的重中之重。
DEB协调控制系统能够通过能量需求信号实现对送入锅炉内能量的综合调控，这一模式的前提是基于任意条件都能确保输送至锅炉的能量与汽轮机自身需求相适应。最具代表性的平衡系统即为DEB400（美国）。 该系统直接借助动态校正实现对锅炉负荷的指令，在国内，已经有多个电厂应用这个方案到协调控制系统的设计中。 借助相应参数能获取锅炉和汽机之间的函数，从而形成一个负荷和主汽压力针对汽机及燃料输出的方程。将方程和DEB、锅炉基本等不同的机炉协调控制方式组合建立闭环调控回路，进而实现现场模拟。在此过程可以借助调整各个参数和工作条件实现对整体品质的调控，总结归纳有助于机组实际运转的经验建议。
2.2一次调频对机组燃烧系统的作用
应用“CCS+DEH”模式，机组一次调频反馈更为灵敏，如果电网频率大于设定的动作盲区，气门工作速率加快，负荷波动更为显著，可以实现电网对负荷的需求。然而如果是燃料自动输入模式，因为气门操作导致燃料及压力波动，可能使燃料有显著变化。若处于微分环节作用则更大，更严重时可能由于燃烧不稳定而暂停动作，非但无法辅助频率调控还可能带来故障，不利于电网安全，还会造成一定损失。考虑到一次调频功能是为了实现机组对电网短时间内的负荷需求，所以只要借助锅炉汽包的蓄热性能，保证燃料在一次调频动作时维持稳定或约束其波动速度，进而维持稳定燃烧，保障机组整体顺畅运行。
2.2.1 一次调频动作时燃料保持
第一步借助一次调频负荷补偿函数提供的负荷量评估机组有没有到达实际运转阶段，通过此信号把燃烧器转到继续或追踪操作，持续一定时长再恢复运行。为确保燃烧器运转如常，持续周期的长短通常结合汽轮机调控汽门高强度操作的周期，如果其操作对于燃料没有产生显著作用，就能继续照常工作。因为考虑到版块计算时长、次序等，可能会导致一次调频操作签燃烧量无法保障，为最大限度避免燃料受影响，可适当提高速率约束。
2.2.2 燃料回路强化燃料量指令的速率约束
因为不同电厂选取的机炉调控模式各异，能够在负责燃料前馈负荷的命令下提高速率约束，也可能直接在燃烧器出口进行此操作。约束速率的范畴不仅要确保燃烧器在可控范围内没有出现信号卡顿，同时可以确保一次调频操作进行时燃烧不受影响。
2.2.3 各子系统硬性要求切手动条件修改
设计调控系统时通常可能存在误差较大、执行器位置有误差等情况，须确保在质量有问题或执行器运行卡顿时，硬性转至手动操作模式，从而提升系统及机械的安全性能。然而处于一次调频时，因为汽轮机控制汽门速率极快，可能出现主汽压力瞬时变化幅度过大，汽包水位也会因为水位不稳等有明显波动，送风、燃烧及炉膛压力等参数因为燃料自身变化而出现较大误差，为确保上述机组照常作业，可考虑合理降低切手动误差，从而实现这一状态下的正常操作。
2.2.4 一次调频动作范围设置
为确保调控系统照常作业及燃烧效率，一次调频应规定负荷上下阈值，不在此规定范围内的操作，不执行指令。若一次调频指令操作，机组负荷会大于额定数值，会不利于汽轮机作业；如果比负荷最低值还小，锅炉作业稳定性会受影响，特别是燃煤机组通常把负荷下限设置成其最低稳燃负荷。燃煤锅炉的效率不仅和煤质、送风等有关，还受机组负荷影响，各个锅炉均会有其对应煤种的稳燃负荷下限值，若小于此值，因为炉膛温度下降、风粉含量减少，会导致锅炉灭火。因为一次调频要求机组反馈的范畴越宽泛越好，然后其对于机组燃烧、汽包水位等参数调控会导致很大干扰，为确保机组稳定高效作业，对它的操作范畴加以约束。当中，负荷上限即为机组额定负荷，下限即为系统最低稳燃负荷。此外，为确保一次调频在整个参数范围内指令执行准确，可在上下限值的附近各自规定一个闭锁减（增）区域。
2.3 一次调频对调控系统稳定性的作用
DEH一次调频功能使用后，若存在频差，其数值直接附加在DEH的给定阀位上，借助调整汽轮机调门令机组有功功率快速随电网频率波动做出反馈。然而若这种情况下调控系统开始发挥作用，其负荷既定数值尚未调整但是机组出现了有功功率波动，则此时调控回路便会发出与一次调频作用相反的一条命令，可在适当程度上屏蔽一次调频的作用，且对于协调控制系统就等同提高了外部干扰动量，很可能造成其内部振荡，进而减小调控系统整体平稳性。为保障一次调频实现预期最理想的结果，应当将其指标参数调入调控系统的既定负荷回路，也就是“CCS+DEH”调控模式，提高CCS侧的机组负荷指令频率校正控制回路逻辑，这样可以降低一次调频使用后对机组整体稳定性产生的作用，确保其高效经济运转。
3 结论
文章研究了机组调控系统在不同作业条件下的反馈机制及强化整体作业安全性、有效性的方法，争取将对机组的扰动减至最低，强化其稳定高效性的同时，给相似机组一次调频功能的设计、组态、调试、成功运用提供参考。
参考文献
[1]张秋生. 大型火电机组一次调频参数的设置及其对协调控制系统稳定性的影响[J]. 河北电力技术, 2004, 23(005):9-11.
[2]业跃鸿. 火电厂一次调频功能的研究与应用[D]. 华北电力大学, 2011.