孫建平，邢志斌

（華北電力大學，河北 保定 071003）

0 引言

一次調頻是當電網(wǎng)頻率發(fā)生變化，改變所帶機組負荷與外界相平衡，還盡力減少電網(wǎng)頻率的變化過程[2]。整個過程是調節(jié)電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。目前一次調頻策略，都僅僅依據(jù)汽輪機實際轉速，經(jīng)過轉速-調頻量這一靜態(tài)函數(shù)運算得出的當前調頻量來修正汽輪機調門控制指令或者機組指令[1]。雖然汽機轉速能夠比較準確的反應電網(wǎng)實際頻率，但與電網(wǎng)實際頻率存在偏差，采用汽輪機轉速進行一次調頻會降低一次調頻的質量。而且，汽輪機轉速受轉速測量裝置的限制還會出現(xiàn)轉速測量不準確，這也會對一次調頻產生不利影響。所以，直接采用電網(wǎng)實際頻率作為功率指令進行一次調頻，將會在很大程度上改善傳統(tǒng)做法的不足，迎合國家政策的需要，提高一次調頻的品質。

1 一次調頻控制原理

該原理是將頻率校正信號作為功率指令輸入到PID控制器的設定值端，去控制汽輪機的高壓調節(jié)閥，保證機組實際負荷與校正后指令相等[4]。這樣做能夠保證電網(wǎng)頻率或者機組轉速的偏差與負荷變化成一定關系[5]。在機組正常運行的情況下，保證頻率或轉速的偏差產生同樣幅度和速率的負荷變化[4]。該方案也存在缺點，必須在系統(tǒng)功率回路投入的情況下一次調頻才能發(fā)揮作用；而當系統(tǒng)功率回路切除時，則一次調頻功能也被禁止投運。因為經(jīng)過PID控制器，而導致一次調頻功能的響應遲延[5]。該控制原理圖雖然把頻率設定值和頻率實際值作為功率指令進行一次調頻，而該頻率并不是電網(wǎng)實際頻率而是汽機轉速。本文提出直接采用電網(wǎng)實際頻率作為一次調頻功率指令。該控制原理圖，如圖1。

圖1 一次調頻原理圖Fig.1 Schematic diagram of 1 FM

2 提高一次調頻精度原理

火電機組汽輪機轉速一般是通過安裝在汽輪機軸上的磁阻式傳感器進行測量，汽輪機轉動時磁阻式傳感器會產生幅度和頻率都隨轉速在變化的交變正弦波，然后通過模擬電路將交變正弦波整形成方波，再利用單片機等器件測量該方波的頻率就可以得到轉速[2]。目前， 我國標準儀器類儀器的精確度等級標準有: 0.005、0.02、0.05、0.1、0.2級[3]?；痣姍C組轉速變送器精確度等級普遍為0.2級，在3000r/min的轉速下，轉速的絕對誤差為±6 r/min[2]。也就是說±6 r/min以下的轉速是不可信的，相當于0.1Hz，而一次調頻的調節(jié)死區(qū)為2r/min，相當于0.033Hz，由此可見采用電網(wǎng)實際頻率進行一次調頻比汽輪機轉速進行一次調頻精度至少能提高3倍。其次，儀表的精確度等級只有在規(guī)定的技術條件下才能達到，它受到測量儀表本身的性能、測量方法、測量環(huán)境、諸方面的影響[5]，汽輪機轉速測量裝置工作在高溫高壓的環(huán)境中，必然會對測量結果產生不利的影響，而進一步降低一次調頻的質量。

3 仿真驗證

本文取某電網(wǎng)一小時的實際頻率和某并網(wǎng)電廠一小時汽機轉速數(shù)據(jù)進行MATLAB仿真，比較出傳統(tǒng)方法存在的不足和新方法的優(yōu)勢。首先仿真某并網(wǎng)電廠汽輪機實際轉速，如圖2。

圖2 DCS系統(tǒng)9:00-10:00轉速趨勢Fig.2 9:00-10:00 speed trend of DCS system

鑒于目前國內一般火電機組都采用汽輪機轉速作為一次調頻功率指令的現(xiàn)狀，為比較汽機轉速與電網(wǎng)實際頻率的偏差，我利用MATLAB進行仿真比較，仿真結果如圖3。

由圖3可以看出采用汽輪機轉速計算頻率和電網(wǎng)實際頻率總體趨勢很相近，但是存在偏差，所以，汽機轉速不能準確地代表電網(wǎng)側頻率的變化。為更加清楚的看出二者存在的偏差量，利用MATLAB軟件將二者做差，進一步觀察偏差量。如圖4。

圖3 9:00-10:00轉速計算頻率與電網(wǎng)實際頻率比較Fig.3 9:00-10:00 speed frequency compared with the frequency of power systems

圖4 9:00-10:00轉速計算頻率與電網(wǎng)實際頻率偏差Fig.4 9:00-10:00 speed calculation of frequency and power systems frequency deviation

圖5 9:00-9:30轉速計算一次調頻功率貢獻量與頻率計算一次調頻功率貢獻量Fig.5 9:00-9:30 speed calculation contribution amount and frequency power frequency modulation FM power contribution

圖6 9:30-10:00轉速計算一次調頻功率貢獻量與頻率計算一次調頻功率貢獻量Fig.6 9:30-10:00 speed calculation contribution amount and frequency power frequency modulation FM power contribution

圖7 9:00-10:00轉速計算一次調頻負荷量與頻率計算一次調頻負荷量偏差Fig.7 9:00-10:00 speed calculation of primary frequency regulation of primary frequency control load load and frequency calculation errors

由圖4能看出汽機轉速計算頻率與電網(wǎng)實際頻率偏差最高可達0.07Hz以上，也就是傳統(tǒng)方法目標值與真實目標值偏差達0.07Hz。該偏差會對一次調頻功能產生嚴重影響。計算出兩種功率指令存在的偏差后，通過MATLAB仿真程序進行仿真。比較采用電網(wǎng)頻率進行一次調頻的優(yōu)勢。本文隨機選取了電網(wǎng)中調1小時的數(shù)據(jù)，為了能清楚的看出兩種調節(jié)方法在調節(jié)上存在的差異，將9點到10點1h時間分成9:00-9:30和9:30-10:00 2個時間跨度分別仿真，圖5中最后一幅圖代表開關量， 1代表一次調頻應動作，0代表一次調頻不應動作。仿真結果如圖5。

由圖5看到9:00-9:30半小時內，傳統(tǒng)方法明顯誤動作2次，明顯提前動作5次，明顯滯后動作2次，一共動作16次，誤動作率達12.5%，動作不合格率達56.25%。圖6是另外半小時一次調頻效果比較。

由圖6看到9:30-10:00半小時內，傳統(tǒng)方法一次調頻明顯誤動作3次，明顯提前動作1次，沒有明顯滯后動作。一共動作11次，誤動作率達27.3%，動作不合格率達36.4%。1h平均誤動作率達18.5%，動作不合格率達48.1%。所以，采用電網(wǎng)頻率作為功率指令進行一次調頻提高了一次調頻的動作的正確率和精度。下面將兩種方法對功率貢獻量進行做差比較,見圖7。

從圖7可以看到轉速計算一次調頻負荷量偏差能夠達4MW。該數(shù)據(jù)取自額定功率為200MW的機組，可以看出傳統(tǒng)方法對功率貢獻量偏差率可達2%。

4 結束語

本文對傳統(tǒng)一次調頻方法進行了分析和總結，概述了傳統(tǒng)方法存在的不足以及新方法的優(yōu)勢。結合以上仿真結果，可以得出，采用電網(wǎng)實際頻率進行一次調頻提高了一次調頻動作的正確率和精度，改善了一次調頻質量。

[1]李卓霖.大型火電機組一次調頻控制策略的優(yōu)化[J].發(fā)電設備,2011,02:131-133.

[2]陳凱.基于等精度測頻技術的汽輪機全范圍轉速測量[J].自動化儀表,2012,07:59-62.

[3]王繼山.測量儀器的精確度等級介紹[J].技術物理教學,2005,01:23-24.

[4]戴義平, 趙婷.發(fā)電機組參與一次調頻的特性研究[J] .中國電力,2006 ,39(11):37-41 .

[5]邢紅濤,董新慧,高志存,等.電力系統(tǒng)一次調頻理論及其在某300MW機組的試驗研究[J].河北電力技術,2007,01:41-44.