孙建平，邢志斌

（华北电力大学，河北 保定 071003）

0 引言

一次调频是当电网频率发生变化，改变所带机组负荷与外界相平衡，还尽力减少电网频率的变化过程[2]。整个过程是调节电网频率的稳定。目前一次调频策略，都仅仅依据汽轮机实际转速，经过转速-调频量这一静态函数运算得出的当前调频量来修正汽轮机调门控制指令或者机组指令[1]。虽然汽机转速能够比较准确的反应电网实际频率，但与电网实际频率存在偏差，采用汽轮机转速进行一次调频会降低一次调频的质量。而且，汽轮机转速受转速测量装置的限制还会出现转速测量不准确，这也会对一次调频产生不利影响。所以，直接采用电网实际频率作为功率指令进行一次调频，将会在很大程度上改善传统做法的不足，迎合国家政策的需要，提高一次调频的品质。

1 一次调频控制原理

该原理是将频率校正信号作为功率指令输入到PID控制器的设定值端，去控制汽轮机的高压调节阀，保证机组实际负荷与校正后指令相等[4]。这样做能够保证电网频率或者机组转速的偏差与负荷变化成一定关系[5]。在机组正常运行的情况下，保证频率或转速的偏差产生同样幅度和速率的负荷变化[4]。该方案也存在缺点，必须在系统功率回路投入的情况下一次调频才能发挥作用；而当系统功率回路切除时，则一次调频功能也被禁止投运。因为经过PID控制器，而导致一次调频功能的响应迟延[5]。该控制原理图虽然把频率设定值和频率实际值作为功率指令进行一次调频，而该频率并不是电网实际频率而是汽机转速。本文提出直接采用电网实际频率作为一次调频功率指令。该控制原理图，如图1。

图1 一次调频原理图Fig.1 Schematic diagram of 1 FM

2 提高一次调频精度原理

火电机组汽轮机转速一般是通过安装在汽轮机轴上的磁阻式传感器进行测量，汽轮机转动时磁阻式传感器会产生幅度和频率都随转速在变化的交变正弦波，然后通过模拟电路将交变正弦波整形成方波，再利用单片机等器件测量该方波的频率就可以得到转速[2]。目前， 我国标准仪器类仪器的精确度等级标准有: 0.005、0.02、0.05、0.1、0.2级[3]。火电机组转速变送器精确度等级普遍为0.2级，在3000r/min的转速下，转速的绝对误差为±6 r/min[2]。也就是说±6 r/min以下的转速是不可信的，相当于0.1Hz，而一次调频的调节死区为2r/min，相当于0.033Hz，由此可见采用电网实际频率进行一次调频比汽轮机转速进行一次调频精度至少能提高3倍。其次，仪表的精确度等级只有在规定的技术条件下才能达到，它受到测量仪表本身的性能、测量方法、测量环境、诸方面的影响[5]，汽轮机转速测量装置工作在高温高压的环境中，必然会对测量结果产生不利的影响，而进一步降低一次调频的质量。

3 仿真验证

本文取某电网一小时的实际频率和某并网电厂一小时汽机转速数据进行MATLAB仿真，比较出传统方法存在的不足和新方法的优势。首先仿真某并网电厂汽轮机实际转速，如图2。

图2 DCS系统9:00-10:00转速趋势Fig.2 9:00-10:00 speed trend of DCS system

鉴于目前国内一般火电机组都采用汽轮机转速作为一次调频功率指令的现状，为比较汽机转速与电网实际频率的偏差，我利用MATLAB进行仿真比较，仿真结果如图3。

由图3可以看出采用汽轮机转速计算频率和电网实际频率总体趋势很相近，但是存在偏差，所以，汽机转速不能准确地代表电网侧频率的变化。为更加清楚的看出二者存在的偏差量，利用MATLAB软件将二者做差，进一步观察偏差量。如图4。

图3 9:00-10:00转速计算频率与电网实际频率比较Fig.3 9:00-10:00 speed frequency compared with the frequency of power systems

图4 9:00-10:00转速计算频率与电网实际频率偏差Fig.4 9:00-10:00 speed calculation of frequency and power systems frequency deviation

图5 9:00-9:30转速计算一次调频功率贡献量与频率计算一次调频功率贡献量Fig.5 9:00-9:30 speed calculation contribution amount and frequency power frequency modulation FM power contribution

图6 9:30-10:00转速计算一次调频功率贡献量与频率计算一次调频功率贡献量Fig.6 9:30-10:00 speed calculation contribution amount and frequency power frequency modulation FM power contribution

图7 9:00-10:00转速计算一次调频负荷量与频率计算一次调频负荷量偏差Fig.7 9:00-10:00 speed calculation of primary frequency regulation of primary frequency control load load and frequency calculation errors

由图4能看出汽机转速计算频率与电网实际频率偏差最高可达0.07Hz以上，也就是传统方法目标值与真实目标值偏差达0.07Hz。该偏差会对一次调频功能产生严重影响。计算出两种功率指令存在的偏差后，通过MATLAB仿真程序进行仿真。比较采用电网频率进行一次调频的优势。本文随机选取了电网中调1小时的数据，为了能清楚的看出两种调节方法在调节上存在的差异，将9点到10点1h时间分成9:00-9:30和9:30-10:00 2个时间跨度分别仿真，图5中最后一幅图代表开关量， 1代表一次调频应动作，0代表一次调频不应动作。仿真结果如图5。

由图5看到9:00-9:30半小时内，传统方法明显误动作2次，明显提前动作5次，明显滞后动作2次，一共动作16次，误动作率达12.5%，动作不合格率达56.25%。图6是另外半小时一次调频效果比较。

由图6看到9:30-10:00半小时内，传统方法一次调频明显误动作3次，明显提前动作1次，没有明显滞后动作。一共动作11次，误动作率达27.3%，动作不合格率达36.4%。1h平均误动作率达18.5%，动作不合格率达48.1%。所以，采用电网频率作为功率指令进行一次调频提高了一次调频的动作的正确率和精度。下面将两种方法对功率贡献量进行做差比较,见图7。

从图7可以看到转速计算一次调频负荷量偏差能够达4MW。该数据取自额定功率为200MW的机组，可以看出传统方法对功率贡献量偏差率可达2%。

4 结束语

本文对传统一次调频方法进行了分析和总结，概述了传统方法存在的不足以及新方法的优势。结合以上仿真结果，可以得出，采用电网实际频率进行一次调频提高了一次调频动作的正确率和精度，改善了一次调频质量。

[1]李卓霖.大型火电机组一次调频控制策略的优化[J].发电设备,2011,02:131-133.

[2]陈凯.基于等精度测频技术的汽轮机全范围转速测量[J].自动化仪表,2012,07:59-62.

[3]王继山.测量仪器的精确度等级介绍[J].技术物理教学,2005,01:23-24.

[4]戴义平, 赵婷.发电机组参与一次调频的特性研究[J] .中国电力,2006 ,39(11):37-41 .

[5]邢红涛,董新慧,高志存,等.电力系统一次调频理论及其在某300MW机组的试验研究[J].河北电力技术,2007,01:41-44.