国产超临界机组一次调频系统的研究与改进

摘要：电网中用电设备负荷、发电机组功率的变动以及线路开关的合闸跳闸都会对电网频率产生扰动，而且这种扰动随时都会发生。当发生扰动后，在电网调频系统的调节作用下，电网供电频率应稳定地保持在国家规定的范围内。

通常，发电机组的一次调频系统所具备的功能为：当电网频率出现波动时运用锅炉、汽机蓄热以和机组旋转备用容量以较快速度响应电网频率的改变，消除电网内发电机组与负荷需求间的误差，以保障电网频率的稳定。

关键字：超临界；调频；响应速度；频率稳定

Domestic supercritical unit a frequency modulation system research and improvement

Abstract：The power of electric equipment load， power generation unit power changes and line switch of switching trip will produce the power system frequency disturbance， and the disturbance could occur at any time. When there is a disturbance， in power grid frequency modulation system to adjust action， the power supply frequency should be steady at within the scope of the provisions of the state.

Usually， the generating set of primary frequency control system has the functions for： when the grid frequency when the volatility using boiler， turbine thermal storage unit with and spinning reserve capacity in a rapid speed response power grid frequency change， eliminate the power network generating set and load demand of the error between， in order to guarantee the stability of the power system frequency.

Key words：supercritical；frequency adjustment；Response speed；Frequency stability

1 机组一次调频系统分析

在现代电力系统中，电网频率的波动值是衡量电力系统供电质量的两大重要指标之一[1]。我国规定电网的供电频率的额定值为50Hz，频率的允许波动范围为±0.2Hz （对于额定转速为3000r/min的发电机组，即允许转速偏差为±12r/min），对于小容量系统可放宽到±0.5Hz （即允许转速偏差为±30r/min）。

电力系统中发电机的输入功率Pm与输出功率Pe数值上的不相等是其出现频率波动的直接原因。

某电厂2×350MW超临界空冷供热机组所选用的发电机为哈尔滨电机厂有限责任公司研制的QFSN-350型三相、二极、隐极式同步汽轮发电机，其机组所用发电机的极对数为1，额定转速为3000r/min，亦即其额定频率为50Hz。

1.1机组一次调频的主要过程

某电厂2×350MW超临界空冷供热机组一次调频原理图如图1-1所示：

由上图1-1可知，当机组进入负荷操作方式且机组达到最小负荷后，转速设定值为额定转速nNOM，故此时延时转速设定值nSV=3000r/min，机组实际转速测量值为nT，二者相减，可得到转速偏差信号ΔNT，该偏差经函数块转换后得到频差信号Δf，频差信号经一次调频特性运算后，即得到了相应的负荷调整量。当电网频率升高时，产生负的频差（Δf

2 机组DEH系统的分析

数字电液控制系统（DEH）的主要任务就是通过控制主蒸汽阀门的开度TM来调节汽轮机的转速，使汽轮机保持等转速运行，稳定发电机的功率输出。在讨论汽轮发电机组的转速控制时，通常将汽轮发电机轴系看成是一个整体旋转的刚体[3]。

本机组数字电液控制系统（DEH）仿真模型图如图2-1所示：

如图2-1中所示：n为发电机转速（n/min）；PE为发电机电磁功率（MW）；P1为汽轮机调节级压力（MPa）；Tsm为执行机构时间常数（s）；TM为调门开度（%）。

图2-1中的控制结构图由以下三部分组成：负荷控制部分（Speed control）、超速保护部分（OPC）和执行部分（Servo motor）。

图2-1中的各个参数的设置值由下表2-1所示：

3 机组DEH系统的计算机仿真

基于上图2-1中的机组数字电液控制系（DEH）仿真模型图，本章拟利用MATLAB软件中的SIMLINK计算模块，搭建后的机组数字电液控制系（DEH）的仿真模块图如下图3-1所示：

基于SIMULINK仿真软件，将整定后得出的ePID控制器参数与表2-1中的传递函数参数输入至图3-1所示的计算机仿真模块中进行计算机仿真计算[4]。

经过调整，得出ePID控制器的参数为：

即ePID控制器的模型为：

经计算机仿真运行后，其结果由图4-6给出：

由图3-2可知，当发电机转速n的设置定值为3000（n/min），功率设定值PEL为350（MW）时，经过计算机仿真，汽轮机调门开度TM（%）的均值为84.6%，其阀位状态值的变化率为0.07%，符合机组运行要求。

4 本章小结

本章主要介绍了电力系统频率波动的原因，并基于归一法优化构建了发电机的数学模型以及机组的一次调频策略，对某电厂2×350MW超临界空冷供热机组的DEH控制系统的结构及功能进行了较为详细的分析。

本章中使用了MATLAB软件中的SIMULINK工具箱建立了机组实际运行过程中所选用的详细的系统组态，对机组在正常运行状态下的阀门开度TM （%）的情况进行仿真计算，得出的仿真结果符合机组实际运行的要求。

参考文献：

[1]高永安等.浅析210MW汽轮发电机的进相运行[J].水利电力机械，2007，10

[2]尹啸.发电机组AGC及一次调频的研究与应用[D].济南，山东大学，2006

[3]张红梅.胜利发电厂汽轮机数字电液控制系统的设计[D].杭州，浙江大学，2005

[4]马玲等.云南电网水火电AGC机组协调优化控制策略研究[J].南方电网技术，2009

作者简介：

刘旭东（1984-），男，汉族，内蒙古呼和浩特人，主要研究方向为自动化。