隨著特高壓輸電及風電、太陽能等新能源建設的快速發(fā)展，區(qū)域電網結構變得也越來越復雜，電網的安全穩(wěn)定運行技術要求也越來越高。

眾所周知，風電與太陽能等新能源發(fā)電的可預測性相對較差，且風力發(fā)電的高峰負荷大多出現(xiàn)在用電量的波谷處，同時新能源發(fā)電的可控性也相對較差，一次調頻貢獻能力有限，對電網的調整來說，風電并網負荷越高，電網調節(jié)越難。

如何在保證電網快速發(fā)展的同時，保證電網頻率、電壓等技術指標，也將會成為一個重要的技術難題。

在電網實際運行中，當電量消耗與電量供給不匹配時，即可引起電網頻率出現(xiàn)變化較小、變動周期較短的微小分量，這種頻率擾動主要

靠汽輪發(fā)電機組本身的調節(jié)系統(tǒng)直接自動調整汽輪機調門完成電網負荷補償，修正電網頻率的波動，這個過程即為發(fā)電機組的一次調頻。

發(fā)電機組汽輪機電液控制系統(tǒng)即 DEH 系統(tǒng)中一次調頻功能通常是將汽輪機轉速與額定轉速的差值直接轉化為功率信號補償或流量補償， 控制結構原理圖如圖 1 所示。

在我國電網額定頻率為 50Hz，汽輪機額定轉速為 3000rpm，額定頻率與實際頻率差值（有時額定轉速與汽輪機實際轉速的差值代替頻率差值）經函數(shù)變換后生成一次調頻補償因子，一次調頻功能投入， 直接與功率或流量信號疊加，控制汽輪機的調門開度，一次調頻切除時，調頻補償因子系數(shù)為零，不參與系統(tǒng)控制。

發(fā)電機組的一次調頻指標主要包括：不等率、調頻死區(qū)、快速性、補償幅度、穩(wěn)定時間等。不同區(qū)域的電網公司對各個技術指標要求也不盡相同。下面以國家電網公司 2011 年下發(fā)的《火力發(fā)電機組一次調頻試驗導則》 中的具體要求為例，說明各個技術指標的具體要求。

1）轉速不等率：

火電機組轉速不等率應為4％～5％，該技術指標不計算調頻死區(qū)影響部分。該指標一般作為邏輯組態(tài)參考應用，機組

實際不等率需根據一次調頻實際動作進行動態(tài)計算。

2） 調頻死區(qū)：

機組參與一次調頻死區(qū)應不大于|±0.033| Hz 或|±2| r/min。

3）快速性：

機組參與一次調頻的響應時間應小于 3s。燃煤機組達到 75％目標負荷的時間應不大于 15s，達到 90％目標負荷的時間應不大于30s。對于高壓油電液調節(jié)機組響應時間一般在1-2s。電網頻率波動越頻，該技術指標月重要。

4）穩(wěn)定時間：

機組參與一次調頻的穩(wěn)定時間應小于 1min。該技術指標對于發(fā)電機組及電網穩(wěn)定運行都十分重要。

5）補償幅度，

機組參與一次調頻的調頻負荷變化幅度不應設置下限；一次調頻的調頻負荷變化幅度上限可以加以限制，但限制幅度不應過小，規(guī)定如下：

a) 250MW＞Po 的火電機組，限制幅度≥10％Po；

b) 350MW≥Po≥250MW 的火電機組，限制幅度≥8％ Po；

c) 500MW≥Po＞350MW 的火電機組，限制幅度≥7％ Po；

d) Po＞500MW 的火電機組，限制幅度≥6％Po。

另外，額定負荷運行的機組，應參與一次調頻，增負荷方向最大調頻負荷增量幅度不小于 5％Po。

一次調頻的性能指標直接影響發(fā)電機組的涉網調頻貢獻能力，對電網的穩(wěn)定運行起到十分重要的作用。

但在機組實際運行過程中，由于運行工況、現(xiàn)場設備等原因，機組一次調頻功能往往受到較大影響，下面簡單列舉一下，常見的一次調頻存在問題。

個別機組在一次調頻試驗時，負荷響應大于技術要求的 3s 開始動作，有的甚至長達 5-10s開始響應調頻指令，這類機組一次調頻的性能對電網調頻一般起不到正常的補償作用，反而可能引起反向補償。

由于現(xiàn)在機組 DCS 和 DEH 系統(tǒng)的運行周期為 ms 級運算，一次調頻指令產生的延時一般可以忽略不計，整個控制系統(tǒng)的延遲主要由信

號的傳遞通道延遲或現(xiàn)場執(zhí)行機構的物理延遲引起。

如因信號傳遞通道引起，一般修改應在DEH 設備廠家的同意情況下，指導進行修改調整；如因現(xiàn)場執(zhí)行機構的物理延遲則需要同其他專業(yè)協(xié)調解決。

投入條件設置不恰當，如某 330MW 機組，目的實現(xiàn)一次調頻在 180MW---330MW 區(qū)間投入 ， 調 頻 補 償 負 荷 額 定 設 置 為-26.4MW---+26.4MW，超出范圍自動退出一次調頻功能，組態(tài)設置如圖 2 所示。

該投入范圍功能塊邏輯組態(tài)，利用 ALM 功能塊，當輸入機組負荷超出設定高低限時，輸出值為 0，一次調頻投入條件自動切除調頻投入，保 證 了 機 組 生 產 過 程 中 負 荷 超 出180MW---330MW 區(qū)間一次調頻自動退出，但是在兩個限幅點左右，如在 183MW 負荷點，機組一次調頻減 4MW 負荷時，機組負荷小于180MW，調頻退出瞬間，機組負荷指令又增大，機組升負荷大于 180MW，調頻又投入，調頻指令起作用，機組又減負荷，如此反復，出現(xiàn)一次調頻頻繁投入退出。類似于此類組態(tài)設置的調頻投入方式，在限幅點往往會引起機組負荷頻繁晃動，影響機組安全運行。

在機組運行過程中，無論何種工況，為了保證大電網的頻率穩(wěn)定性， 一次調頻應優(yōu)先動作。

目前，機組投入 AGC 運行的越來越多，尤其” R”模式下，負荷指令變化比較快，一次調頻動作時，如果負荷指令沒有一次調頻優(yōu)先動作方案設計應用，則會出現(xiàn)負荷指令和一次調頻指令正向疊加或反向削弱。

正向疊加即一次調頻指令增負荷時機組負荷指令恰好也是升負荷（或一次調頻指令和機組負荷指令都是減負荷指令），這種情況，相當于增大了一次調頻指令，機組負荷調整幅度也大。

而出現(xiàn)反向削弱的情況則是一次調頻指令與機組負荷指令相反，這樣勢必削弱機組一次調頻性能。

機組出于保證運行參數(shù)（主蒸汽溫度、壓力）穩(wěn)定的考慮，協(xié)調控制采用了 TF 的運行模式（所謂 TF 模式，即機跟爐的調節(jié)模式， DCS系統(tǒng)通過改變汽機調門的開度來調節(jié)主汽壓力，以確保壓力穩(wěn)定，調門開度主要決定于主汽壓力）。

以 TF 模式運行的機組，汽機調門在一次調頻動作過程中同時承擔著調節(jié)功率和調節(jié)主汽壓力的責任，難以同時實現(xiàn)兩個控制目標，功率調節(jié)的時間非常短暫，對電網的調節(jié)貢獻電量非常有限。

另外機組抽氣供熱時，由于需要保證抽氣參數(shù)，機組負荷可調度區(qū)間減小，機組負荷調整能力有所減弱，因此，機組一次調頻也會受到相應的影響。

大部分機組運行時汽機采用順序閥的閥位控制模式。處于功率調節(jié)狀態(tài)的閥組，在開度20%-60%之間是線性行程，開度在此范圍之外均

為非線性行程。

當系統(tǒng)發(fā)生頻率擾動時，如果汽機處于閥門切換過程或閥位行程模擬不準確，都會影響機組一次調頻效果。

目前大部分機組在協(xié)調控制方式下運行，在一次調頻動態(tài)調整過程中，鍋爐主控會自動調整燃料完成蒸汽壓力變化的補償，而如果入爐煤質較差，鍋爐的動態(tài)調整過程勢必增長，影響機組穩(wěn)定，尤其對于直流鍋爐表現(xiàn)更明顯。

各個輔機設備正常運行出力，是整個機組良好運行的基礎?，F(xiàn)在電網要求發(fā)電機組全程進行一次調頻投入運行，尤其強調在額定負荷處， 要求有負荷上調 5%出力的能力。

對于增容機組來說，一般對主機系統(tǒng)進行技術改進，但往往忽略對于輔機出力的改進，因此在高負荷階段輔機的設備狀態(tài)往往對機組整體性能有著較大的影響。

目前，多個區(qū)域已經進行一次調頻實際動作擾動合格率考核，由于機組一次調頻實際動作量比較小，因此在系統(tǒng)計算時，小的偏差對計算結果影響也比較明顯，提高一次調頻的數(shù)據精度是提高機組一次調頻合格率的有效途徑之一。

一是機組數(shù)據本身采集精度，如機組轉速、 負荷功率、蒸汽壓力等；

二是數(shù)據遠傳至調度考核系統(tǒng)過程中的數(shù)據偏差處理，在實際生產過程中，由于 AGC 的考核實施較早，大多該系統(tǒng)的數(shù)據進行的了兩側校核修正，而對于PMU 上傳數(shù)據則重視程度還不夠。

目前大部分發(fā)電機組的一次調頻設計采用DEH+DCS聯(lián)合調頻控制方案，利用DEH側調頻指令直接疊加到機組閥門控制指令上，實現(xiàn)一

次調頻動作的快速性，保證電網頻率波動時，發(fā)電機組可以快速增減出力，補償電網調頻所需負荷；利用DCS側控制方案保證機組一次調頻補償幅度，二者相互配合，提升機組的一次調頻性能。

DEH 側一次調頻功能對負荷的修正直接疊加到流量指令上，即根據調節(jié)量直接開大或關小調門，調整汽輪機的進汽量，快速穩(wěn)定電網

頻率。功率回路投入時，負荷設定值同時增加一次調頻指令，在提高機組一次調頻快速動作的同時保證負荷不出現(xiàn)反調現(xiàn)象。

協(xié)調投入方式下， DCS 切除汽機主控回路時，一次調頻功能由 DEH 實現(xiàn)。 DCS 投入汽機主控回路時，一次調頻指令疊加到負荷設定值上（未直接添加到去 DEH 的流量指令上），提高機組一次調頻的精確性及穩(wěn)定性。

一次調頻是發(fā)電機組重要涉網性能之一，也是電網穩(wěn)定運行的重要技術手段，其實現(xiàn)主要依靠每臺發(fā)電機組的調頻能力的疊加，在保證機組安全運行的前提下，有效提升發(fā)電機組一次調頻性能必將成為網源協(xié)調發(fā)展的一個重要技術課題。