9E燃機一次調頻測試存在的問題及優化

摘 要：通過對9E燃機電廠一次調頻在線測試邏輯的研究，發現其存在的不足并進行優化。通過試驗，改進后的邏輯完全能滿足電網公司對電廠一次調頻測試的要求。

關鍵詞：9E 燃機；聯合循環；一次調頻測試

引言

隨著國家對電網安全越來越重視，電網公司對電廠涉網部分也提出了更高的要求。對于一次調頻功能，電廠不僅需要全程投入，而且還需滿足電網對一次調頻功能進行在線測試的要求。由于燃機控制系統屬于國外壟斷技術，國內電廠對燃機控制原理掌握不夠深入，導致在按電網規定設置一次調頻在線測試邏輯時存在問題，從而影響電網公司獲取燃機一次調頻能力數據的準確性。

為了解決這個問題，公司組織技術力量進行攻關，在江蘇方天電力技術有限公司工程師的協助下，對燃機一次調頻的響應原理，控制實現方法等進行深入研究，從而找到了能真實反映燃機對于電網公司進行一次調頻能力測試數據的方法，解決了燃機一次調頻在線測試數據與真實數據存在偏差的問題。

1 9E燃機負荷控制的原理

某電廠9E燃機由南京汽輪（電機）集團公司成套供貨，燃機控制系統采用MK VIe系統，DCS系統由GE新華控制公司供貨，也采用MK VIe系統，整個控制系統一體化工作由GE新華控制公司負責，燃機TCS控制組態由GE公司提供，DEH控制組態由GE新華控制公司完成，DCS控制組態及AGC、一次調頻組態工作由西安熱工院完成，整體調試工作由華電電力科學研究院完成。

一次調頻邏輯在DCS側組態，通過DCS發送給燃機的負荷指令，控制燃機升降負荷，來實現聯合循環機組的一次調頻功能。通過研究燃機側的負荷控制邏輯（見圖1）發現這種方式不能真正反映9E燃機一次調頻的特性，燃機的負荷控制模式是采用一種有差控制模式，它的控制模式具有以下特點：

燃機的轉速/負荷控制信號TNR是用百分數表示的燃機轉速/負荷指令。機組的控制范圍正常是95%～107%。在啟動期間，當啟動信號獲得（L83PRES1），這個指令預先設定到100.3%。當同步到電網后，TNR變為負荷指令，典型的值變化范圍是從100%～104%對應于功率輸出從0%～100%，即轉速不等率為4%。

燃機控制回路采用有差調速器響應去幫助維持電網在一個恒定的頻率。通常，一個低于電網的頻率表示功率的輸出能力低于電網的負荷指令。相反，如果電網頻率高于正常值，則表示供給電網的功率輸出能力超出負荷指令。有差控制反向成比例改變這些電站的功率輸出去控制電網頻率到正常值。如果電網頻率低于燃機當前旋轉產生的頻率，機組將發出指令增加功率輸出。如果電網頻率增加高于當前旋轉的頻率，機組將發出指令減少它的功率輸出。

對于一個極限的頻率變化，機組的有差控制調速器的典型響應會引起機組負荷輸出100%的變化。9E燃機標準的有差控制配置應用4%的有差響應。這意味這燃機負荷輸出改變100%會引起電網頻率4%的改變。換句話說，改變燃機25%的輸出引起電網頻率1%的改變（或機組軸轉速1%的改變，因為電網頻率與機組轉速是成比率變化）。

有差控制是一個內部轉速控制回路，外部是功率控制回路。這個內部轉速回路是一個正向比例控制，它的任務是確保機組轉速TNH匹配參考轉速指令TNRL。這個外部功率回路表示這個有差調速器通過建立一個轉速偏置作為機組功率輸出的一種功能。當機組轉速保持與電網一致，機組燃料消耗和功率輸出的TNRL參考轉速指令等于機組轉速TNH。將機組功率輸出DWATT轉換為正比于轉速為量程值的DWDROOP是用于定義有差調速器每百分數電網頻率改變對應于功率量的輸出響應。

但通過對該控制回路的研究，發現它存在一個缺點，即燃機在投入AGC、協調控制或在預選負荷模式下由于有差控制回路的存在具有一次調頻的特性，即電網頻率發生波動，燃機會迅速改變功率輸出，但即使頻率偏差一直保持，由于負荷控制回路的存在，它會調節燃機輸出功率回到設定點，即最終輸出功率回到頻率出現偏差的初始階段。

2 原一次調頻測試邏輯及其不足

目前9E燃機普遍在DCS中設置的一次調頻邏輯及一次調頻遠方測試邏輯（圖2）由于未能實際改變燃機控制邏輯中有差控制回路的轉速反饋信號TNH，所以不能真實反映燃機有差控制回路對于電網實際頻率變化的一次調頻特性。因此可以說目前的DCS一次調頻邏輯僅起到了在整個負荷指令中增加了一次調頻負荷分量的功能，該功能解決了燃機有差控制回路中對于一次調頻響應中存在的負荷拉回的缺點，但不能真實反映燃機一次調頻的特點。

3 改進后的一次調頻測試邏輯

因此如果需要真正反映燃機的一次調頻特性及滿足電網公司對于一次調頻測試的要求，試驗產生的一次調頻分量必須轉換成對應的轉速變化分量并同時改變燃機有差控制回路中的TNH，經分析原設計的整個控制回路方案見圖3，由于該方案中限于對TCS控制理念理解不透徹，僅采用一次調頻分量疊加到dwref上的方式，使得一次調頻測試數據受到TCS控制邏輯中P模塊增減速率的限制而失去真實性，而且將TCS中的變化速率放得過大又會嚴重影響燃機負荷調節的穩定性。

修改后的方案見圖4，由于燃機本身具有一次調頻特性，因此保留了DCS側增加一次調頻功率分量的功能，而針對原方案中測試回路未能真實反映燃機一次調頻的特性，在新的方案中將一次調頻測試的分量直接改變TNR的值來達到間接改變TNH值的目的（因為TNRL是由TNR與TNH比較產生的，TNR是燃機采用有差控制的轉速/負荷參考指令?？紤]到TNH使用范圍較廣，直接修改TNH有可能導致一些不可預測的因素，因此用改變TNR的方式更為妥當），確保采用該方案測得的一次調頻測試數據可以準確反映燃機在進行一次調頻負荷修正后應對電網頻率發生波動的真實一次調頻特性。

由于該方案僅是修改了一次調頻測試的邏輯，使得測試的情況能真實反映燃機本身的一次調頻特性，而對整個機組的調速特性沒有改變，因此也就不會改變機組調速建模的參數。

4 對改進后的一次調頻測試邏輯進行功能測試

根據確定的方案對DCS和燃機相關控制邏輯進行修改，后利用燃機并網運行的機會，與方天公司合作對兩臺燃機改動后的一次調頻測試回路進行現場一次調頻分量變負荷試驗。經過參數調整及優化后，一次調頻測試數據已能反映9E燃機的真實調頻性能，且測試數據優于電網公司對燃機一次調頻的標準，相關測試曲線如下，見圖5-圖8。

5 結束語

該優化方案經測試后完全能滿足電網公司對電廠一次調頻測試的要求。同時將原燃機轉速功率回路中為滿足一次調頻測試試驗而放大的負荷變化速率參數TNKR1（4）適當減小，確保了燃機功率控制的穩定性。

作者簡介：張浩良（1973-），男，江蘇省蘇州市人，工作單位：江蘇華電吳江熱電有限公司，職務：生技部主任助理兼熱控專工，研究方向：熱工控制。