为提高电能质量及电网频率控制水平，保证电 网及发电机组的安全稳定运行，《华北电网发电机 组一次调频运行管理规定》^[1]要求所有并入电网运 行的水电、火电、燃气机组都必须具备并投入一次 调频功能，且调频功能应满足各项指标的要求^{[1, 2]}。 机组参与一次调频的核心任务是当电网频率突然 变化的时候，在保证设备安全的前提下，发电机组 应在短时间内对机组负荷自动进行调整以满足电 网的要求。

转速死区是指机组运行在额定转速附近时调 节系统对转速变化的不灵敏区。在电网频率变化较小时，为了提高机组的运行稳定性，机组电调系 统中均设置了转速死区。转速死区过大会减少机 组参与一次调频的动作次数、影响调频性能的发 挥，火电机组一次调频的转速死区应≤2 r/min^{[1, 2]}。

响应时间即机组参与一次调频时的负荷响应 滞后时间。为保证一次调频的快速性，火电机组一 次调频响应时间应≤3 s。

为了保证机组在新负荷点附近能尽快保持稳 定运行，机组参与一次调频后的稳定时间不能过 长，发电机组一次调频的稳定时间应≤60 s。燃煤 机组达到75%目标负荷的时间应≤15 s，达到90% 目标负荷的时间应≤30 s^[1]。

速度变动率又叫转速不等率，是指机组单机运 行时，汽轮机从满负荷状态到空负荷过渡过程中转 速的增加值与额定转速之比^[1]。速度变动率对汽轮 机运行有较大的影响，速度变动率过小时调节系统 的表现过于灵敏，机组稳定性差，电网频率发生较 小的变化便可引起机组负荷的较大变动；反之，速 度变动率大则调节系统工作较稳定，但机组一次调 频能力差。火力发电机组速度变动率一般为4%～ 5%^{[2, 3]}。

对于容量≥500 MW的火电机组，一次调频负 荷调整幅度应不小于机组额定容量的±6%^{[3, 4, 5, 6]}。

内蒙古岱海发电有限责任公司一期工程2台 600 MW机组的一次调频功能均按照《华北电网发 电机组一次调频运行管理规定》的要求进行了设计 及投运，调频控制方式由DEH与CCS共同完成。

DEH侧将汽轮机转速与额定转速之差（函数） 叠加在汽轮机调速汽阀流量指令处，直接作用于调 速汽阀，补偿的调频功率定值不经过速率限制。 DEH侧的“转速差—功率百分数”函数曲线是由点 （-152，-6%），（-11，-6%），（-2，0%），（2，0%），（11， 6%）及点（152，6%）构成的折线。此函数的输入参 数为额定转速与实际转速之差，输出值为汽轮机组 额定功率百分数，转速死区设置为±2 r/min，功率百 分数输出限值设置为±6%。

CCS侧设计了频率校正回路进行补偿调整，调 频功率百分数校正信号叠加至通过负荷及负荷变 化速率限制之后的负荷指令上形成了实际的负荷 指令，保证机组的负荷调整幅度能够满足电网的要 求。CCS侧的“频率—功率百分数”函数曲线是由点 （0，6％），（49.817，6％），（49.967，0），（50.033，0）， （50.183，-6%）及点（55，-6%）构成的折线。此函数 的输入参数为机组的频率，输出值为额定功率百分 数校正信号，频率死区设置为±0.033 Hz，额定功率 百分数输出限值设置为±6%。

内蒙古岱海发电有限责任公司机组投入一次 调频功能后，运行中发现存在以下问题：

从电网调度中心记录的该公司机组一次调频 动作数据及现场核对情况来看，机组一次调频明显 存在动作滞后且频率信号不对应的问题。

CCS侧调频控制采用频率变送器输出的4～20 mA交流信号进行频差计算，测量范围为45~55 Hz， 精度等级±0.5%，仪表允许误差为0.05 Hz，即±3 r/ min，频率变送器精度低、死区大、稳定性较差；而 DEH侧采用汽轮机转速信号进行频差计算，灵敏度 较高。若转速变化信号超出死区而频率信号并未 超出死区，则会出现CCS反调情况，影响一次调频的 动作^[7]。

统一CCS侧与DEH侧的测量信号源，将DEH侧 经转速偏差函数计算后的调频功率信号直接输出 至CCS，避免信号不统一造成CCS反调，缩短调频响 应时间，提高动作精度。

在电网一次调频大幅度动作（汽轮机转速突然 变化且转速偏差＞3 r/min）时，一次调频引起的负荷 变化方向、幅度及响应时间均能满足电网一次调频 管理规定的要求，但通过连续跟踪观察，发现当频 率或转速信号在小范围内变化（偏差2～3 r/min）， 或从小偏差向大偏差变化的过程较慢时，即使频率 变化超出了死区、汽轮机调节阀也有明显变化，但 机组负荷变化量却很小，常因电网调度中心监测不 到而受到考核。

（1） 与单阀运行方式相比，顺序阀方式下由于一次调频产生的负荷指令变化非常迅速，单阀动作 与各调节阀同时动作对流量的影响存在很大差异。

（2） 为了减小节流损失，滑压运行方式下调节 阀开度较大，汽轮机调阀快速响应时的流量变化不 显著，会降低一次调频的调节作用。

（3） CCS调频校正信号叠加在汽轮机主控PID 入口偏差处，当AGC投入后，机组一次调频动作如 果与AGC动作发生冲突（负荷调节方向相反），其作 用基本会因AGC的动作而抵消（机组投入BLR调节 方式时反调现象尤为明显）^{[7, 8]}。

（1） 通过现场试验，确定及修正顺序阀方式下 一次调频动作曲线，提高不同工况下阀开度变化与 一次调频预设功能的匹配度。

（2） 增设主汽压力修正逻辑（利用额定压力与 机前压力之比对一次调频功能进行补偿修正），修 正后的一次调频指令叠加至汽轮机阀位指令中，以 保证机组在不同工况下一次调频的动作效果。

（3） 设置过死区阶跃函数（函数取值情况见表 1）。为了能快速响应一次调频，阶跃函数在超出死 区0.01 r/min处增加了拐点，设置了阶跃函数；另外， 将CCS频率校正信号分别叠加至实际负荷指令及汽 轮机主控PID前馈指令上，使其能够更加快速地响 应一次调频变化。优化后机组的一次调频逻辑见 图 1。

表 1(Table 1)

表 1 频差函数取值

表 1 频差函数取值

图 1(Figure 1)

图 1 优化后一次调频逻辑

经过上述优化改进后，机组一次调频动作情况 虽然得到根本改善，动作率接近100%，但存在调节 阀过重叠区时大幅摆动、EH油管路剧烈振动等问 题，甚至发生高压油管接头松动渗油情况，给机组安全运行带来了隐患。

（1） 图 2为机组顺序阀运行方式时阀门开度曲 线。从图 2中可以看出，顺序阀方式下，调阀特性曲 线斜率较大处为重叠区，此区域内综合阀位指令变 化较小而阀开度变化较大。因DEH侧的一次调频 控制中直接将调频分量叠加在综合阀位指令上，电 网频差信号经常在死区范围内波动，如果正好落入 重叠区，就会导致阀大幅动作、甚至油管路剧烈振动。

图 2(Figure 2)

图 2 顺序阀运行阀门开度曲线

（2） 频率校正信号设置了过死区阶跃函数，但 频差信号在死区范围内频繁波动时也会造成阀摆 动。

（1） 增加综合流量指令修正函数，减小阀切换 区的调节作用，使调节系统在各阀开度曲线斜率较 大处不会过度参与一次调频。

（2） 增加一次调频动作/复位条件，设置0.2 r/ min的死区范围，转速差在±2 r/min以上时调频指令 动作，在±1.8 r/min时延时复位。

（3） 机组在通过阀重叠区时，运行人员可利用 调整压力偏置等手段，尽量避开或快速通过切换 点，降低阀重叠区域一次调频动作造成的影响^[9]。

图 3为优化后机组一次调频动作响应曲线。从 图 3中可以看出，机组一次调频能力明显提高，一次 调频动作后汽轮机调速汽阀能够立即响应，机组负 荷调整迅速并能逐渐趋于稳定，响应滞后时间小于1s，调整幅度亦能够达到标准要求；经计算，转速不 等率约为4.928%，符合规定要求。另外，优化后调节过程中主汽压力也比较稳定，调速系统故障情况明显减少。

图 3(Figure 3)

图 3 一次调频动作响应曲线

通过对内蒙古岱海发电有限责任公司机组的 一次调频功能进行优化改进，在满足电网对发电机 组各项调频要求的同时，提高了机组本身的安全性 和稳定性。在机组以后的运行过程中，还应继续强 化一次调频监督工作，定期对运行数据进行分析与 总结，并在机组检修后进行相应的性能测试试验和 参数调整工作，在兼顾安全性的情况下继续提高机 组一次调频响应能力，保持一次调频功能的长期、 可靠投入。