9E燃机一次调频测试存在的问题及优化

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇9E燃机一次调频测试存在的问题及优化范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘 要：通过对9e燃机电厂一次调频在线测试逻辑的研究，发现其存在的不足并进行优化。通过试验，改进后的逻辑完全能满足电网公司对电厂一次调频测试的要求。

关键词：9E 燃机；联合循环；一次调频测试

引言

随着国家对电网安全越来越重视，电网公司对电厂涉网部分也提出了更高的要求。对于一次调频功能，电厂不仅需要全程投入，而且还需满足电网对一次调频功能进行在线测试的要求。由于燃机控制系统属于国外垄断技术，国内电厂对燃机控制原理掌握不够深入，导致在按电网规定设置一次调频在线测试逻辑时存在问题，从而影响电网公司获取燃机一次调频能力数据的准确性。

为了解决这个问题，公司组织技术力量进行攻关，在江苏方天电力技术有限公司工程师的协助下，对燃机一次调频的响应原理，控制实现方法等进行深入研究，从而找到了能真实反映燃机对于电网公司进行一次调频能力测试数据的方法，解决了燃机一次调频在线测试数据与真实数据存在偏差的问题。

1 9E燃机负荷控制的原理

某电厂9E燃机由南京汽轮（电机）集团公司成套供货，燃机控制系统采用MK VIe系统，DCS系统由GE新华控制公司供货，也采用MK VIe系统，整个控制系统一体化工作由GE新华控制公司负责，燃机TCS控制组态由GE公司提供，DEH控制组态由GE新华控制公司完成，DCS控制组态及AGC、一次调频组态工作由西安热工院完成，整体调试工作由华电电力科学研究院完成。

一次调频逻辑在DCS侧组态，通过DCS发送给燃机的负荷指令，控制燃机升降负荷，来实现联合循环机组的一次调频功能。通过研究燃机侧的负荷控制逻辑（见图1）发现这种方式不能真正反映9E燃机一次调频的特性，燃机的负荷控制模式是采用一种有差控制模式，它的控制模式具有以下特点：

燃机的转速/负荷控制信号TNR是用百分数表示的燃机转速/负荷指令。机组的控制范围正常是95%～107%。在启动期间，当启动信号获得（L83PRES1），这个指令预先设定到100.3%。当同步到电网后，TNR变为负荷指令，典型的值变化范围是从100%～104%对应于功率输出从0%～100%，即转速不等率为4%。

燃机控制回路采用有差调速器响应去帮助维持电网在一个恒定的频率。通常，一个低于电网的频率表示功率的输出能力低于电网的负荷指令。相反，如果电网频率高于正常值，则表示供给电网的功率输出能力超出负荷指令。有差控制反向成比例改变这些电站的功率输出去控制电网频率到正常值。如果电网频率低于燃机当前旋转产生的频率，机组将发出指令增加功率输出。如果电网频率增加高于当前旋转的频率，机组将发出指令减少它的功率输出。

对于一个极限的频率变化，机组的有差控制调速器的典型响应会引起机组负荷输出100%的变化。9E燃机标准的有差控制配置应用4%的有差响应。这意味这燃机负荷输出改变100%会引起电网频率4%的改变。换句话说，改变燃机25%的输出引起电网频率1%的改变（或机组轴转速1%的改变，因为电网频率与机组转速是成比率变化）。

有差控制是一个内部转速控制回路，外部是功率控制回路。这个内部转速回路是一个正向比例控制，它的任务是确保机组转速TNH匹配参考转速指令TNRL。这个外部功率回路表示这个有差调速器通过建立一个转速偏置作为机组功率输出的一种功能。当机组转速保持与电网一致，机组燃料消耗和功率输出的TNRL参考转速指令等于机组转速TNH。将机组功率输出DWATT转换为正比于转速为量程值的DWDROOP是用于定义有差调速器每百分数电网频率改变对应于功率量的输出响应。

但通过对该控制回路的研究，发现它存在一个缺点，即燃机在投入AGC、协调控制或在预选负荷模式下由于有差控制回路的存在具有一次调频的特性，即电网频率发生波动，燃机会迅速改变功率输出，但即使频率偏差一直保持，由于负荷控制回路的存在，它会调节燃机输出功率回到设定点，即最终输出功率回到频率出现偏差的初始阶段。

2 原一次调频测试逻辑及其不足

目前9E燃机普遍在DCS中设置的一次调频逻辑及一次调频远方测试逻辑（图2）由于未能实际改变燃机控制逻辑中有差控制回路的转速反馈信号TNH，所以不能真实反映燃机有差控制回路对于电网实际频率变化的一次调频特性。因此可以说目前的DCS一次调频逻辑仅起到了在整个负荷指令中增加了一次调频负荷分量的功能，该功能解决了燃机有差控制回路中对于一次调频响应中存在的负荷拉回的缺点，但不能真实反映燃机一次调频的特点。

3 改进后的一次调频测试逻辑

因此如果需要真正反映燃机的一次调频特性及满足电网公司对于一次调频测试的要求，试验产生的一次调频分量必须转换成对应的转速变化分量并同时改变燃机有差控制回路中的TNH，经分析原设计的整个控制回路方案见图3，由于该方案中限于对TCS控制理念理解不透彻，仅采用一次调频分量叠加到dwref上的方式，使得一次调频测试数据受到TCS控制逻辑中P模块增减速率的限制而失去真实性，而且将TCS中的变化速率放得过大又会严重影响燃机负荷调节的稳定性。

修改后的方案见图4，由于燃机本身具有一次调频特性，因此保留了DCS侧增加一次调频功率分量的功能，而针对原方案中测试回路未能真实反映燃机一次调频的特性，在新的方案中将一次调频测试的分量直接改变TNR的值来达到间接改变TNH值的目的（因为TNRL是由TNR与TNH比较产生的，TNR是燃机采用有差控制的转速/负荷参考指令。考虑到TNH使用范围较广，直接修改TNH有可能导致一些不可预测的因素，因此用改变TNR的方式更为妥当），确保采用该方案测得的一次调频测试数据可以准确反映燃机在进行一次调频负荷修正后应对电网频率发生波动的真实一次调频特性。

由于该方案仅是修改了一次调频测试的逻辑，使得测试的情况能真实反映燃机本身的一次调频特性，而对整个机组的调速特性没有改变，因此也就不会改变机组调速建模的参数。

4 对改进后的一次调频测试逻辑进行功能测试

根据确定的方案对DCS和燃机相关控制逻辑进行修改，后利用燃机并网运行的机会，与方天公司合作对两台燃机改动后的一次调频测试回路进行现场一次调频分量变负荷试验。经过参数调整及优化后，一次调频测试数据已能反映9E燃机的真实调频性能，且测试数据优于电网公司对燃机一次调频的标准，相关测试曲线如下，见图5-图8。

5 结束语

该优化方案经测试后完全能满足电网公司对电厂一次调频测试的要求。同时将原燃机转速功率回路中为满足一次调频测试试验而放大的负荷变化速率参数TNKR1（4）适当减小，确保了燃机功率控制的稳定性。

作者简介：张浩良（1973-），男，江苏省苏州市人，工作单位：江苏华电吴江热电有限公司，职务：生技部主任助理兼热控专工，研究方向：热工控制。