火電廠XXX機(jī)組一次調(diào)頻控制優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

1、 火電廠XXX機(jī)組一次調(diào)頻控制優(yōu)化設(shè)計(jì)及應(yīng)用摘 要 針對(duì)以上存在的問題，本文以某廠300MW火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)為原型，首先闡述了火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻相關(guān)基礎(chǔ)理論和技術(shù)，繼而建立火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制模型，研究分析了影響一次調(diào)頻性能的各種因素，在此基礎(chǔ)上綜合分析了目前國內(nèi)火力發(fā)電廠各種一次調(diào)頻方案，提出了DEH+DCS一次調(diào)頻方式。最后，在大量運(yùn)行數(shù)據(jù)分析支持下，對(duì)一次調(diào)頻系統(tǒng)進(jìn)行以下優(yōu)化設(shè)計(jì)：采用DEH+CCS一次調(diào)頻方式；取消一次調(diào)頻人為切投按鈕；DEH 在轉(zhuǎn)速控制方式或主汽壓力控制方式時(shí)一次調(diào)頻不投入關(guān)鍵詞: 一次調(diào)頻、CCS+DEH、PID、優(yōu)化設(shè)計(jì)、擾動(dòng)試驗(yàn) Abstract

2、Thermal power generating units of primary frequency modulation function can decrease rapidly due to various reasons caused by the frequency fluctuation of power system, improve power system anti-interference ability and the quality of electric energy, improve power can quality and safety operation l

3、evel plays a pivotal role in. In order to ensure the safe and stable operation of power grid and thermal power generating units, the relevant provisions of the electric power industry requirements of power grid in grid a FM, and the primary frequency modulation function is perfect as the important c

4、ontent of the unit safety evaluation.At present, a FM system in domestic thermal power generating units mainly has the following problems:primary frequency action, the control system can not be stable, large disturbance on the combustion system and main steam pressure, affect the safe operation of a

5、 business unit, FM investment enthusiasm is not high;primary frequency action will produce a large number of unqualified power, affecting the unit production efficiency;the set of primary frequency modulation system with artificial cut - throw button can not meet the requirements of the power grid o

6、n primary frequency regulation; a slow frequency modulation action is slow, the index does not meet the requirements of the power grid; In view of the existence of the above problems, this paper in a 300 MW thermal power generating units, a FM system as the prototype. Firstly, the paper introduces t

7、he thermal power generating units, a FM related basic theory and technology, then set up thermal power unit primary frequency control model, research and analysis of the effect of a frequency modulation of the various factors, on the basis of comprehensive analysis of the current domestic coal-fired

8、 power plants is a frequency modulation scheme. DEH+DCS primary frequency modulation mode is presented. Finally, under the support of a large number of operational data analysis, the following optimization design of primary frequency modulation system is carried out: using DEH+CCS primary frequency

9、modulation mode;to cancel a frequency modulation of the human cut to vote button, set the automatic cutting;DEH in the speed control mode or the main steam pressure control mode, to avoid affecting the stability of unit operation, a frequency input; automatically limit the primary frequency, load, l

10、oad exceeds the set range of a FM release, reduce the consumption of qualified; the adjustment of primary frequency control system logic block execution order, the primary frequency of fast action, stable operation parameter;to adjust the PID parameter of the control system, the unit PID quick adjus

11、tment, stable and accurate; Finally, on this basis, the optimization of primary frequency control system were to 180MW load near several representative disturbance test points of test and comprehensive analysis of the test data that optimized DEH+CCS primary frequency modulation scheme is safe and m

12、eets the requirements of unit primary frequency modulation function for power.Keywords:Primary frequency modulation, CCS+DEH, PID, optimization design, disturbance test目錄1 緒論11.1研究意義與背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 本文研究目的和研究內(nèi)容31.3.1 研究目的31.3.2 研究內(nèi)容31.4 本章小結(jié)42 火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻原理52.1 電網(wǎng)中負(fù)荷的功率頻率特性52.2 發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性62.3 一次調(diào)

13、頻特性曲線82.4 一次調(diào)頻基本指標(biāo)92.4.1 轉(zhuǎn)速不等率9功率補(bǔ)償量92.4.3 遲緩率10調(diào)頻死區(qū)102.4.5 響應(yīng)滯后時(shí)間102.4.6 穩(wěn)定時(shí)間102.5 一次調(diào)頻技術(shù)要求102.6 本章小結(jié)113 火力發(fā)電廠一次調(diào)頻系統(tǒng)組成123.1 一次調(diào)頻系統(tǒng)簡介123.2 信號(hào)采集環(huán)節(jié)133.3 邏輯控制環(huán)節(jié)133.3.1 DCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)側(cè)一次調(diào)頻功能實(shí)現(xiàn)方式133.3.2 DEH側(cè)一次調(diào)頻功能實(shí)現(xiàn)方式13一次調(diào)頻函數(shù)發(fā)生器F（X）參數(shù)設(shè)置133.3.4 PID控制器153.4 執(zhí)行系統(tǒng)環(huán)節(jié)163.4.1 VP卡16電液伺服閥173.4.3 線性位移傳感器(LVDT）183.4.4 油

14、動(dòng)機(jī)193.4.5 EH供油系統(tǒng)203.5 DEH閥門管理程序20汽輪機(jī)閥門控制種類20閥門控制的功能21閥門控制新策略213.6 本章小結(jié)234 一次調(diào)頻方案對(duì)比分析264.1 DEH一次調(diào)頻方案26方案A264.1.2.方案B274.2 DCS側(cè)一次調(diào)頻方案284.2.1.方案A284.2.2. 方案B284.3 一次調(diào)頻運(yùn)行方式294.4 本章小結(jié)305 300MW機(jī)組一次調(diào)頻優(yōu)化315.1 300MW機(jī)組一次調(diào)頻原理圖315.2 300MW機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)優(yōu)化325.3 本章小結(jié)376 一次調(diào)頻系統(tǒng)試驗(yàn)及結(jié)論376.1 試驗(yàn)?zāi)康?76.2 300MW機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)指標(biāo)376.3 技術(shù)

15、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程規(guī)范376.4 試驗(yàn)條件38現(xiàn)場環(huán)境條件386.4.2 試驗(yàn)對(duì)象條件386.5 安全管理措施386.5.1對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)（源）的辨識(shí)和預(yù)控386.5.2 安全措施396.6 試驗(yàn)儀器及人員分工406.6.1試驗(yàn)儀器406.6.2 人員分工406.7 試驗(yàn)方案40負(fù)荷工況的選擇406.7.2 擾動(dòng)量的選擇406.7.3 數(shù)據(jù)采集406.8一次調(diào)頻現(xiàn)場試驗(yàn)步驟416.9 試驗(yàn)分析41第一次擾動(dòng)試驗(yàn)（頻差階躍+0.07Hz）416.9.2 第二次擾動(dòng)試驗(yàn)（網(wǎng)頻階躍+0.1HZ）436.9.3 第三次擾動(dòng)試驗(yàn)（網(wǎng)頻階躍-0.07HZ）446.9.4 第四次擾動(dòng)試驗(yàn)（網(wǎng)頻階躍-0.1HZ）456.1

16、0 試驗(yàn)結(jié)論46致 謝47參考文獻(xiàn)481 緒論1.1研究意義與背景進(jìn)入21世紀(jì)以來，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，尤其是電力負(fù)荷增長速度更快，從而導(dǎo)致非線性和沖擊性負(fù)荷也在繼續(xù)增長，這些擾動(dòng)負(fù)荷對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的供電品質(zhì)也產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響，與此同時(shí)，由于現(xiàn)代高度自動(dòng)化和智能化的工業(yè)越來愈多，其用電設(shè)備也對(duì)供電質(zhì)量提出了更高的要求，在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，其運(yùn)行的特征也賦予了電能質(zhì)量新的內(nèi)涵及意義。整個(gè)電力系統(tǒng)頻率、電力系統(tǒng)諧波、電力系統(tǒng)電壓、電力系統(tǒng)三相平衡以及電壓波動(dòng)與閃變是業(yè)已制定的五項(xiàng)電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)。在整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行以及工業(yè)生產(chǎn)過程，這對(duì)電能質(zhì)量的要求也在不斷的擴(kuò)大和深化，不斷提高電能的質(zhì)量已成為確保供、用

17、電系統(tǒng)安全運(yùn)行的一項(xiàng)最為基本的要求。對(duì)于發(fā)電廠而言，獲得優(yōu)質(zhì)供電也與企業(yè)自身不斷提高競爭力以及電力市場占有率有著密不可分的關(guān)系，同時(shí)涉及到了發(fā)電企業(yè)自身的生存與發(fā)展。其中，頻率作為電能質(zhì)量最重要的控制指標(biāo)之一，對(duì)電網(wǎng)機(jī)組實(shí)施一次調(diào)頻也是發(fā)電廠確保供電質(zhì)量的一項(xiàng)重要手段，電網(wǎng)的外界負(fù)荷變化也會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)自身頻率發(fā)生改變，發(fā)電廠按照電網(wǎng)頻率變化利用汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥改變機(jī)組的進(jìn)汽流量實(shí)現(xiàn)變機(jī)組負(fù)荷的改變，以使其能夠在一定程度上滿足電網(wǎng)負(fù)荷的需要1。在當(dāng)前的很多火力發(fā)電機(jī)組中，采用的一次調(diào)頻功能的作用會(huì)在很大程度上保證電能質(zhì)量，以確保整個(gè)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平。為了更好的確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，需快速找到引

18、起電力系統(tǒng)不穩(wěn)定的因素，以更好的提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。并將一次調(diào)頻作為發(fā)電機(jī)組考核的重要指標(biāo)，直接影響火力發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前，在我國的電網(wǎng)系統(tǒng)中，火力發(fā)電系統(tǒng)機(jī)組的發(fā)電容量已由開始的300MW升級(jí)轉(zhuǎn)變?yōu)?00和1000MW等大容量系統(tǒng)。電力系統(tǒng)中的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)對(duì)于其監(jiān)控能力要求也變得比較高，這對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)的智能控制水平的要求也變得非常重要。一方面，由于電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)本身對(duì)于計(jì)算機(jī)技術(shù)的依賴性也變的越來越強(qiáng)。發(fā)展最為可靠的DCS系統(tǒng)，所采用的熱工控制方法以及復(fù)雜的控制方案都已經(jīng)為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供了一定的基礎(chǔ)。與此同時(shí)，在電力系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了一種信息設(shè)

19、計(jì)理論對(duì)于發(fā)展的大面積電網(wǎng)，已形成一個(gè)非常重要的過程，發(fā)電機(jī)組的本身的協(xié)調(diào)能力對(duì)整個(gè)機(jī)組控制功能也變得越來越重要。另外，隨著當(dāng)前發(fā)電技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的火力發(fā)電單元自身的裝機(jī)容量也變得非常的強(qiáng)大，且對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)中存在的沖擊性負(fù)荷要求變得也越來越高，越來越多的企業(yè)用電設(shè)備對(duì)輸電穩(wěn)定性的要求也變得較高。與此同時(shí)，火力發(fā)電系統(tǒng)中的單機(jī)組用負(fù)荷對(duì)整個(gè)電網(wǎng)本身所產(chǎn)生的沖擊也是非常的大，同時(shí)我國大電網(wǎng)建設(shè)要求的提出，需要將國內(nèi)許多條電網(wǎng)進(jìn)行合并，這樣的方案改進(jìn)，對(duì)于對(duì)各地方電網(wǎng)的電力系統(tǒng)頻率提出了更高的要求，在電力系統(tǒng)中采用一次調(diào)頻功能可以使發(fā)電機(jī)組在整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)本身存在一定的問題時(shí)，能夠充分的利用系

20、統(tǒng)中的鍋爐蓄熱進(jìn)而快速反應(yīng)，改變系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，以在一定程度上彌補(bǔ)電力系統(tǒng)中的負(fù)荷，起到穩(wěn)定電網(wǎng)頻率的作用2。電網(wǎng)頻率穩(wěn)定性主要是由一次調(diào)頻功能對(duì)其進(jìn)行改善的。由于大型智能電網(wǎng)的不斷發(fā)展，也給國內(nèi)的很多區(qū)域電網(wǎng)以及更多的并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組提出了一個(gè)很高的要求。進(jìn)而在一定程度上降低發(fā)電機(jī)組對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)所造成的沖擊。在機(jī)組進(jìn)行調(diào)頻時(shí)，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)主要功能是實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻。工程師按照整個(gè)發(fā)電機(jī)組的設(shè)計(jì)性能對(duì)各項(xiàng)動(dòng)作參數(shù)進(jìn)行不斷的調(diào)整。以確保整個(gè)電力系統(tǒng)一次調(diào)頻能夠正常工作，在整個(gè)機(jī)組成功并網(wǎng)之后，電力系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)能夠?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的往往頻率進(jìn)行自動(dòng)的調(diào)節(jié)2。在當(dāng)前的電路系統(tǒng)中，對(duì)于電網(wǎng)一次調(diào)頻功能，要對(duì)汽輪

21、機(jī)、鍋爐、發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)內(nèi)部之間的關(guān)系產(chǎn)生很大的影響，一次調(diào)頻控制系統(tǒng)，要求其不但能夠快速實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻，還要整體協(xié)調(diào)。汽輪機(jī)快速響應(yīng)外界負(fù)荷、頻率的變化，鍋爐跟隨汽輪機(jī)的進(jìn)行快速響應(yīng)，以保證汽輪機(jī)的工作要求。當(dāng)電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，電源和負(fù)荷功率需要保持在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，當(dāng)電源功率或負(fù)荷發(fā)生故障造成變化時(shí)，當(dāng)功率不足時(shí)，電網(wǎng)系統(tǒng)的固有頻率就會(huì)降低，導(dǎo)致接入電力系統(tǒng)中的負(fù)荷也會(huì)因?yàn)轭l率的下降影響其有功的吸收，同時(shí)，在系統(tǒng)中運(yùn)行的其他同步發(fā)電機(jī)組，也同樣會(huì)依據(jù)其調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性加大其調(diào)門開度，以便于更好的彌補(bǔ)系統(tǒng)中功率的不足3。 隨著當(dāng)前4C技術(shù)的不斷發(fā)展與應(yīng)用，越來越多的汽輪機(jī)都采用了DEH控制系統(tǒng)

22、，使整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式開始由之前的液調(diào)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楫?dāng)前我們所熟悉的DEH純電調(diào)方式，并且能夠確保一次調(diào)頻控制功能通過DCS軟邏輯進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，雖然目前很多的國內(nèi)機(jī)組本身所具有的協(xié)調(diào)控制及其AGC等功能都已有了很大的投入，為一次調(diào)頻提供了基礎(chǔ)，但一次調(diào)頻系統(tǒng)仍然存在不少缺陷，具體如下：（1） 發(fā)電企業(yè)自身受限于理論水平，無法更加細(xì)致的對(duì)一次調(diào)頻功能進(jìn)行研究分析，進(jìn)而導(dǎo)致很多的企業(yè)內(nèi)部制定的一些針對(duì)一次調(diào)頻管理的辦法以及要求，與國家電網(wǎng)本身的實(shí)際需要不相符合，如在整個(gè)的電力系統(tǒng)中，設(shè)置的一次調(diào)頻速率限制比較大、整個(gè)機(jī)組的一次調(diào)頻負(fù)荷補(bǔ)償量比較小，產(chǎn)生的死區(qū)太大，使得機(jī)組本身其無法滿足系統(tǒng)中各項(xiàng)機(jī)組的一次

23、調(diào)頻潛力。（2）一次調(diào)頻動(dòng)作過程中，主汽壓力波動(dòng)比較大，其中最主要的原因是新建機(jī)組在協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)中，沒有注意到一次調(diào)頻動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致機(jī)組的負(fù)荷發(fā)生很大的改變，導(dǎo)致鍋爐燃燒受到影響，這也很容易造成機(jī)組非停。（3）一次調(diào)頻的功能所具有的響應(yīng)速度無法達(dá)到電網(wǎng)本身的要求。（4）一次調(diào)頻功能人為設(shè)置切投按鈕，其中各機(jī)組也過分的關(guān)注本機(jī)組運(yùn)行安全，機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)大經(jīng)常投入這一功能，導(dǎo)致電網(wǎng)頻的率頻繁超限。（5）不合格電量的影響。在文中針對(duì)不合格電量方面的研究，選擇了某發(fā)電企業(yè)的300MW機(jī)組作為本文的主要研究案例，以便于對(duì)整個(gè)電廠實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻、存在的缺陷、改進(jìn)方法，為國內(nèi)一次調(diào)頻系統(tǒng)功能完善提供借鑒。1.3 本

24、文研究目的和研究內(nèi)容1.3.1 研究目的作為汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的基本特性之一一次調(diào)頻，主要是指在電網(wǎng)的頻率發(fā)生改變時(shí)，機(jī)組本身會(huì)在整個(gè)控制系統(tǒng)的作用下自動(dòng)地進(jìn)行增加（電網(wǎng)頻率下降時(shí)）或減小(電網(wǎng)頻率升高時(shí))自身所具有的功率，進(jìn)一步限制電網(wǎng)頻率變化特性。其中一次調(diào)頻功能也是按照調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)門開度，采用機(jī)組的蓄熱實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)電網(wǎng)頻率所產(chǎn)生的變化。目前大機(jī)組基本都是選擇的DEH控制系統(tǒng)對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速以及有功功率的進(jìn)行控制的。在對(duì)一次調(diào)頻參數(shù)及控制邏輯進(jìn)行設(shè)置時(shí)，如果設(shè)置不合理，就會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行，有時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致非計(jì)劃停機(jī)事故。本課題探討影響一次調(diào)頻準(zhǔn)確快速和穩(wěn)定的因素及如何合理設(shè)置一次調(diào)頻參數(shù)、

25、控制邏輯，使其既能滿足電網(wǎng)頻率快速響應(yīng)要求，又能兼顧機(jī)組安全穩(wěn)定性要求,并為解決目前國內(nèi)火電機(jī)組一次調(diào)頻存在的問題提供一定借鑒。1.3.2 研究內(nèi)容本課題選擇某廠600MW火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)為研究對(duì)象，介紹了發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻系統(tǒng)及相關(guān)基礎(chǔ)理論和技術(shù)，結(jié)合一次調(diào)頻系統(tǒng)中所遇到的一些比較實(shí)際的問題，研究并分析當(dāng)前在電力系統(tǒng)中的一次調(diào)頻過程所存在的一些問題以及由于這些問題所產(chǎn)生的一些影響因素，進(jìn)而制定出一定的解決方案，在此基礎(chǔ)上對(duì)一次調(diào)頻控制邏輯及參數(shù)設(shè)置進(jìn)行一系列優(yōu)化改進(jìn)。參考理論與工程的實(shí)際情況,將完成以下工作：（1） 研究火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制系統(tǒng)的背景、發(fā)展現(xiàn)狀。（2）分析火力發(fā)電機(jī)

26、組一次調(diào)頻控制系統(tǒng)基本原理、常用的控制方法，分析影響一次調(diào)頻準(zhǔn)確快速和穩(wěn)定的因素。 (3)對(duì)實(shí)際火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制系統(tǒng)組成以及相關(guān)組成中傳感器進(jìn)行描述和分析。 (4)對(duì)比國內(nèi)外各種主流一次調(diào)頻方案，綜合分析優(yōu)缺點(diǎn)。 (5)針對(duì)某廠600MW機(jī)組一次調(diào)頻存在的問題，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 (6)一次調(diào)頻系統(tǒng)調(diào)試，對(duì)比一次調(diào)頻方案優(yōu)化前后系統(tǒng)控制情況，分析結(jié)果，得出結(jié)論。課題首先，廣泛查閱國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)資料和成果，深入了解火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制系統(tǒng)及方法。其次，認(rèn)真對(duì)實(shí)際一次調(diào)頻過程進(jìn)行觀察和分析，積累相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)。最后，通過對(duì)實(shí)際的一次調(diào)頻系統(tǒng)進(jìn)行分析，探討系統(tǒng)影響因素、方案對(duì)比、參數(shù)優(yōu)化和對(duì)比

27、分析，最終得出結(jié)論。1.4 本章小結(jié)本章主要介紹了火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻控制的背景、國內(nèi)外的發(fā)展情況以及本文的研究目的和主要研究內(nèi)容。 2 火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻原理在火力發(fā)電系統(tǒng)中，針對(duì)火力發(fā)電系統(tǒng)本身采用的一次調(diào)頻特性能夠?qū)ζ啺l(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響，并能夠在電網(wǎng)頻率發(fā)生變化之后，將發(fā)電機(jī)組本身的功率進(jìn)行自動(dòng)地增加（電網(wǎng)頻率下降時(shí)）或減小(電網(wǎng)頻率升高時(shí))，從而導(dǎo)致對(duì)電網(wǎng)的頻率變化。一次調(diào)頻功能是利用調(diào)節(jié)汽輪機(jī)調(diào)門開度，通過機(jī)組的蓄熱對(duì)電網(wǎng)頻率的變化實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)，目前大機(jī)組都是選擇的DEH控制系統(tǒng)來對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速和有功功率進(jìn)行控制4在整個(gè)電力系統(tǒng)中，許多的電機(jī)組在實(shí)施并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，需要要

28、求汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速和整個(gè)電網(wǎng)的頻率保持在同樣的頻率。如果系統(tǒng)的外界用電負(fù)荷產(chǎn)生一定的變化，整個(gè)電網(wǎng)的頻率也會(huì)隨之而變化，對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)中并列運(yùn)行所有機(jī)組也會(huì)自動(dòng)的依據(jù)系統(tǒng)本身的靜態(tài)特性改變自身的負(fù)荷，進(jìn)而改變系統(tǒng)的頻率。其主要是經(jīng)過運(yùn)行人員對(duì)其功率進(jìn)行設(shè)定5。因?yàn)槠啺l(fā)電機(jī)組通常是選的有差調(diào)節(jié)，所以，在一次調(diào)頻中，無法精確地維持電網(wǎng)頻度穩(wěn)定，只可以緩和電網(wǎng)系統(tǒng)頻度變化的程度。當(dāng)電網(wǎng)容量越大時(shí)，其中電網(wǎng)中并列運(yùn)行的機(jī)組數(shù)量就會(huì)越多，且單機(jī)容量也會(huì)越大，電網(wǎng)的特性也會(huì)越平。當(dāng)電負(fù)荷變化時(shí)，分配到每一臺(tái)機(jī)組的負(fù)荷變動(dòng)就會(huì)比較小，響應(yīng)的電網(wǎng)頻率變動(dòng)就會(huì)比較小。所以，在整個(gè)的電力系統(tǒng)中很多的電網(wǎng)容量也變的越來

29、越大。由于在電力系統(tǒng)中，很多的并列運(yùn)行機(jī)組擁有比較小的不均勻度，而其頻率的改變也在不斷的發(fā)生變化。反之，如果整個(gè)電網(wǎng)越小，其內(nèi)部的并列運(yùn)行機(jī)組的不均勻度就會(huì)變得越大，就會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)中的頻率波動(dòng)的可能性就越大5。 一次調(diào)頻主要有以下三個(gè)方面的特點(diǎn)：(1)汽輪的發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行并網(wǎng)運(yùn)行過程中，能夠自動(dòng)參與一次調(diào)頻；(2)一次調(diào)頻主要是一種有差調(diào)節(jié)，其本身無法將頻率拉回到其應(yīng)有的原值，只是能夠在很小的范圍內(nèi)降低頻率的變化； （3）一次調(diào)頻是暫態(tài)的，也就是說在整個(gè)電網(wǎng)的負(fù)載發(fā)生變化后，其自身的二次調(diào)頻還無法保證電網(wǎng)內(nèi)部的有功功率的平衡，并且只能夠?qū)ζ溥M(jìn)行一次調(diào)頻，以確保頻率變化對(duì)電網(wǎng)的危害降到最低，當(dāng)在進(jìn)

30、行二次調(diào)頻之后，其內(nèi)部的頻度恢復(fù)正常，此時(shí)的一次調(diào)頻作用也將會(huì)被取消6。2.1 電網(wǎng)中負(fù)荷的功率頻率特性 電力系統(tǒng)的負(fù)荷功率PL跟隨隨電網(wǎng)系統(tǒng)頻率改變,即 PL= F(f) （2.1） 理論上稱有功負(fù)荷會(huì)按照頻率改變的特性為負(fù)荷的功率頻率特性，是負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性，也將其稱為負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)。負(fù)荷的功率頻率特性曲線如下： (2.2)上式中：為電網(wǎng)的額定頻率 為整個(gè)電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率為f時(shí)的有功負(fù)荷 為電網(wǎng)的系統(tǒng)頻率為額定值時(shí)的有功負(fù)荷 為上述的各類負(fù)荷占的比例系數(shù) 將上式除以，則得表示形式，即由此，可得電網(wǎng)頻率-負(fù)荷曲線，如圖2.1所示 圖2.1電網(wǎng)頻率負(fù)荷曲線 Fig. 2.1 power gri

31、d frequency load curve2.2 發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性 發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的調(diào)整是由汽輪機(jī)的DEH系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。其控制原理如圖2.2所示。 圖2.2 DEH控制回路原理Fig. 2.2 principle of DEH control circuit發(fā)電機(jī)組的頻率調(diào)差系數(shù) （2.3） 負(fù)號(hào)表示發(fā)電機(jī)輸出功率的變化和頻率的變化符號(hào)相反。調(diào)差系數(shù)R的標(biāo)幺值表示為 （2.4） 式（2.3）又稱為發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程。由此可得發(fā)電機(jī)組功率頻率特性曲線如圖2.3所示。 圖2.3 發(fā)電機(jī)組功率頻率特性曲線Fig. 2.3 power frequency characteristic cur

32、ve of generating set2.3 一次調(diào)頻特性曲線 對(duì)于電網(wǎng)中的一次調(diào)頻特性，是指汽輪發(fā)電機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行過程中所體現(xiàn)出來的特性，火力發(fā)電系統(tǒng)采用的一次調(diào)頻特性能夠?qū)ζ啺l(fā)電機(jī)組的并網(wǎng)運(yùn)行的產(chǎn)生一定的影響，并能夠在電網(wǎng)頻率發(fā)生變化之后，將發(fā)電機(jī)組本身的功率進(jìn)行自動(dòng)地增加（電網(wǎng)頻率下降時(shí)）或減小(電網(wǎng)頻率升高時(shí))，進(jìn)一步對(duì)電網(wǎng)的頻率變化產(chǎn)生一定的影響。傳統(tǒng)意義上的一次調(diào)頻特性定義為靜態(tài)時(shí)的汽輪機(jī)和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速之間的所具有的關(guān)系曲線，又被稱為汽輪機(jī)控制系統(tǒng)靜態(tài)特性，如圖2.4所示。實(shí)際的靜態(tài)特性曲線因?yàn)橄到y(tǒng)中各組成部分所存在遲緩率，通?？煞譃樯闲泻拖滦袃蓷l非線性的曲線。如果在電網(wǎng)的周波在

33、整個(gè)的機(jī)組靜態(tài)特性的一些不靈敏的區(qū)域內(nèi)發(fā)生變化，對(duì)于機(jī)組產(chǎn)生的變化也是隨機(jī)的。機(jī)組內(nèi)部調(diào)速系統(tǒng)的不等率也表示其整體在運(yùn)行的過程中一次調(diào)頻的特性，在一定的范圍內(nèi)反映發(fā)電機(jī)組的汽輪機(jī)功率變化和整個(gè)電網(wǎng)周波之間所存在的一定的靜態(tài)關(guān)系7。 圖 2.4 一次調(diào)頻特性曲線 Fig. 2.4 characteristic curve of primary frequency modulation 在圖2.4中，PT 為汽輪機(jī)頻率-功率特性線，PG為電網(wǎng)負(fù)荷-頻率特性線。交叉運(yùn)行點(diǎn)a為系統(tǒng)平衡運(yùn)行點(diǎn)。假設(shè)系統(tǒng)中的負(fù)載增加P，則電網(wǎng)負(fù)荷-頻率特性變?yōu)镻G1。 （1）當(dāng)所有機(jī)組均不參與一次調(diào)頻調(diào)節(jié)時(shí)，在電網(wǎng)中發(fā)電

34、機(jī)組本的輸入功率需要有一個(gè)恒定值PT，并且要求其值與PL相等，此時(shí)電力系統(tǒng)的頻率就會(huì)下降，電力系統(tǒng)中負(fù)載的有功功率也會(huì)逐漸的減小。依靠負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)(有功隨頻率變化的關(guān)系)，達(dá)到新的平衡，運(yùn)行點(diǎn)移到b 點(diǎn)，頻率穩(wěn)定值為f3，負(fù)載消耗的有功功率仍然為原來的PL 值，此時(shí)，頻率偏差值f 決定于PL 值的大小，一般很大7。 （2）當(dāng)原動(dòng)機(jī)參與調(diào)節(jié)時(shí)，負(fù)載增加，頻率下降，調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作，增加電力系統(tǒng)中各內(nèi)部機(jī)組PT。當(dāng)其值穩(wěn)定以后，此時(shí)的系統(tǒng)就會(huì)維持在c 點(diǎn)運(yùn)行，這時(shí)的電網(wǎng)的頻率值就為f2 ，要求系統(tǒng)的負(fù)載所選擇的功率為PL2，當(dāng)其值小于設(shè)定的額定頻率時(shí)所需的功率為PL1，頻率偏差f 比調(diào)節(jié)系統(tǒng)不工作時(shí)要

35、小得多，調(diào)速器的這種調(diào)節(jié)作用就是一次調(diào)頻7。 （3）要使其所選擇的頻率處于額定值，則需要移動(dòng)原動(dòng)機(jī)的頻率特性，改變機(jī)組的負(fù)荷指令，使c 點(diǎn)移動(dòng)到d 點(diǎn)， 使得f0 ，這種調(diào)節(jié)稱為二次調(diào)頻。可由機(jī)組運(yùn)行人員控制，也可以是AGC 的控制7。2.4 一次調(diào)頻基本指標(biāo)2.4.1 轉(zhuǎn)速不等率轉(zhuǎn)速不等率主要是指機(jī)組在整個(gè)的控制系統(tǒng)中按照其給定值變，整個(gè)發(fā)電機(jī)組的功率都會(huì)從由0直至額定值本身所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速變化量（n）與其自身的額定轉(zhuǎn)速（n0）的比值，采用百分?jǐn)?shù)的形式進(jìn)行表示。 （2.5） 對(duì)于整個(gè)的發(fā)電機(jī)組而言，汽輪機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)的一些靜態(tài)特性曲線需要按照一定的理論條件進(jìn)行推導(dǎo)，調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性曲線是負(fù)荷和轉(zhuǎn)

36、速之間存在成反比的曲線，其整體的斜率需要按照其轉(zhuǎn)速不等率進(jìn)行推算。是電力系統(tǒng)中的一次調(diào)頻系統(tǒng)的重要指標(biāo)，其主要的反映出了電力系統(tǒng)一次調(diào)頻能力的大小，值越小機(jī)組的一次調(diào)頻能力就會(huì)越強(qiáng)，但是對(duì)于整個(gè)機(jī)組的穩(wěn)定性就會(huì)越差；相反，越大機(jī)組的一次調(diào)頻能力就會(huì)越弱，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性變得越強(qiáng)。依據(jù)這一調(diào)頻管理方案要求，在電力系統(tǒng)中，火電機(jī)組的轉(zhuǎn)速不等率需要選擇4%5%。在火電發(fā)電機(jī)組中的一次調(diào)頻折算函數(shù)中，選擇的需要根據(jù)其自身存在的函數(shù)，當(dāng)超出死區(qū)之后，需要按照所得的直線斜率進(jìn)行計(jì)算。 在電力系統(tǒng)中對(duì)于其內(nèi)部的基本負(fù)荷的機(jī)組，選擇的其不等率比較大，當(dāng)減小電網(wǎng)周波產(chǎn)生的變化時(shí)，其本身也會(huì)產(chǎn)生一定的擾動(dòng)，由

37、于發(fā)電機(jī)組本身的作用，當(dāng)在安全工況下進(jìn)行運(yùn)行時(shí)；需要承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻得負(fù)荷的機(jī)組，其本身的不等率要求小一點(diǎn)，在整個(gè)電網(wǎng)內(nèi)部其主要的周波變化后，能夠多分擔(dān)一些其變動(dòng)負(fù)荷8。功率補(bǔ)償量對(duì)于機(jī)組的功率補(bǔ)償量，需要對(duì)機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻實(shí)施功率補(bǔ)償量(P)：其主要是針對(duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)速不等率以及機(jī)組的電網(wǎng)頻率偏差（可轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速偏差n）進(jìn)行計(jì)算的，公式如下： (2.6)式(2.5)中 為機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速， 為額定功率。如：當(dāng)機(jī)組的額定容量為時(shí)、其自身的轉(zhuǎn)速不等率為機(jī)組的5%，如果其轉(zhuǎn)速偏差為n=-6轉(zhuǎn)（電網(wǎng)頻率偏差為f=-0.10HZ），計(jì)算這一機(jī)組的一次調(diào)頻功率補(bǔ)償量P，具體如公式2.7所示： (2.7)2.4.3

38、遲緩率所謂的機(jī)組的遲緩率主要是指因?yàn)檎{(diào)速器、機(jī)組的傳動(dòng)部分的放大機(jī)構(gòu)以及機(jī)組本身所配備的機(jī)構(gòu)部件之間存在磨擦和空隙等問題，導(dǎo)致輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)之間存在一定的遲緩現(xiàn)象，這種遲緩作用是，將機(jī)組控制系統(tǒng)設(shè)置在一定的范圍n之內(nèi)，確保整個(gè)的發(fā)電機(jī)組自身的功率是不變的。機(jī)組本身的遲緩率所用到的主要的公式如下： =(n/ )*100% (2.8) 在上式(2.8)中：為機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速。調(diào)頻死區(qū) 發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)，是指機(jī)組的控制系統(tǒng)在其額定轉(zhuǎn)速附近對(duì)轉(zhuǎn)速的不靈敏區(qū)，為了更好的確保整個(gè)電網(wǎng)的頻率變化保持在一定的可控范圍，需一般在一次調(diào)頻系統(tǒng)設(shè)置有相應(yīng)的調(diào)頻死區(qū)。2.4.5 響應(yīng)滯后時(shí)間 在整個(gè)電網(wǎng)中所具有

39、的電網(wǎng)頻率與整個(gè)電網(wǎng)本身的作用處于一個(gè)比較穩(wěn)定的值，在一定的時(shí)間范圍之內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)所滯后的時(shí)間，該時(shí)間應(yīng)小于3s。2.4.6 穩(wěn)定時(shí)間機(jī)組在一次調(diào)頻過程中，當(dāng)整個(gè)電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定后，整個(gè)機(jī)組的負(fù)荷就會(huì)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)所需時(shí)間，其中主要是一次調(diào)頻穩(wěn)定時(shí)間，其值要小于1分鐘，當(dāng)主要的機(jī)組協(xié)調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)發(fā)電（AGC）運(yùn)行時(shí)，此時(shí)的穩(wěn)定時(shí)間需要剔除其引起負(fù)荷指令變化的一些主要原因。2.5 一次調(diào)頻技術(shù)要求 在火力發(fā)電過程中，針對(duì)一次調(diào)頻技術(shù)要求，所選擇的一些主要的技術(shù)指標(biāo)主要有：死區(qū)、機(jī)組速度變動(dòng)率、機(jī)組的功率補(bǔ)償量以及其整體的響應(yīng)時(shí)間等。依照2006華中電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)管理規(guī)定(試行

40、)中所規(guī)定的，300 Mw的機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)的具體的指標(biāo)如下： (1)設(shè)置其死區(qū)控制需要維持在0033 Hz(2 rmin)以內(nèi)。 (2)機(jī)組速度變動(dòng)率要設(shè)置為5%。 (3)功率補(bǔ)償量要設(shè)置為機(jī)組額定負(fù)荷的8% ，即設(shè)置的最大負(fù)荷調(diào)整限幅為24 Mw； (4)調(diào)速系統(tǒng)的遲緩率值，設(shè)置時(shí)需要小于006 。（5）對(duì)于一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)，需要滯后時(shí)間應(yīng)小于4 S。（6）一次調(diào)頻的負(fù)荷調(diào)整幅度需要設(shè)置在15 S范圍之內(nèi)，并且達(dá)到理論計(jì)算最大值的90 。（7） 在電網(wǎng)頻率變化超出一次調(diào)頻死區(qū)時(shí)的45 S內(nèi)，此時(shí)設(shè)置的機(jī)組實(shí)際功率與機(jī)組所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)目標(biāo)值偏差平均值需要設(shè)置在理論計(jì)算值的5% 內(nèi)。2.6 本章

41、小結(jié) 本章通過介紹電網(wǎng)頻率-負(fù)荷特性曲線、發(fā)電機(jī)組功率頻率特性曲線及由以上兩種特性曲線構(gòu)成的單元機(jī)組一次調(diào)頻特性曲線，闡述了火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻原理，在此基礎(chǔ)上，給出了并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)指標(biāo)及要求，主要有六點(diǎn)，分別是：功率補(bǔ)償量、速度變動(dòng)率、一次調(diào)頻負(fù)荷相應(yīng)滯后時(shí)間、遲緩率、穩(wěn)定時(shí)間、調(diào)頻死區(qū)。 3 火力發(fā)電廠一次調(diào)頻系統(tǒng)組成3.1 一次調(diào)頻系統(tǒng)簡介 圖3.1為某火力發(fā)電廠一次調(diào)頻系統(tǒng)總體框圖： 圖3.1為某火力發(fā)電廠一次調(diào)頻系統(tǒng)總體框圖 Fig. 3.1 diagram of primary frequency modulation system for a thermal power

42、 plant 該控制系統(tǒng)由信號(hào)采集、邏輯控制、執(zhí)行系統(tǒng)等三個(gè)部分組成，其中信號(hào)采集環(huán)節(jié)包括電網(wǎng)頻率、頻差信號(hào)采集；邏輯控制包括頻差函數(shù)、折算函數(shù)、幅度限制、DEH側(cè)一次調(diào)頻邏輯、DCS側(cè)一次調(diào)頻邏輯、PID控制器等主要部分。執(zhí)行系統(tǒng)包括VP卡、電液伺服閥、油動(dòng)機(jī)、LVDT（線性位移傳感器）、EH油（高壓抗燃油）系統(tǒng)。3.2 信號(hào)采集環(huán)節(jié) 在對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)采集的過程中，機(jī)組的一次調(diào)頻控制過程，通常是使用汽輪機(jī)中數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）中所安裝的轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)速卡采集進(jìn)行機(jī)組的轉(zhuǎn)速信號(hào)采集之后將采集到的信息通過DCS的“發(fā)電機(jī)出口主變出口、出口母線頻率”發(fā)送信號(hào)。在控制系統(tǒng)中，如果整個(gè)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)

43、速及網(wǎng)頻信號(hào)測量到的精度之間存在一定的范圍，就會(huì)導(dǎo)致整體的信號(hào)精度處于0.2RPM以上12。3.3 邏輯控制環(huán)節(jié)3.3.1 DCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)側(cè)一次調(diào)頻功能實(shí)現(xiàn)方式在機(jī)組的一次調(diào)頻過程中，選擇的DCS協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)側(cè)的一次調(diào)頻功能組成為：汽機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)與電網(wǎng)頻率信號(hào)比較，算出頻差信號(hào)，經(jīng)一折算函數(shù)，得到一次調(diào)頻負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷LDC指令輸出相加，從而實(shí)現(xiàn)DCS側(cè)一次調(diào)頻。3.3.2 DEH側(cè)一次調(diào)頻功能實(shí)現(xiàn)方式 在機(jī)組的一次調(diào)頻過程中，選擇的DEH系統(tǒng)的一次調(diào)頻的功能是比較強(qiáng)的，其本身對(duì)于速率沒有要求，整個(gè)的DEH系統(tǒng)一次調(diào)頻所需要的負(fù)荷會(huì)對(duì)機(jī)組的汽輪機(jī)調(diào)門產(chǎn)生一定的作用，當(dāng)機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)頻時(shí)，不產(chǎn)

44、生動(dòng)作，調(diào)頻負(fù)荷為0，當(dāng)轉(zhuǎn)速在死區(qū)范圍以外時(shí)，一次調(diào)頻負(fù)荷按不等率隨轉(zhuǎn)速變化而變化。一次調(diào)頻函數(shù)發(fā)生器F（X）參數(shù)設(shè)置在研究火電廠的機(jī)組控制過程中，選擇某廠中所具備的4300MW機(jī)組中的DEH系統(tǒng)進(jìn)行分析，主要是研究其高壓純電調(diào)方式。需要按照要求四川電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組和一次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定中的規(guī)定對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行函數(shù)發(fā)生器的參數(shù)設(shè)置，“電液型汽輪機(jī)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)中的火電機(jī)組死區(qū)控制需要設(shè)置在2RPM，其最大高速系統(tǒng)所需的速度變動(dòng)率：速度變動(dòng)率為4% 5%之間。根據(jù)機(jī)組實(shí)際狀態(tài)，發(fā)電機(jī)組的速度的變動(dòng)率均需要設(shè)置為5%12。在當(dāng)前，四川電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組和次調(diào)頻運(yùn)行管理規(guī)定中所規(guī)定的機(jī)組的一次調(diào)頻負(fù)荷限幅是“火電

45、機(jī)組限制幅度不小于機(jī)組額定負(fù)荷的8%，也就是24MW?！币陨纤鱿到y(tǒng)中的負(fù)荷控制范圍能夠順利的實(shí)現(xiàn)，按照以上要求對(duì)DCS側(cè)一次調(diào)頻功能函數(shù)F（X）調(diào)整參數(shù)如下表3.1。一次調(diào)頻功能函數(shù)參數(shù) 表3.1轉(zhuǎn)速（rpm）頻率（Hz）理論負(fù)荷修正298649.7666724298749.7833322298849.820298949.4166718299049.8333316299149.8514299249.8666712299349.8833310299449.98299549.916676299649.933334299749.952300350.05-2300450.06667-4300550.

46、83333-6300650.1-8300750.11667-10300850.13333-12300950.15-14301050.166667-16301150.18333-18301250.2-20301350.21667-22301450.23333-24其負(fù)荷變化率曲線如圖3.2所示。MW24MW49.77Hz2986rpm49.97Hz2998rpm3014rpm50.23HZ3002rpm50.03HZ-24MW 圖3.2 轉(zhuǎn)速/負(fù)荷變化關(guān)系曲線 Fig. 3.2 curve of speed / load3.3.4 PID控制器在工程實(shí)際中，比例、積分、微分控制是目前應(yīng)用最為廣泛

47、的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律，即PID控制。PID控制器產(chǎn)生于70多年前。隨著自動(dòng)化設(shè)備的不斷發(fā)展，采用比例、積分以及微分控制已經(jīng)越來越受到人們的歡迎，在當(dāng)前很多的電氣控制過程中都采用這一控制方式，PID控制器的應(yīng)用也變得越來越廣泛，其主要的作用就是被用作調(diào)節(jié)器，即PID控制，其本特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行情況穩(wěn)定，工作性能可靠等，在對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行控制的過程中其主要的功能已經(jīng)應(yīng)用到了工業(yè)控制領(lǐng)域。對(duì)于任何人而言如果不了解一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)及被控對(duì)象并且無法獲得關(guān)于該系統(tǒng)的一些最為主要的測試方式及整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)時(shí)，就需要選用PID控制技術(shù)。PID控制器的主要作用就是能夠依照系統(tǒng)中的參數(shù)之間的運(yùn)算誤差，自動(dòng)的進(jìn)行比例

48、、積分以及微分計(jì)算，進(jìn)而進(jìn)一步得到系統(tǒng)中被控量 9。（1）比例（P）控制在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，比例控制是一種最簡單的控制方式，這種控制方式要求控制器的輸出與輸入的信號(hào)之間具有比例關(guān)系。當(dāng)只有比例控制時(shí)，此時(shí)的系統(tǒng)輸出就會(huì)有一定的穩(wěn)態(tài)誤差（Steady-stateerror）。（2）積分（I）控制 在自動(dòng)控制系統(tǒng)的積分I控制中，控制器本身的輸出與輸入誤差信號(hào)之間具有正比例關(guān)系。進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差，這個(gè)控制系統(tǒng)就會(huì)存在穩(wěn)態(tài)誤差，其簡稱為有差系統(tǒng)（SystemwithSteady-stateError）。為了降低穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中需要有“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積

49、分項(xiàng)本身也會(huì)變大。如此，即使是誤差非常小，控制器的積分項(xiàng)也會(huì)依照時(shí)間增加逐漸變大，它推動(dòng)控制器之間的輸出增大使得穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小到0。所以，實(shí)現(xiàn)比例+積分(PI)控制器控制，能夠去除控制系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)后不會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)態(tài)誤差10。（3）微分（D）控制在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的微分控制過程中，系統(tǒng)的控制器內(nèi)部的輸出和輸入誤差信號(hào)之間進(jìn)行的微分計(jì)算。能夠使得自動(dòng)控制系統(tǒng)在一定的范圍之內(nèi)對(duì)系統(tǒng)的現(xiàn)振蕩信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，防止在運(yùn)行過程出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。其主要的工作原理是通過較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或者是有滯后(delay)組件，對(duì)誤差就具有一定的抑制作用，這種變化總是落后于誤差本身的變化。解決方式是使抑制誤差作用的變化“超前”，

50、也就是讓誤差幾乎等于零時(shí)，抑制誤差的作用應(yīng)該也是零。在控制器中需要增加的是“微分項(xiàng)”，它的作用是對(duì)誤差變化趨勢驚喜預(yù)測，確保它可以提前使抑制誤差的控制作用為零，或者是負(fù)值，從而降低被控量的嚴(yán)重超調(diào)發(fā)生的概率。自動(dòng)控制系統(tǒng)的變化使得系統(tǒng)總是落后于誤差自身所產(chǎn)生的變化。因此，對(duì)于有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，采用比例+微分(PD)控制器能在很大程度上改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中所體現(xiàn)的動(dòng)態(tài)特性11。（4)PID控制器的參數(shù)整定 在進(jìn)行PID控制器的參數(shù)整定過程中，選擇的控制器的控制系統(tǒng)的調(diào)試是一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容。主要是依據(jù)系統(tǒng)控制的特點(diǎn)，確定整個(gè)控制器的比例系數(shù)，控制器自身的積分時(shí)間以及其內(nèi)部的微分時(shí)間。在

51、PID控制器參數(shù)整定的過程中，一般要選取臨界比例法進(jìn)行控制。采用比例控制器參數(shù)整定的步驟主要有三點(diǎn)，分別是：（1）首先要先選定一個(gè)比較短的采樣周期，使其確定整個(gè)系統(tǒng)的正常工作；（2）通過比例控制部分一直到其輸入階躍響應(yīng)的臨界振蕩；（3）當(dāng)選擇的控制器的參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)需通過計(jì)算公式計(jì)算出其主要的性能參數(shù)。目前，很多的火力發(fā)電廠使用最多的是DCSPLC系統(tǒng)，該系統(tǒng)本身攜帶了多種PID控制器，且具有很強(qiáng)的工作性能，其使用方法也是非常的方便12。3.4 執(zhí)行系統(tǒng)環(huán)節(jié)3.4.1 VP卡 伺服卡是為全電調(diào)控制系統(tǒng)DEH配套而專門設(shè)計(jì)的，該卡采用了單片機(jī)和高性能的可編程邏輯陣列CPLD構(gòu)成控制核心。

52、伺服卡的工作原理是通過采集LVDT的測量值與控制系統(tǒng)發(fā)出的給定值構(gòu)成比較環(huán)節(jié)，然后通過PI運(yùn)算，最終輸出調(diào)節(jié)電流控制調(diào)節(jié)閥門的運(yùn)動(dòng)，使閥門的開度到達(dá)給定期望到達(dá)的位置電液伺服閥 轉(zhuǎn)換器、液壓放大器和反饋裝置組成了電液伺服閥。具體組成情況如圖3.8所示。電動(dòng)液壓伺服閥又名電液伺服閥,其在工作過程中會(huì)按照接收的模擬信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的指令控制，從而使電磁閥控制輸出相應(yīng)的流量及壓力。電液伺服閥是電液伺服系統(tǒng)中最重要的控制元件之一，它的工作性能的好壞，直接影響到整個(gè)控制系統(tǒng)的控制精度及速度。電液伺服閥一旦出現(xiàn)問題也會(huì)對(duì)整個(gè)操作系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響，更甚者會(huì)對(duì)操作系統(tǒng)本身的可靠性和壽命產(chǎn)生一定的影響13。 圖3

53、.3電液伺服閥的組成 Fig.3.3 The composition of elector-hydraulic servo valve 電液伺服閥通過控制流體壓力與流量從而控制汽輪機(jī)高中壓調(diào)門開度實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)組功率調(diào)節(jié)。 本課題中，某廠使用的電液伺服閥為美國MOOG電液伺服閥,具體工作原理如下： (1)在沒有控制信號(hào)輸入的情況下，伺服閥力矩馬達(dá)的銜鐵處于平衡位置，擋板停在兩噴嘴中間。液體壓力油自油口流入，經(jīng)油濾后分四路流出。其中兩路流經(jīng)左、右固定節(jié)流孔，到閥芯左、右兩端，再經(jīng)左、右噴嘴噴出，匯集在流溢腔內(nèi)，然后經(jīng)回油節(jié)流孔從回油口流出。另外兩路高壓油分別流到閥套上被閥芯左、右兩凸肩蓋住的窗口處，而不能流入負(fù)載油路(與作動(dòng)筒相通的油路)13。 (2)當(dāng)有控制信號(hào)輸入時(shí)，力矩馬達(dá)銜鐵帶動(dòng)擋板組件偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，致使閥芯偏離中間位置(如向右移動(dòng))。結(jié)果閥芯的右凸肩將窗孔打開，使高壓油與作動(dòng)筒進(jìn)油管路接通，閥芯的中間凸肩左端將回油窗口打開，使之與作動(dòng)筒的回油接通，這樣，伺服閥就可控制作動(dòng)筒運(yùn)動(dòng)13。 (3)控制信號(hào)改變極性，則伺服閥控制的負(fù)載油路的高壓油路和回油路對(duì)換，使作動(dòng)筒運(yùn)行改變方向。3.4.3 線性位移傳感器(LVDT） LinearityVariableDiffer