調頻原理詳解 DEH

作者:電力工程學  來源/微信公眾號:epengcs 發布日期:2019-10-27


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一、DEH調節系統的組成
1、電子控制器:包括數字計算機、混合數模插件、接口和電源設備。主要用于給定、接受反饋信號、邏輯運算和發出指令進行控制。
2、操作系統:即操作員站,主要包括操作盤、圖像站、顯示器和打印機。
3、油系統:主要負責向系統提供潤滑油系統和高壓抗燃油系統。
4、執行機構:主要負責控制汽閥。
5、保護系統:主要用于快關調節閥,電氣危急遮斷停機,機械超速保護和手動停機裝置作為停機備用裝置。二、DEH調節系統的基本原理DEH調節的原理方框圖如圖4-56所示。該系統實際上為模擬—數字、功率—頻率、電子—液壓調節系統,其采樣信號除轉速為數字量外,其余采用信號均為模擬量,因此送入計算機前需經模/數轉換器(A/D)轉換成數字量,在計算機中進行數字處理和運算,其輸出數字量經數/模轉換器(D/A)變成模擬量后送至電液轉換器,將電信號轉變成液壓信號,此液壓信號作用于油動機以控制主汽門及調節汽門的開度,使汽輪機的轉速或功率發生變化。系統中的給定值,有轉速給定及功率給定,可以數字量輸入,也可以模擬量輸入。
該系統的調節過程可簡要分析如下:由圖4-56可見,轉速和功率信號形成了兩個反饋回路,當外界負荷變化時,汽輪機轉速變化,頻率采樣器產生的模擬電壓信號通過模/數轉換器轉換成數字量并輸入到計算機,計算機算出結果后,再經數/模轉換器轉換為模擬量輸入至電液伺服閥,控制閥門的開度,使汽輪機的功率做相應地改變。同樣道理,功率變化信號也經過采樣器和模/數轉換器,其數字量輸入計算機與轉速的相應信號相比較,當兩個信號的變化值相互抵消時,調節系統動作結束。
該系統的調節規律是PI(比例、積分)調節,而且是多回路的串級調節系統。整個系統由內回路和外回路組成,內回路可加速調節過程,外回路則可保證輸出嚴格等于給定值;PI調節規律既保證了對系統信息的運算處理和放大,其積分環節又可保證消除靜態偏差,從而實現無差調節。三、汽輪機調節系統靜態特性1、汽輪機調節系統的速度不等率與靜特性曲線 
在汽輪機調節系統中,穩定工況下轉速與功率之間的關系曲線稱為靜特性曲線(圖1-33);如果穩定狀態下,系統中的負荷從零變化到滿載,則相應的系統中轉速的變化值與額定轉速之比,即δn=Δnmax/n0稱為整個系統的平均速度不等率(速度變動率);如果穩定狀態下,機組的負荷從零變化到滿載,則相應的機組轉速的變化值與額定轉速之比,即δ=Δnmax/n0稱為汽輪機調節系統的速度不等率(又稱速度變動率)。
汽輪機調節系統的速度不等率是一個非常重要的參數。它的合理與否直接影響機組的穩定運行情況,同時,也將對電網的頻率穩定性產生影響。一般機組要求速度不等率在3%~6%之間可調,出廠時設定為4%~5%。2、汽輪機并網運行時的負荷自動分配
并網運行是指電網中有兩臺及以上汽輪發電機向用戶供電的運行方式。這時,如果不考慮機組之間電力的相互作用的話,電網中各處的頻率是相等的。由于轉速與頻率的對應關系,所以,電網中的各臺汽輪機的轉速也是一樣的。即使具有半速的汽輪機的情況下,各個轉速之間也將保持固定的比例關系。而用戶的耗電量等于各臺汽輪機的功率的總和。
假設電網中有兩臺并列運行的汽輪機Ⅰ和 Ⅱ,其靜態特性曲線為一根直線。速度不等率分別為δ1和δ2,且δ1>δ2,在某一時刻,兩臺汽輪機的轉速均為n,根據它們的各自的靜態特性,其功率分別為PⅠ和PⅡ,如圖1-17所示。
若系統中用戶的耗電量增加了ΔΡ,外界負荷的增加,使得兩臺機組的轉速同時下降。同時調節系統動作,將兩臺機組的出力分別增加了△PⅠ和△PⅡ,從圖l-17可以看出,由于速度不等率δ1>δ2,所以△PⅠ小于△PⅡ。穩定后增加的出力必然與耗電量的增加相同,即△P=△PⅠ+△PⅡ
根據圖中的幾何關系,有
當電網頻率變化時,各臺汽輪機分擔的負荷相對變化量為
推廣到一般情況,任意臺汽輪機分擔的負荷相對變化量為
所以,我們由此得出結論:一臺汽輪機分擔的負荷,與該汽輪機的功率與整個系統的總功率之比成正比,而與該汽輪機的速度不等率與整個系統的速度不等率之比成反比。
3、汽輪機速度不等率的選取
(1)從一次調頻能力考慮
由式(5-1)可知,如果某臺機組的速度不等率遠比電網的平均速度不等率小,則當電網頻率變化時,該機組的負荷變化特別劇烈;如果該機組的速度不等率遠比電網的平均速度不等率大,則當電網頻率變化時,該機組的負荷變化就很小。因此,應當使電網中的機組的速度不等率盡量接近,同時,考慮到大機組的經濟性較好,啟動復雜,應當使大型機組承擔基本負荷,因此適合采用較大的速度不等率,提高其年利用小時數。而中、小型機組經濟性差,啟動過程較簡單,使其承擔尖峰負荷和調頻任務,適合采用較小的速度不等率。
(2)從機組本身的運行穩定性考慮
在汽輪機數字電液調節系統(DEH)中,1/Kf=δ,就代表汽輪機調節系統靜特性曲線的斜率。速度不等率數值和靜特性曲線的形狀、位置,都可以采用電路或數字的形式任意設定。
從機組本身的運行穩定性看,速度不等率(機組的調差系數)的倒數就是速度系統的增益(比例系數)1/δ=Kf,因此,速度不等率越小,則系統增益越大,系統越不穩定。因此速度不等率不能過小,一般不能小于1.2%。
四、一次調頻(速度控制)原理
1、單元機組負荷控制系統和原理在負荷控制階段,DEH系統的負荷控制回路接受設定值形成回路輸出的功率定值信號P0和汽輪機轉速反饋信號n、功率反饋信號PE和調節級壓力反饋信號p1,根據DEH系統控制方式進行控制運算,輸出當前運行方式下的蒸汽流量請求值,經閥門管理程序處理,變為閥門位置請求信號,去控制高壓調門開度,控制機組負荷。功率控制回路由速度控制、功率控制、調節級壓力控制和閥門管理等環節組成,其原理簡圖如圖3-8所示。
2、一次調頻(速度控制)原理機組并列后,運行人員按“速度投入”鍵,燈亮,“SPI”邏輯有效,速度控制回路投入。速度控制回路由一個“死區—線性—限幅”非線性環節(如圖3-8所示)和一個比例控制器P組成,當死區為0且限幅未發生作用時,速度校正器的輸出為式中kf——速度校正器的比例系數(增益)。
而整個速度控制回路的輸出為在速度控制投入的情況下,速度控制回路的輸出等于設定值形成回路輸出的功率設定值P0與加速度校正值y1之和。當機組轉速n等于額定轉速n0時,速度校正值此等于0,無需進行速度校正。當機組轉速下降時,速度校正值y1大于0,P1大于P0,速度控制作用使汽機閥門開度增大,機組輸出功率增加。校正器的比例放大系數kf越大,速度校正值y1越大,機組一次調頻任務越重。所以P1也稱為頻率校正后的負荷設定值。大型單元中間再熱機組參與電網一次調頻,采用“死區—線性—限幅”速度校正(圖1-33),是因為系統正常運行時,不希望電網頻率經常性的小波動影響機組出力,故將速度偏差經過死區處理,以濾掉速度信號中的高頻低幅干擾;當轉速偏差超過死區后,速度校正值則與偏差Δn之間呈線性關系;在頻差超出一定范圍時,中間再熱機組的負荷適應能力受鍋爐變負荷能力的限制而采取了限幅措施。并網后,一般在低負荷時,機組不參與電網的調頻,所以設置了一次調頻的負荷下限。為了機組的穩定運行,當電網頻率基本穩定在額定值時,機組對頻率的微小波動不產生調節作用,因此在額定轉速附近設置了死區。同時,還可以根據機組的實際情況,限定本機組參與調頻的負荷變化量的大小。這些功能如圖1-33所示。
圖1-33中,當頻率變化超過額定頻率。±2r/min=±0.033Hz時,才起調節作用,參與調頻的負荷變化量限定為8%,相當于電網頻率變化上±2r/min=±0.2Hz。也有的系統,對參與調頻的機組僅限制其增負荷或減負荷的變化量,如圖1-35和圖及1-36所示。
在DEH系統中,校正環節中的不靈敏區的寬度(即死區)和比例放大系數1/δ=Kf可以很方便地由控制系統維護人員進行調整,從而改變機組的一次調頻能力。死區愈寬,機組參與電網調頻的能力愈差,死區趨向無窮大時,相當于速度反饋回路已切除,機組帶基本負荷運行,可以保證大型機組運行的經濟性。
比例放大系數可根據機組在電網中承擔調頻任務的大小來選擇,即機組承擔的一次調頻百分比確定。調頻任務重,比例放大系數大,即速度不等率愈小,反之亦然。調整比例放大系數即改變了機組的速度不等率,即改變了機組的一次調頻負荷比例。頻率一次調節是控制系統頻率的一種重要方式,是二次調節的基礎。但由于它的作用衰減性和調整的有差性,不能單獨依靠一次調節來控制系統頻率。要實現頻率的無差調整,必須依靠頻率的二次調節。
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