摘要：9E机组；一次调频；MARKV；温控调节；有差调节
近年来广东省用电负荷屡创新高，至目前广东省用电负荷峰值早已过亿万kw，其中西电东送2000万kw，日负荷峰谷差高达3000万kw左右。广东省电网的负荷水平已超过世界上很多国家的全国用电负荷。广东省电网如此复杂的情况，调峰主要依靠西南水电和两班制机组，日常调峰（调频）主要依靠机组的一次调频。目前大部份中小型燃气轮机发电系统并不具备一次调频的功能，只具备二次调频的功能，这主要是由燃气轮机控制系统功能决定的，文中的GE公司的9E机组，其控制系统以实施等温运行为目标，以得到最佳的经济性和安全性，同时却限制了机组一次调频的能力。
该燃气轮发电机组主控制系统包括功率调节和排气温度调节两个部分。其中功率调节回路采用功率——转速串级调节，其中转速为有差调节，功率为带不灵敏区的无差调节，保证稳态时功率为设定值。实现原理如下图1所示：外回路为功率调节回路，它根据功率偏差△Ne=Nes-Ne来改变转速设定值Ns，为保证功率的无差调节，外回路采用了积分作用：内回路为转速的比例控制，它根据外回路调节器输出的转速给定值进行有差调节，输出为燃料量指令。这种控制方案，目标为调节机组实发功率达到预定值，不考虑系统频率的拢动，即认为当燃气轮发电机组并网后，其转速受电网频率的钳制，为恒定的频率值。
燃气轮发电机组并网后有两种状态：一种 是基本负荷状态（“温度”控制），另一种是部分负荷（“预选负荷”控制）。基荷时燃气轮发电机处于温控方式，燃机的发电功率达到最大，负荷控制只受排烟温度TTXM的影响，燃机只能单身调频，即：只有TNH（实测转速，下同.）高于额定转速时，可以减少负荷，TNH低于额定转速时，不能增加负荷，不能满足电网对一次调频的要求。在“预选负荷”控制方式，燃机的实发功率跟随负荷给于2MW；在这种工况下，电网频率的变化，首先改变燃料参考FSRN，使燃气轮发电机组的功率迅速向稳定网频的方向变化，产生一定量的调频功率，但是由于功率串级调节回路的无差调节，又将功率调整到负荷给定值偏 差附近（具有2MW的死区），这样一来，燃机的功率调节回路对调频功率产生反调，即使此时网频偏差继续存在，功率调节回路还是会不断地把调频功率拉回到原来的负荷给定值，无法完全满足电网的一次调频。
对于这种仅有二次调频功能的功率调节回路，只有通过增加或改造其算法的途径来增机组的一次调频功能。其方法是：将频差信号控制信号叠加在MARKV的“预选功率”控制上。方法是：在MARKV上增加频差-负荷转换控制回路：在“预选功率”回路上增设一个频差-负荷函数曲线，将频差信号转换成功率目标值叠加到预选负荷的设定值上，这样一来，当网频变化幅度大于频差-负荷函数的死区时，预选负荷的设定值也会随之做出相应的变化，控制燃机发电量响应网频变化，通过该控制回路使MARKV具有满足电网要求的一次调能力。
1. MARK V系统中控制逻辑的修改及参数设定
1.1电网调度要求考察的频差特征值为±0.07%、±0.27%、±0.47%，即电网与燃机的频差分别为±2r/min、±8r/min、±14r/min时，燃机负荷的响应情况。为此，在MARK V 程度中增加了频差试验信号。TNH2，TNH3，TNH4，通过选择模块SEL将它们分别选出，以作为一次调频在线调试时加入的频差信号。
TNH4_TEST=±0.07%，TNH5_TEST=±0.0%，试验时需要模拟±5r/min频差信号时，将L83TEST_3信号强制为‘1’，使TNH4=±0.07%，即TNH2=±0.07%，频差试验信号即取出给TNH_TEST，作为试验用频差信号的输出。±8r/min、±14r/min的试验方法与±5r/min的相同。
考虑到一次调频试验时，每次都必须设定TNH?_TEST及L83TEST_?（?代表1、2、3、4、5）的值，相对来说比较麻烦，在试时，我们只用到了L83TEST_1和TNH2_TEST两个参数.当我们做不用频差试验时，只需改变TNH2_TEST值就可以了.
1.2 试验用频差信号限制其变化速率，由于一次调频试验是在机组”部分负荷”控制方式下实施，此时向控制回路中加入频差信号，实际上相当于向控制回路中加入一个阶跃性的干扰信号，为了避免这个扰动引起的燃料量剧烈变化而对燃机造成负面的影响，修改程序是在频差信号TNH_TEST输出前增加了限速模块，限制频差信号的变化速率为2转/秒。
1.3 频差信号TNHF使用常数TNH_C与转速反馈TNH的差值作为频差信号TNHDF在做静态和动态试验时，TNH_C的设定值不相同，静态试验时，将TNH_C设定为不同的参数（详见试验步骤）：动态试验时，将TNH_C设定为100%.
1.4 死区、限幅函数与设定。根据电网调度的要求，一次调频的死区设置为±2r/min，负荷限幅为±14.2MW，燃机理论上频差与负荷变化量如下图所示，控制中采用ALIP00算法来实现。根据其他LNG电厂一次调频的投运情况，我们适当的修改频差与负荷变化量的关系。减小死区，使燃机负荷变化更灵敏，提高调节品质。
一次调频转速-负荷修正量（转速不等率<5%，转速偏差=P-3000）：
转速偏差（rpm）： -20 -17 -3 -1 1 3 17 20
调频量（MW）； 14.2 14.2 2.2 0 0 -2.2 -14.2 -14.2
本台燃机的额定负荷为120MW，按中调要求，以5%的不等率来计算，转速偏差大于死区后，每转的调频量为0.8MW/rpm.
1.5预选负荷L90PSEL加上一次调频后的负荷变化量L90TP等于L90PMIX作为负荷给定。L83TP为一次调频投入切除逻辑。在一次调频投入时，L83TP赋值一个数字量输出给电网调度。L43FFON_CPB是HMI上一次调频投入按钮，L43FFOFF_CPB是HMI上一次调频切除按钮。L30ALMX到DCS当做一次调频功能已投入的反馈信号，由DCS通过RTU再转送给中调
1.6在HMI上添加一次调频控制指令.显示因网频变化量产生的负荷变化量。
按照上述逻辑思路进行修改MARKV的逻辑，并经过试验后机组完全达到了预期的调频能力，达到了调峰能力的增强。
参考文献：
[1]《广东电网发电机组一次调频运行管理规定》，广电调市<2007>6号；
[2]《南方区域发电厂并网运行管理实施细则》，南方电监市场<2008>10号；
[3]《火力发电厂汽轮机控制系统在线验收测试规程》（DL/T656-2006）；
[4]《广东中调直调电厂机组一次调频整改工作方案》，广东省电力调度中心，2009年8月。
论文作者:刘臣国
论文发表刊物:《电力设备》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/20
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