一、前言
福建省電力公司調度中心曾抽查華能福州電廠機組的一次調頻性能，得出的結論是：一二期4臺機組的一次調頻性能均達不到省網(wǎng)的要求，普遍存在響應時間不及時、響應幅度太小、響應持續(xù)時間不足等缺陷。福建省調要求福州電廠盡快解決控制邏輯、汽輪機機械等方面存在的問題，否則考核電量。為此，福州電廠技術人員積極行動，成立專門優(yōu)化小組，在跟蹤、觀察、記錄一期機組多項數(shù)據(jù)的基礎上，擬就了一套邏輯優(yōu)化方案，并通過試驗驗證優(yōu)化邏輯及調整參數(shù)，逐步提升了一次調頻性能，滿足了電網(wǎng)技術參數(shù)的要求。
二、搭設一次調頻功能框架
2.1主機DEH回路的邏輯優(yōu)化
一次調頻影響值作為一個前饋，加到數(shù)字電液調節(jié)系統(tǒng)DEH的汽機負荷PID調節(jié)器的前方，需要經過比例、積分等耗時運算后才對汽輪機調門產生影響，所以響應電網(wǎng)頻率波動的能力差。福州電廠優(yōu)化小組將一次調頻影響同時作用于汽機負荷PID調節(jié)器的前后回路上(如圖1所示)，配與通過理論計算與在線試驗得出的運算參數(shù)，使其在實踐中表現(xiàn)出了良好的一次調頻響應能力。

原來的PID調節(jié)器前一次調頻作用力太小，邏輯優(yōu)化中適當增加了PID調節(jié)器前一次調頻影響的權重(提高至約30％)。PID調節(jié)器后一次調頻的直接影響，電廠優(yōu)化邏輯及參數(shù)做到了在電網(wǎng)事故后導致的頻率偏差換算過來的轉速偏差超過7r/m時，能夠有15MW 左右負荷變化的貢獻。同時，福州電廠也考慮了機組正常負荷區(qū)間一次調頻的作用限制：若機組負荷指令大于340MW,PID調節(jié)器后一次調頻影響只為負(“負”指減少汽輪機調門指令使其出力降低，“正”指增加汽輪機調門指令使其出力升高), 避免出現(xiàn)“機組帶 350MW 滿負荷運行，電網(wǎng)周波突降，迫使汽輪機出力提高，甚至提高至 360MW以上”的情況；若發(fā)電機負荷在190-340MW范圍內，PID調節(jié)器后一次調頻影響可正可負；若發(fā)電機負荷在175-190MW范圍內，尸舊調節(jié)器后一次調頻影響只為正，避免出現(xiàn)“機組帶175MW以下負荷運行，電網(wǎng)周波突升，迫使汽輪機出力降低，甚至降低至175MW以下”的情況：其他情況下(如汽機沖轉、閥切換、機組低于175MW負荷運行)，PID調節(jié)器后一次調頻影響為0。
2.2機組APC協(xié)調回路的邏輯優(yōu)化
一期機組原來的機組APC協(xié)調回路中的一次調頻沒有經過調試，也基本不適用于現(xiàn)今的情況，福州電廠優(yōu)化小組將其完全刪除，在APC的負荷設定值回路加上電網(wǎng)周波變化(取轉速變化)要求的負荷設定值變化量。 APC 回路中的一次調頻功能在機組負荷指令為340MW、190MW、175MW等幾個節(jié)點上下的動作特性同DEH類似，但在APC中邏輯相對簡單，因為不需考慮汽機負荷PID調節(jié)器前后的作用量等復雜事宜。
三、試驗法優(yōu)化一次調頻功能
3.1利用仿真機優(yōu)化一次調頻功能
福州電廠優(yōu)化小組充分利用華能福州電廠有仿真機的優(yōu)越條件，在實動試驗前先擬定好一次調頻優(yōu)化邏輯與參數(shù)的框架。此套仿真機不僅可以仿真操作員站畫面，而且軟件模型所使用的邏輯同機組DCS的組態(tài)邏輯完全一樣。優(yōu)化小組將一次調頻邏輯及參數(shù)先植入仿真系統(tǒng)中進行一次調頻模擬試驗，并在其上先行優(yōu)化調整，然后再植入主機的控制器中。結果證明，電廠一期仿真系統(tǒng)擁有較高的仿真效果，在仿真機上驗證后的邏輯參數(shù)大約30％以上在實際機組中工作良好。利用仿真機先行調試減少了實動試驗優(yōu)化的試驗次數(shù)及幅度，有效降低了一次調頻試驗對機組的擾動。
3.2實動試驗法優(yōu)化一次調頻功能
利用機組DCS工程師站模擬電網(wǎng)故障情況，在機組的典型負荷點（從175MW至350MW，間隔25MW為一個負荷點，共8個）上做了大量一次調頻試驗，獲取寶貴的一手數(shù)據(jù)，不僅實際驗證了各負荷點上邏輯動作的正確性，更做到了一次調頻的精確性。如在250MW這個負荷點上，不僅做電網(wǎng)周波不同幅度突升（2r/m、4r/m、7r/m、1Or/m等）的邏輯參數(shù)，也做電網(wǎng)周波不同幅度突降(也是2/m、4r/m、7r/m、10r/m等)的邏輯參數(shù)，最終得出的一次調頻優(yōu)化后的邏輯就相當精準（如對于不同方向的相同程度的頻率變化，主機調門的開啟與關閉的速率及幅度均不相同)。一次調頻的精確性使得其功能滿足了電網(wǎng)的要求，由于沒有過度動作，也保證了機組的穩(wěn)定安全。
四、一次調頻相關邏輯優(yōu)化
a.一次調頻動作引發(fā)主蒸汽管安全閥動作的邏輯優(yōu)化。在高負荷區(qū)(《290MW) ，系統(tǒng)高周的一次調頻會引發(fā)高壓旁路動作。其解決方案是：當主蒸汽壓力(《167MPa)時，一次調頻自動退出；當主蒸汽壓力不高(《167MPa)時，再自動投入。
b.機組APC協(xié)調回路的邏輯優(yōu)化。2臺給煤機帶較高負荷或3臺給煤機帶較低負荷運行，若一次調頻動作使負荷往上或往下，會使給煤機給煤量超限（實際給煤量高于45t/h或小于18t/h) ，導致給煤機自動方式退出、煤主控自動方式退出、協(xié)調退成機跟蹤。其解決方案是：一次調頻動作時，限制給煤機的指令上下限為43t/h、20t/h 。這樣，一次調頻動作時，實際的給煤率一般不會超過上限45t/h或下限18t/h，給煤機的自動方式、協(xié)調方式就不會退出，一次調頻可完整動作。
c.機組低負荷運行時一次調頻動作引發(fā)機組協(xié)調振蕩的邏輯優(yōu)化。在低負荷區(qū)(180-190MW附近)，一次調頻有時會引發(fā)機組協(xié)調振蕩。其解決方案是：調整DHE汽輪機負荷調節(jié)PID的參數(shù)，使1號機組的低負荷振蕩現(xiàn)象基本解決、2號機組振蕩現(xiàn)象大幅減輕。
d.機組低負荷運行時一次調頻動作引發(fā)機組給水調節(jié)振蕩的邏輯優(yōu)化。一次調頻動作幅度大時，主機機前壓力變化較大，汽包壓力變化也大，導致汽包水位出現(xiàn)較大改變(機組低負荷時尤其明顯)，機組出現(xiàn)以下現(xiàn)象：2臺小機開始搶水、其最小流量閥開啟／關閉往復動作、給水調節(jié)振蕩發(fā)散。福州電廠將最小流量閥開啟作為前饋(微分器)加到小機轉速指令回路中，并給該前饋賦予較大的作用，取得了明顯的效果：即使一次調頻后汽包水位波動大甚至最小流量閥開啟，給水調節(jié)回路仍然能夠將水位自動調回零位。
e.其他已解決的技術問題還有：DEH轉速取值邏輯、高低周動作幅度區(qū)分、負荷區(qū)判斷、一次調頻作用量斜率取值等。
五、優(yōu)化效果
華能福州電廠一次調頻優(yōu)化后，經歷了多次福建電網(wǎng)的頻率波動，其調頻功能受到了福建省電力公司調度中心的好評，而且一次調頻動作對自身機組的影響較小。