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机组的一次调频，属于静态调频特性，一般用汽轮机调速系统的速度变动率及迟缓率表示。

   速度变动率是指汽轮机由满负荷到空负荷的转速变化与额定转速的比例，其计算公式如下：

（1）                              

其中，为空负荷时转速，为额定功率时转速，为额定转速。

由于液压调节器及液压部分的非线性，文献[3]中采用局部速度不等率的概念，即

     （2）                          

可得：

（3）

   当电网发生故障或汽轮发电机出口跳闸，汽轮机由带满负荷甩负荷到带厂用电时，，可得，即，甩负荷后的转速会快速飞升，造成电网频率发生较大波动，为满负荷，为带厂用电负荷，为满负荷时转速，为带厂用电时转速。

进一步研究汽轮机转子力矩平衡方程：

（4）

  （5）

式中，J为转子转动惯量，为转子角速度，为汽轮机蒸汽力矩，为发电机反力矩，为汽轮机内功率，为蒸汽流量，为汽轮机焓降，为汽轮机内效率，为汽轮机转速。

   前面分析，在机组甩负荷后，汽轮机转速飞升，，又发电机反力矩 与转速成正比例关系，一次调频特性用来实现小网频率稳定，即，由公式（5）得，通过改变蒸汽流量（定压模式）或者汽轮机焓降（滑压模式）来增大蒸汽力矩实现。1.2二次调频原理

    二次调频主要是为了保证电网的频率维持在恒定值，属于动态调频。

   一次调频是有差调频，不能完全小网频率的偏差，为此，DEH系统设计了二次调频功能，当出现小网运行或快速减负荷（FCB）时，能迅速稳定电网周波。所谓二次调频过程是根据电网频率偏差，通过改变调频机组调速系统的给定值，将电网负荷变化转移到由调频机组来承担，使电网频率回到额定值。

   通常二次调频是由网调调度来实施的，电网调度人员通过人工或自动手段，控制调频机组调速系统给定值，完成二次调频过程。

   二次调频采用PID控制器，其设定点为额定转速3000r/min，反馈变量为机组实际转速。二次调频的输出与当然给定值的叠加，作为一次调频的给定值[4]。

   二次调频的原理图如图2。

图2 二次调频控制原理图

2 控制方案

2.1存在问题

   小网控制一次调频要求机组调速响应非常迅速，汽轮机在甩负荷过程中，每秒钟的转速飞升量能够达到200r以上，对于常规的DEH控制回路如图3所示，转速卡一般会有20ms的延时，DCS控制周期一般在200ms左右，输出卡和伺服卡的信号传递也会产生约50ms的延时，那么整个系统的控制时延在270ms左右，也就是说，会产生54r的转速飞升，过大的时延会严重降低小网调频控制品质。

图3 常规DEH的转速控制回路

   一次调频动作主要是由汽轮机侧完成，时间短，速度快，而汽轮机和锅炉的响应特性不同，锅炉的响应慢，锅炉的能量信号（表示汽机调节级压力，表示主蒸汽压力，表示主汽压力）随汽轮机阀门开度发生剧烈变化，同时会造成锅炉燃烧工况出现扰动，甚至导致锅炉灭火。

   另一方面，甩负荷后转速迅速飞升，达到原DEH系统中OPC动作的设定点103%，从而造成OPC在3090r/min时动作。OPC动作后，调门全部关闭，机组出力小于小网上的电负荷，汽机转速下降，OPC消失，调门打开，机组负荷又迅速上升，如此反复，使得小网频率反复震荡，终可能导致小网崩溃[5]。

2.2锅炉侧控制方案

   针对小网运行时，一次调频会经常动作汽轮机阀门，导致锅炉主汽压力经常波动，同时主汽压力不稳定反过来又会影响一次调频的调节品质。文献[6]指出，一次调频特性在较高频段受主汽压力变化影响不大，而在低频段考虑主蒸汽压力变化后一次调频增益明显偏小，会出现时间之后一次调频出力回落、偏离理想设计性能。

   在锅炉侧，NT6000DCS系统设计如下控制方案。

（1）充分利用锅炉蓄热，机组一次调频对锅炉侧主汽压力等参数的影响。

（2）为了提高调频性能，引入CCS侧一次调频逻辑，自动调节主汽压力。

（3）在锅炉侧主控输入增加速率限制模块，减小由于汽轮机阀门开度过频变化引起的锅炉主控指令过快变化，同时要考虑对其他工况的影响。

（4）加强对主要参数的监控及调整，及时跟踪，当出现主汽压力等参数波动过大，超出设定限制，引入辅机故障减负荷(RB)逻辑。

2.3汽机侧控制方案

   针对汽机侧一次调频存在的问题，NT6000DCS系统设计了改进后的控制策略，方案如下。

   （1）优化DEH控制逻辑。在DEH中引入小网运行控制状态，当转速偏差超过范围时，DEH自动进入小网控制状态。这种设计能够同时适应并网运行和孤网运行的要求。用户正常时并入大电网，当大电网发生故障时，会脱离大电网进入小网控制状态。

   （2）设计快速一次调频回路。DEH中将与一次调频相关的转速采样，转速三值优选，一次调频计算，调速指令输出都设置为快速运行，运行周期小于50ms，转速采样和模拟量输出模块采用高速硬件，使控制周期小于100ms，提供DEH一次调频的控制速度。

   （3）设计智能OPC卡。在进入小网控制时，采用转速加速度计算预估的转速高值，当预估的转速高值高于OPC设定值时，提前动作OPC。由于OPC动作回路比调节阀动作回路要快200ms左右，这种设计将大大减小转速飞升。在进入小网控制后，将103%OPC动作值抬高。

   （4）减小DEH控制周期，在NT6000DCS系统中，设计直接接在IO总线上的伺服卡，省去了输出卡的环节，改进后如图4所示，控制器的控制周期减小到50ms，转速卡的测量时延减小到1ms，整个系统的时延在51ms内，由此产生的转速飞升减少80%以上。中国大中型钢铁生产企业装备大型化、连续化以及节能新技术的应用，有效地实现了节能降耗。但总体效果跟国外同行业相比，还存在的差距。

信息技术提升能源管理水平

利用信息技术建立能源管理系统更可以为各种节能降耗手段的充分实施奠定数据基础，具有非常明显的现实意义。通过信息技术手段建立集中统一的能源管理系统(EMS)势在必行，对能源数据进行分析、处理和加工，工作人员能实时掌握能源运行的状态：

■ 监控能源运行、使用与分配

■ 能源数据采集、能效分析

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利用紫金桥EMS系统，在企业出现用用能高峰或低谷时，从全局角度了解能源使用和变化。通过对能源进行合理调整，确保系统运行在佳状态。EMS还有利于工作人员及时采取措施，优化其他能源调度，有效地减少高炉煤气的排放，减少了环境污染，进一步提高了能源的合理利用率。

一、 系统定位：

面向钢铁行业的紫金桥能源管理系统EMS是集过程监控、能源管理、能源调度为一体的厂级管控一体化计算机系统。随着钢铁企业规模的扩大、技术不断进步、信息产业的高速发展，EMS面向生产运行的能源介质(包括水、电力、重油、各种煤气、天然气、蒸汽、压缩空气、氧、氮、氩等)实现能源预测、降低能耗，实时监控的综合能源信息管理平台。DAM-3058F（8通道模拟量输入模块）：对温度、压力等传感器的数据采集；

DAM-3014D（16通道集电极开路输出模块）：继电器、电磁阀、信号灯等的输出；

DAM-3013D（16通道光电隔离输入模块）：对位置传感器、火焰开关等等信号的输入；

上位的组态软件显示各个控制点的状态的实时信息，显示各温度和压力测试点的曲线和历史数据，同时，也可以在这里设置相关的参数。

方案说明：

为了使加热炉的温度控制均匀，该方案中，在炉窑内共分布放置了16个加热点，这16个加热点被分成8个大喷嘴和8个小喷嘴，大小喷嘴被交错安装在锅炉内，通过对大小喷嘴控制阀的控制，可以调节16个点的加热温度，达到准确控制炉温和温度分布均匀的要求。

该方案的控制过程是：首先，检查风机压力、燃气压力和空气压力，如果均正常，则点火，通过火焰开关检测是否点火成功，如果不成功，就关闭相关电磁阀，如果点火成功，就根据设定温度值和实际温度值的差，来确定是打开大火喷嘴阀门，还是开启小火喷嘴阀门，从而实现对温度的控制。

Barber Colman 80CC-11001-02-0-00 Sequence Module #5483

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