一、DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本原理

DEH調(diào)節(jié)的原理方框圖如圖?4－56所示。該系統(tǒng)實(shí)際上為模擬—數(shù)字、功率—頻率、電子—液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其采樣信號(hào)除轉(zhuǎn)速為數(shù)字量外，其余采用信號(hào)均為模擬量，因此送入計(jì)算機(jī)前需經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A／D）轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)字處理和運(yùn)算，其輸出數(shù)字量經(jīng)數(shù)／模轉(zhuǎn)換器（D／A）變成模擬量后送至電液轉(zhuǎn)換器，將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成液壓信號(hào)，此液壓信號(hào)作用于油動(dòng)機(jī)以控制主汽門(mén)及調(diào)節(jié)汽門(mén)的開(kāi)度，使汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速或功率發(fā)生變化。系統(tǒng)中的給定值，有轉(zhuǎn)速給定及功率給定，可以數(shù)字量輸入，也可以模擬量輸入。

該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程可簡(jiǎn)要分析如下：由圖4－56可見(jiàn)，轉(zhuǎn)速和功率信號(hào)形成了兩個(gè)反饋回路，當(dāng)外界負(fù)荷變化時(shí)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速變化，頻率采樣器產(chǎn)生的模擬電壓信號(hào)通過(guò)模／數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并輸入到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)算出結(jié)果后，再經(jīng)數(shù)／模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬量輸入至電液伺服閥，控制閥門(mén)的開(kāi)度，使汽輪機(jī)的功率做相應(yīng)地改變。同樣道理，功率變化信號(hào)也經(jīng)過(guò)采樣器和模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)與轉(zhuǎn)速的相應(yīng)信號(hào)相比較，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)的變化值相互抵消時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作結(jié)束。

該系統(tǒng)的調(diào)節(jié)規(guī)律是PI（比例、積分）調(diào)節(jié)，而且是多回路的串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)由內(nèi)回路和外回路組成，內(nèi)回路可加速調(diào)節(jié)過(guò)程，外回路則可保證輸出嚴(yán)格等于給定值；PI調(diào)節(jié)規(guī)律既保證了對(duì)系統(tǒng)信息的運(yùn)算處理和放大，其積分環(huán)節(jié)又可保證消除靜態(tài)偏差，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)。

二、DEH調(diào)節(jié)系統(tǒng)的組成

1、電子控制器：包括數(shù)字計(jì)算機(jī)、混合數(shù)模插件、接口和電源設(shè)備。主要用于給定、接受反饋信號(hào)、邏輯運(yùn)算和發(fā)出指令進(jìn)行控制。

2、操作系統(tǒng)：即操作員站，主要包括操作盤(pán)、圖像站、顯示器和打印機(jī)。

3、油系統(tǒng)：主要負(fù)責(zé)向系統(tǒng)提供潤(rùn)滑油系統(tǒng)和高壓抗燃油系統(tǒng)。

4、執(zhí)行機(jī)構(gòu)：主要負(fù)責(zé)控制汽閥。

5、保護(hù)系統(tǒng)：主要用于快關(guān)調(diào)節(jié)閥，電氣危急遮斷停機(jī)，機(jī)械超速保護(hù)和手動(dòng)停機(jī)裝置作為停機(jī)備用裝置。

三、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性

1、汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度不等率與靜特性曲線　

在汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，穩(wěn)定工況下轉(zhuǎn)速與功率之間的關(guān)系曲線稱(chēng)為靜特性曲線（圖1-33）；如果穩(wěn)定狀態(tài)下，系統(tǒng)中的負(fù)荷從零變化到滿(mǎn)載，則相應(yīng)的系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速的變化值與額定轉(zhuǎn)速之比，即δn=Δnmax/n0稱(chēng)為整個(gè)系統(tǒng)的平均速度不等率（速度變動(dòng)率）；如果穩(wěn)定狀態(tài)下，機(jī)組的負(fù)荷從零變化到滿(mǎn)載，則相應(yīng)的機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化值與額定轉(zhuǎn)速之比，即δ=Δnmax/n0稱(chēng)為汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度不等率（又稱(chēng)速度變動(dòng)率）。

汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的速度不等率是一個(gè)非常重要的參數(shù)。它的合理與否直接影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行情況，同時(shí)，也將對(duì)電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。一般機(jī)組要求速度不等率在3％~6％之間可調(diào)，出廠時(shí)設(shè)定為4％~5％。

2、汽輪機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷自動(dòng)分配

并網(wǎng)運(yùn)行是指電網(wǎng)中有兩臺(tái)及以上汽輪發(fā)電機(jī)向用戶(hù)供電的運(yùn)行方式。這時(shí)，如果不考慮機(jī)組之間電力的相互作用的話(huà)，電網(wǎng)中各處的頻率是相等的。由于轉(zhuǎn)速與頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以，電網(wǎng)中的各臺(tái)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速也是一樣的。即使具有半速的汽輪機(jī)的情況下，各個(gè)轉(zhuǎn)速之間也將保持固定的比例關(guān)系。而用戶(hù)的耗電量等于各臺(tái)汽輪機(jī)的功率的總和。

假設(shè)電網(wǎng)中有兩臺(tái)并列運(yùn)行的汽輪機(jī)Ⅰ和 Ⅱ，其靜態(tài)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(shí)刻，兩臺(tái)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速均為n，根據(jù)它們的各自的靜態(tài)特性，其功率分別為ＰⅠ和ＰⅡ，如圖1-17所示。

若系統(tǒng)中用戶(hù)的耗電量增加了ΔΡ，外界負(fù)荷的增加，使得兩臺(tái)機(jī)組的轉(zhuǎn)速同時(shí)下降。同時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作，將兩臺(tái)機(jī)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(wěn)定后增加的出力必然與耗電量的增加相同，即△Ｐ=△ＰⅠ+△ＰⅡ

根據(jù)圖中的幾何關(guān)系，有

當(dāng)電網(wǎng)頻率變化時(shí)，各臺(tái)汽輪機(jī)分擔(dān)的負(fù)荷相對(duì)變化量為

推廣到一般情況，任意臺(tái)汽輪機(jī)分擔(dān)的負(fù)荷相對(duì)變化量為

所以，我們由此得出結(jié)論：一臺(tái)汽輪機(jī)分擔(dān)的負(fù)荷，與該汽輪機(jī)的功率與整個(gè)系統(tǒng)的總功率之比成正比，而與該汽輪機(jī)的速度不等率與整個(gè)系統(tǒng)的速度不等率之比成反比。

3、汽輪機(jī)速度不等率的選取

（1）從一次調(diào)頻能力考慮

由式（５－１）可知，如果某臺(tái)機(jī)組的速度不等率遠(yuǎn)比電網(wǎng)的平均速度不等率小，則當(dāng)電網(wǎng)頻率變化時(shí)，該機(jī)組的負(fù)荷變化特別劇烈；如果該機(jī)組的速度不等率遠(yuǎn)比電網(wǎng)的平均速度不等率大，則當(dāng)電網(wǎng)頻率變化時(shí)，該機(jī)組的負(fù)荷變化就很小。因此，應(yīng)當(dāng)使電網(wǎng)中的機(jī)組的速度不等率盡量接近，同時(shí)，考慮到大機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性較好，啟動(dòng)復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)使大型機(jī)組承擔(dān)基本負(fù)荷，因此適合采用較大的速度不等率，提高其年利用小時(shí)數(shù)。而中、小型機(jī)組經(jīng)濟(jì)性差，啟動(dòng)過(guò)程較簡(jiǎn)單，使其承擔(dān)尖峰負(fù)荷和調(diào)頻任務(wù)，適合采用較小的速度不等率。

（2）從機(jī)組本身的運(yùn)行穩(wěn)定性考慮

在汽輪機(jī)數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（DEH）中，1/Kf=δ，就代表汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜特性曲線的斜率。速度不等率數(shù)值和靜特性曲線的形狀、位置，都可以采用電路或數(shù)字的形式任意設(shè)定。

從機(jī)組本身的運(yùn)行穩(wěn)定性看，速度不等率的倒數(shù)就是速度系統(tǒng)的增益（比例系數(shù)）1/δ=Kf，因此，速度不等率越小，則系統(tǒng)增益越大，系統(tǒng)越不穩(wěn)定。因此速度不等率不能過(guò)小，一般不能小于?1.2％。

四、一次調(diào)頻（速度控制）原理

1、單元機(jī)組負(fù)荷控制系統(tǒng)和原理

在負(fù)荷控制階段，DEH系統(tǒng)的負(fù)荷控制回路接受設(shè)定值形成回路輸出的功率定值信號(hào)P0和汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)n、功率反饋信號(hào)PE和調(diào)節(jié)級(jí)壓力反饋信號(hào)p1，根據(jù)DEH系統(tǒng)控制方式進(jìn)行控制運(yùn)算，輸出當(dāng)前運(yùn)行方式下的蒸汽流量請(qǐng)求值，經(jīng)閥門(mén)管理程序處理，變?yōu)殚y門(mén)位置請(qǐng)求信號(hào)，去控制高壓調(diào)門(mén)開(kāi)度，控制機(jī)組負(fù)荷。功率控制回路由速度控制、功率控制、調(diào)節(jié)級(jí)壓力控制和閥門(mén)管理等環(huán)節(jié)組成，其原理簡(jiǎn)圖如圖3－8所示。

2、一次調(diào)頻（速度控制）原理

機(jī)組并列后，運(yùn)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(gè)“死區(qū)—線性—限幅”非線性環(huán)節(jié)（如圖3－8所示）和一個(gè)比例控制器P組成，當(dāng)死區(qū)為0且限幅未發(fā)生作用時(shí)，速度校正器的輸出為?

式中kf——速度校正器的比例系數(shù)（增益）。

而整個(gè)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(shè)定值形成回路輸出的功率設(shè)定值P0與加速度校正值y1之和。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速n等于額定轉(zhuǎn)速n0時(shí)，速度校正值此等于0，無(wú)需進(jìn)行速度校正。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降時(shí)，速度校正值y1大于0，P1大于P0，速度控制作用使汽機(jī)閥門(mén)開(kāi)度增大，機(jī)組輸出功率增加。校正器的比例放大系數(shù)kf越大，速度校正值y1越大，機(jī)組一次調(diào)頻任務(wù)越重。所以P1也稱(chēng)為頻率校正后的負(fù)荷設(shè)定值。

大型單元中間再熱機(jī)組參與電網(wǎng)一次調(diào)頻，采用“死區(qū)—線性—限幅”速度校正（圖1-33），是因?yàn)橄到y(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，不希望電網(wǎng)頻率經(jīng)常性的小波動(dòng)影響機(jī)組出力，故將速度偏差經(jīng)過(guò)死區(qū)處理，以濾掉速度信號(hào)中的高頻低幅干擾；當(dāng)轉(zhuǎn)速偏差超過(guò)死區(qū)后，速度校正值則與偏差Δn之間呈線性關(guān)系；在頻差超出一定范圍時(shí)，中間再熱機(jī)組的負(fù)荷適應(yīng)能力受鍋爐變負(fù)荷能力的限制而采取了限幅措施。

并網(wǎng)后，一般在低負(fù)荷時(shí)，機(jī)組不參與電網(wǎng)的調(diào)頻，所以設(shè)置了一次調(diào)頻的負(fù)荷下限。為了機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)電網(wǎng)頻率基本穩(wěn)定在額定值時(shí)，機(jī)組對(duì)頻率的微小波動(dòng)不產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，因此在額定轉(zhuǎn)速附近設(shè)置了死區(qū)。同時(shí)，還可以根據(jù)機(jī)組的實(shí)際情況，限定本機(jī)組參與調(diào)頻的負(fù)荷變化量的大小。這些功能如圖1－33所示。

圖?1－33中，當(dāng)頻率變化超過(guò)額定頻率?！?r/min=±0.033Hz時(shí)，才起調(diào)節(jié)作用，參與調(diào)頻的負(fù)荷變化量限定為?8％，相當(dāng)于電網(wǎng)頻率變化上±2r/min=±0.2Hz?。也有的系統(tǒng)，對(duì)參與調(diào)頻的機(jī)組僅限制其增負(fù)荷或減負(fù)荷的變化量，如圖1－35和圖及1－36所示。

在DEH系統(tǒng)中，校正環(huán)節(jié)中的不靈敏區(qū)的寬度（即死區(qū)）和比例放大系數(shù)1/δ=Kf可以很方便地由控制系統(tǒng)維護(hù)人員進(jìn)行調(diào)整，從而改變機(jī)組的一次調(diào)頻能力。死區(qū)愈寬，機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)頻的能力愈差，死區(qū)趨向無(wú)窮大時(shí)，相當(dāng)于速度反饋回路已切除，機(jī)組帶基本負(fù)荷運(yùn)行，可以保證大型機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

比例放大系數(shù)可根據(jù)機(jī)組在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)的大小來(lái)選擇，即機(jī)組承擔(dān)的一次調(diào)頻百分比確定。調(diào)頻任務(wù)重，比例放大系數(shù)大，即速度不等率愈小，反之亦然。調(diào)整比例放大系數(shù)即改變了機(jī)組的速度不等率，即改變了機(jī)組的一次調(diào)頻負(fù)荷比例。

頻率一次調(diào)節(jié)是控制系統(tǒng)頻率的一種重要方式，是二次調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。但由于它的作用衰減性和調(diào)整的有差性，不能單獨(dú)依靠一次調(diào)節(jié)來(lái)控制系統(tǒng)頻率。要實(shí)現(xiàn)頻率的無(wú)差調(diào)整，必須依靠頻率的二次調(diào)節(jié)。