摘要：火电机组在生产运行过程中会出现低频振荡故障问题，本文针对火电机组振荡发生的原因机理、故障原因，提出了相关抑制低频振荡控制方法，并展开仿真研究。
关键词：低频振荡；火电机组；发生成因；机理；仿真研究
在火电机组生产运行过程中，需要分析其调节系统PID参数与汽轮机调速系统参数，深入了解火电机组有功功率振荡机理及成因，做好相关仿真研究。 一、火电机组低频振荡的发生故障问题以及成因分析
（一）故障问题
火电机组在发生低频振荡过程中需要分析其设备运行历史曲线，结合一次调频控制回路参数，同时调取电厂端PMU历史数据，结合振荡事件发生时的机组运行状态对振荡原因进行原因分析。某厂#1机组在功率控制方式下进行汽轮机阀序切换，过程中机组负荷有抖动趋势，运行人员将功率控制方式切除，改为阀控方式下进行，同时电网频率从50.030Hz降至49.960
Hz，频率波动0.07Hz，过程中转速最大波动4.8r/min，机组负荷发生强迫性振荡，振幅高达30MW。针对此次故障现象及机组动作参数分析、计算该机组在低频振荡状态下的理论负荷变化量，结合有功振荡负荷变化量展开对比分析，确保二者数据近似甚至统一。按照电网要求，该机组调频理论动作量应该控制在5.7375MW附近，通过调取机组实际历史趋势发现，机组实际动作负荷为30.078MW，远远超出理论动作量，造成机组负荷发生振荡现象。综上分析，可以初步判断该机组低频振荡发生的主要成因，大体来讲包含两点：第一，在一次调频修正回路时回路参数过大；第二，在阀控方式下，一次调频快速回路作用表现过强，当一次调频动作时，高调阀大幅度频繁动作；第三，汽轮机配气曲线与实际流量特性不符，导致该机组发生低频振荡不安全事件。 要精准确定振荡源，首先要调取电网侧运行数据，分析确定是否由于电网频率震荡导致电源侧发生振荡现象，同时也要同步调取PMU数据，特别是对临近电源对侧PMU数据进行分析；其次要根据汽轮机转速以及机组有功功率变化数据，在同时间段内变化情况进行定量分析；第三要确定事故发生前是否存在软件故障、阀门卡涩等相关设备故障。根据以上三方面分析，确定振荡现场源自于火电机组本身内扰。一旦火电机组出现低频振荡问题，机组在短时间内就会引发出力不平衡问题，甚至会导致机组解列，影响电网安全稳定运行。
（二）故障发生成因
在进行原因分析过程中，首先要熟悉火电机组DEH侧功率回路控制原理及一次调频功能原理，根据振荡曲线分析火电机组DEH侧阀门配气曲线是否偏离实际特性，并了解机组汽轮机组一次调频的组态情况，做好参数调整工作。在先后调取两次负荷振荡历史过程中发现，汽轮机组DEH功率控制回路中PID控制参数作用表现较强，且汽轮机配气曲线与阀门实际特性不符，主要体现在CV1/CV2与CV3重叠度存在严重偏离等问题。若机组稳定运行在此工况点，极易造成机组负荷振荡。
通过分析，确定该机组发生低频振荡的的主要成因是汽轮机配气曲线存在问题，需要对阀门间的重叠度进行优化配置，通过试验确定其合理参数。设备方面可以采用喷嘴调节汽轮机，协调调节汽门。如果调节汽门未能完全开启，则需要适当调节开启汽门，保证汽门调节具有一定重叠度。不同类型的机组，重叠度一般不尽相同，配气阀门重叠度通常在10%左右。为了更精确地测试出阀门的重叠多，则需对该机组进行阀门流量特性试验，保证汽门在调节开启过程阀后压力达到阀前压力的90%左右，此时再进行开启汽门。汽轮机调速系统的缺陷和不稳定是导致机组发生功率波动、振荡的重要原因，其故障点可能分部在DE H系统各个环节，此次故障主要聚焦于DEH系统的控制部分，然而调速系统的液压以及机械部分同样也可以导致机组的功率波动/振荡，本次故障分析以及随后进行的机组带负荷动态试验为今后类似问题的查和处理提供了一种思路，即汽轮机调门的力量特性试验可以直观、较快地确定调速系统存在的问题，当机组在运行过程中发生不明原因的波动/振荡时，可以采用类似的试验方式查原因。
二、火电机组低频振荡故障问题的仿真试验优化策略
（一）调门流量特性仿真试验优化策略
由于安装、检修、长期运行等因素，使汽轮机调速汽门实际流量特性发生偏离或改变，与DEH中设定的流量特性曲线不匹配，导致机组的负荷调节控制部平稳而产生有功功率非正常波动或振荡。目前解决该问题最有效的方法就是进行阀门实际流量特性仿真测试，对阀门行程进行重新标定，通过阀门流量特性试验掌握调速汽门的实际特性，解决其设定曲线与实际特性偏差问题，从而使阀门流量与机组负荷呈线性关系，保证机组稳定运行，避免低频振荡不安全事件的发生。通过动态试验和弗留格尔公式计算得到CV3的流量特性曲线，优化前后配汽曲线。
通过调取大量振荡趋势数据发现，在CV1/CV2与CV3之间存在重叠度与实际特性不匹配的可能性，动态试验结果验证了该判断是正确的，CV3的提前介入造成了机组负荷震荡，写入优化后的配气曲线，在低频振荡故障点重新进行试验，主蒸汽流量、CV3开度与机组负荷均呈现良好线性关系。
（二）配汽方式特性仿真试验优化策略
配汽特性仿真试验是通过响应软件模拟DEH中配气特性函数生成过程，并最终形成总流量指令与各高压调节汽门开度指令之间的关系，由于DEH控制的机组调节汽门开度指令与反馈之间具有良好的一致性，所以配汽特性仿真试验得到的也就是总流量指令与各高压调节汽门实际开度之间的关系；通过仿真试验，可以尽早发现汽轮机配汽特性函数的缺陷，更方便获得在不同配汽方式下的配汽特性曲线，可以检查阀点处高压调节汽门的动作情况，便于进行各调速汽门之间重叠度的调整，确保写入DEH组态中的配汽特性函数的正确性，提高机组运行安全性。
三、其它现场处理策略
低频振荡
调节系统PID控制中的比例环节对调节速度和系统稳定性影响很大，比例较大时，调节较灵敏，但系统稳定性较差；比例较小时，系统稳定性较好，但调节不灵敏。为了兼顾调节速度和系统稳定性，需要通过变负荷试验、阀切换试验等机组试验来得到调速系统各控制回路中优选的比例系数，实现机组负荷快速稳定，抑制低频振荡事件发生。
结合低频振荡故障发生成因，分析功控回路调节参数、机组主要运行参数及各调速汽门重叠度等因素，任何一项参数设置不合理均有可能造成机组有功波动或振荡不安全事件发生。为此，要求运行人员加强监盘，即在负荷振荡初期实施变负荷操作，避开调速汽门重叠区，等待负荷稳定以后再进行原因分析并加以处理。再者，电厂火电机组也需要展开阀门流量特性试验，保证高调阀门流量特性曲线能够与机组实际特性相互匹配，确保机组与电网安全稳定运行[1]。
总结：
综上，电厂火电机组、汽轮机组在低频振荡影响作用下容易导致电力系统运行不安全。因此需要对机组特性进行调节，优化控制品质对电力系统低频振荡产生重要影响，建立系统仿真模型以及优化机制，确保最终达到预期生产目标，彻底解决低频振荡故障问题。
参考文献：
[1] 郑恒,韩宝军,王煦,等. 超超临界机组低频振荡原因分析及抑制措施[J]. 电力与能源,2021,42(1):115-118.
[2] 张宝,丁阳俊,顾正皓,等. 基于抑制电力系统低频振荡的火电机组控制方式优化[J]. 中国电力,2020,53(2):137-141,149.
[3] 魏蒙希,邓伟,王旭. 超低频振荡机理分析与研究[J]. 电工技术,2020(21):1-4.
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