0 引言
随着计算机应用技术的普及，汽轮机电液控制系统替代机械液压调节系统已成为必然趋势。高性能的数字电液控制系统(DEH)本应很大程度地提高调节系统的响 应性能，但现有DEH存在着影响电网安全稳定的缺陷：电厂运行人员和DEH厂商通过设置较大死区或设置一次调频投切按钮，使汽轮机不参加一次调频;一次调 频逻辑中限幅限速环节的随意加入，以及DEH滞后时间长，降低了调速系统对电网频率的快速响应能力;人机界面上显示的参数与原理传递函数框图中参数不一 致，用户不了解其换算规律，当更换软件版本或人为修改整定参数后，不能直接推算相对应的稳定计算用模型的新参数，需要重新进行现场测试。
不同厂家生产的DEH设计原理也各不相同，有很大的随意性，且生产厂家未将控制原理框图提供给电厂，或提供的原理框图与实际情况不符，另外未提供DEH各 中间环节的测试手段，导致DEH成为已知模型结构但不易测量的“灰匣子”，[l-4]。
为了加强汽轮机调速系统技术管理，有必要开展DEH性能检测工作。在国家电网公司机网协调运行仿真分析实验室内，首次利用实时数字仿真系统(RTDS)搭 建了用于检测DEH的闭环平台，对DEH中影响电网安全稳定运行的功能特性进行了空载和负载试验，为规范DEH入网性能指标要求，加强一次调频等机网协调管理提供了技术依据。
1 DEH入网检测试验平台
RTDS是目前国际上一种先进的新型电网分析手段，可以仿真电力系统电磁暂态过程、机电暂态过程和中长期动态过程，进行电力系统自动装置的校核试验等。
DEH入网检测试验平台总体布局如图1所示，图中箭头表示各种信号的流向。从硬件结构看，该联合实时仿真系统分为实际设备、实时数字仿真系统、互联接口与监控平台4个部分。实际设备即为DEH，实时数字仿真系统为RTDS。互联接口是专门针对试验研制开发的用于检测DEH的信号转换仿真装置，将统一的电压信号转化为可以直接与DEH联接的各种现场模拟信号，保证信号准确传输，并对两系统起隔离保护作用。监控平台是负责对联合仿真系统进行总体调度的工作站，DEH的软件平台有图形显示、报警显示、数据库一览等功能，其工程师站可进行组态、算法修改等操作。RTDS的监控平台，用户借助软件可以在仿真作业 的任何时间通过局域网和系统交互操作[5-6]。
2 用于DEH入网检测闭环试验的模型
2.1 试验仿真系统
本次检测试验采用半实物仿真和纯数字仿真2种方法[6]。
(1) 在半实物仿真中，利用RTDS中控制系统组件搭建汽轮机执行机构、汽轮机本体和发电机的模型，RTDS通过D/A转换以物理量形式输出，进而通过信号转换 装置与实际DEH联接构筑起灵活方便的数字-物理实验回路。
(2) 在纯数字仿真中，在RTDS内部建立包括DEH及汽轮发电机组在内的闭环模型。DEH模型基于厂家提供的逻辑图进行搭建，通过半实物仿真和纯数字仿真2种 试验对比，确定DEH实物的真实模型。
2.2 用于半实物仿真的RTDS内部仿真模型
在RTDS内建立了如图2所示的单机无穷大电网模型。DEH的控制信号为RTDS内模型输出的转速、位移反馈、有功功率信号(图中用虚线标出)，经DEH 内部一次调频回路、功控回路等，输出伺服电压(电流)到RTDS模型实现对汽轮机的控制。
图2中电液转换器为放大环节，其传递函数为KEH，电液转换器后有一个限幅特 性以对其行程进行限制，油动机部分可视为积分环节，油动机的关闭和开启方向时间常数不同，分别Tc为界和To。 由于DEH有单阀和顺序阀控制2种阀门管理方式，各阀门都有独立的执行机构，检测模型可建立多个调节阀模型。主蒸汽压力模型采用 IEEE 标准模型。汽轮机本体模型，对于纯凝汽式汽轮机，其传递函数为1/(TcS+1), Tv为容积时间常数; 对于中间再热式汽轮机，其模型如图3所示。图3中Tch为高压调门汽室蒸汽容积时间常数;Trh为再热蒸汽 容积时间常数;Tco为中压缸及低压连通管蒸汽容积时间常数;FHP、FIP、FLP分 别为高、中、低3 缸所占整机的功率百分比，又称功率系数，且FHP+FIP+FLP=1;λ 为功率自然过调系数，是文献[7]提出的模型修正公式中的修正系数。汽轮机转子和发电机采用无穷大电网小信号模型 [7-9]。
3 试验内容
针对DEH中对电网安全和稳定关系重大的功能进行检测试验，试验分为空载试验和负载试验。通过检测试验，获得DEH 重要回路设计思想，确定回路控制参数，发现重要功能在硬件及软件上的设计缺陷，确定人机界面上显示参数与原理传递函数框图中参数的换算规律。利用RTDS 控制器模型库自定义元件，根据DEH的设计逻辑图，建立DEH模型，与实际DEH运行在相同电力系统环境中，进行相同的扰动试验，比较其响应结果。
空载试验包括：
(l)超速保护控制(OPC)功能检测：OPC保护是当汽轮机转速超过 3090 r/min 或达到规定的限制条件时动作，自动快速关闭调节汽门，暂时缩小电功率与机械功率的差距，有效地防止过大的振荡甚至失步。该功能检测的目的为判断OPC动作 的快速性和准确性。
(2)伺服卡参数检测：伺服卡一般为比例或比例积分环节，其参数为调速系统模型中的重要控制参数，影响机组的动态响应速度。当为比例积分控制器时，若过关和过开电压设置不当，易产生积分饱和，影响机组安全。检测试验对比实测参数值与厂家设定值差异，同时伺服卡应具有抗积分饱和功能。
负载试验包括：
(l)调速系统响应滞后时间检测：测量回路、系统运算、输出执行、位置反馈的整个控制回路的执行时间为系统动态响应时间，直接关系到整个系统的执行效率和反应速度。
(2)不等率、调频死区检测：不等率和调频死区为影响机组一次调频性能的重要参数，该检测可确定人机界面上显示参数与实测参数的差异。
(3)阀控回路和功控回路参数检测：这2个DEH的重要回路直接影响DEH控制性能，该检测可确定正确的传递函数框图与参数设置，提高调速系统仿真精度。
(4)不同负荷下的频扰试验：该项试验可检测DEH在不同负荷下软硬件工作的线性度。
(5)不同阀门控制方式(单阀和顺序阀)频扰试验：阀门管理程序能实现不同工况下2 种方式控制及相互间的无扰切换，保证机组的安全和运行效率。试验检测单阀和顺序阀切换程序式下各阀门伺服系统的工作状况，以及不同控制方式下各阀门伺服系统的工作状况。
4 存在的问题
检测试验中发现DEH存在以下问题：各厂家调速系统一次调频回路设置有区别，优劣性有待研究;伺服卡设计为比例或比例积分环节，不合理的伺服卡特性会导致积分饱和发生，给机组控制带来不利影响;某些调速系统响应滞后时间过长，严重影响了机组的负荷响应;各厂家PI控制器采用的算法不同，与人机界面显示参数存在不同的换算规律，给电网稳定计算模型中参数填写带来不便;某些调速器在本应为线性特性的情况下显现非线性，设计中存在缺陷。
列举2个案例：(l)在某型号DEH响应滞后时间检测中，在DEH转速反馈通道上施加转速阶跃信号，伺服电压滞后转速信号为1.345，一般系统动态响应 时间应不大于200ms。文献[4]中提到该种设计缺陷，曾导致机组转速飞升过高，超过3090 r/min ，触发103%超速保护动作，调门全关，给地区系统造成严重的冲击。(2)在某伺服卡参数检测中，发现试验检测值与内部设定值存在较大偏差，这将影响模型参数的可信度，建议厂家在DEH出厂前对伺服卡参数进行标定。表1为该伺服卡比例系数检测值与设定值的对比，检测值采用时域阶跃法得到。
5 结语
用RTDS技术开展DEH特性检测是一种先进的试验方法，一方面可紧密结合现场实际，进行许多现场难以完成的试验项目，全面考核DEH特性;另一方面，确 认DEH传递函数框图及参数，满足系统稳定计算、动态仿真的需求。
随着该项工作的深入开展，有利于针对汽轮机调速系统中对电网安全和稳定影响重大的功能特性作出技术要求，规范全网调速系统配置和具体功能，优化控制方案，使进入电网的调速系统具有合格的一次调频功能、快速的系统响应能力，提高电网应对紧急事故的能力。开展此项工作，也为机网协调运行监督提供了闭环管理手 段，对保障电网安全稳定运行具有重要意义。
参考文献
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[2]赵婷.华北电网调速系统人网检测方法研究[R].北京：华北电力科学研究 院，2007.
[3]赵婷，戴义平，高林.多区域电网一次调频能力分布对电网安全稳定运行的影响[J].中国电力，2006, 29(5):18-22.
[4]陈晓宣，李潜.张电1号机“7.7”事故剖析及隐患消除[J].华北电力技术，2005(3):48-52.
[5] 高源，陈允平，刘会金.电力系统物理与数字联合实时仿真[J].电网技术，2005,29(12):77-80.
[6]吴涛，苏为民，姚谦，等. 用RTDS进行自动励磁调节器性能检测试验[J]国际
