目前，大型火电厂汽轮机控制系统普遍采用数字电液控制系统(简称“DEH”)来实现对汽轮机运行中的监测、调节与保护。DEH系统分专用型与通用型两种，其本质均为以计算机为基础的数字式控制系统，是一种离散控制系统。
离散控制系统对于输入信号采用固定间隔时间进行采样，具有以下几个方面的优点：(1)相对于模拟量控制系统提高了对输入信号的测量精度;(2)相对于大型的过程工业控制系统，数据通信采用数字格式，数字信号抗干扰能力要比模拟量信号强，提高了数据通信的可靠性;(3)相对于采用现场总线的控制系统，可以采用同一信道传送多路信号;(4)可以实现复杂的先进控制逻辑，控制系统的设计具有灵活性和易用性;(5)相对于模拟量控制系统可以减少由于输入信号带来的噪声，提高控制系统的可靠性。但这种控制系统也有以下缺点：(1)由于连续的模拟量转换为具有一定时间间隔的数字量，降低了系统的可靠性; (2)由于被控制系统本质上是连续系统，执行机构的动作方式也是连续的，数字控制系统的输出在对执行机构进行控制前需要转换为模拟量，在转换过程中会丢失部分信息;(3)在A/D和D/A转换过程以及程序执行过程中引入了时间滞后。
离散控制系统存在一个扫描周期，对于DEH系统来说，控制功能确定后，扫描周期的缩短就意味着控制器与数据通信总线负荷率的提高，而这是有明确规定的[1]。按照规程[2]的要求,控制器的处理周期应满足模拟量控制系统不大250ms，开关量控制系统不大于100ms，快速处理回路中，模拟量控制系统不大于125ms，开关量控制系统不大于50ms。这一控制周期对汽轮机的控制、尤其是保护回路的功能是有影响的，处理不好，会造成保护误动或拒动，后果可能十分严重。
1 汽轮机PLU功能介绍
部分汽轮机控制系统中，设置有功率-负荷不平衡(power-load imbalance，简称“PLU”)功能，其目的主要是防止汽轮机在突然甩负荷时发生超速，典型做法是：将再热器出口压力作为汽轮机的机械功率信号，将发电机电流作为汽轮机电功率信号，当汽轮机电功率瞬间减少(变化率大于某一定值)且汽轮机机械功率与电功率的差值大于某一设定值时，快关高、中压调门，达到快速减小机械功率的目的。
早期的PLU功能一般是通过专用卡件来实现，汽轮机电功率用发电机电流表征，扫描周期基本在10ms以内，应用多年很少见异常报道。但近几年部分新建或改造机组多倾向于采用将DEH与分散控制系统(简称“DCS”)一体化设计，而新的DEH系统可能缺少PLU功能的专用卡件，设计者只好通过软件逻辑回路来实现PLU功能，汽轮机电功率的表征方式也从发电机电流改为发电机功率[3]，这产生了两个方面的问题，一是功率变送器本身在输入信号快速变化时，输出信号会畸变的问题[4]; 二是因软件逻辑回路的扫描周期受控制器工作能力的制约无法设置过低(一般会设置为50ms以上，比如设置为100ms)，由此而造成的故障判断问题。在某些异常工况下，上述两个问题对PLU功能会产生严重的影响，本文在不考虑功率变送器造成的信号畸变情况下，重点讨论扫描周期对PLU功能的影响，。
2 扫描周期对PLU功能的影响
输电线路开关重合闸的现象时有发生，特别是在一些雷电多发地区。由于输电线路开关重合闸的时间一般在100ms以内，目前采用软件回路搭建的PLU控制回路扫描周期也在同一数量级。根据采样定理，采样频率至少应为信号测量频率的一半，并且功率变送器的测量时间常数也在100ms左右，因此对于电功率的采样就存在相当大的误差。而在PLU功能中，电功率的变化率被作为一个重要的判据来使用的，控制系统扫描周期不同，系统计算出来的变化率就会有差异，以电功率变送器测量值的变化率作为PLU功能的判据是否合适就值得深入讨论。
图1是PLU功能中电功率变化率测量仿真模块。按电功率变送器时间常数为100ms，采样系统以零阶保持模拟，按电功率先下降至0，100ms后重合闸成功，功率恢复，建立电功率测量回路模型。设电功率开始下降与采样时刻重合，分别以100ms,50ms,10ms的扫描周期对电功率信号变化率进行采样，所得仿真结果如图2、图3与图4所示。
由图4可见，不同的扫描周期下电功率的变化率不同，扫描周期越短，变化率就越大。由于采样时刻很可能不与事故发生时刻重合，当采样时刻与事件发生时刻不同时，其变化率也不相同，具体数据如表1所示。
可见，当采样时刻与事故时刻相同时，同一信号源下，扫描周期越小，电功率变化率的计算结果越大;当扫描周期相同时，采样时刻比事故时刻越滞后，电功率变化的计算结果越小。这一结果说明，在汽轮机PLU功能中，条件“汽轮机电功率瞬间变化率大于某一定值”是否满足，与扫描周期以及采样时刻密切相关，当扫描周期较大时，同一外界事故下，该条件可能被满足也可不被满足，此时PLU动作有一定的不确定性。由于专用卡件的扫描周期较短，这一问题影响不大，但当使用软件回路实现PLU功能时，PLU功能是否可正常动作，汽轮机电功率瞬间变化率的设置值就格外重要，由于该值受扫描周期以及采样时刻的影响，通常也较难以确定。
目前许多机组DEH改造项目倾向于用软件组态的PLU逻辑代替原来由硬卡件所实现的PLU功能，由于DEH软件组态扫描周期较长(一般都为50ms以上)，因此采用类似的功率变化率方式的PLU组态容易误动和拒动[3]。如果要使汽轮机PLU保护功能的正确动作，建议采用硬卡件所实现的保护逻辑，并且硬卡件的计算时间应小于10ms。
3 扫描周期对于汽轮机甩负荷的影响
对于采用超速保护控制(overspeed protection control,简称“OPC”)预关调门、防止汽轮机超速保护功能的机组，扫描周期的快慢影响不大，而采用纯转速控制来控制汽轮机超速的机组，采样时间的快慢则有一定的影响。如图5是汽轮机甩负荷模型，设转子时间常数为8s，汽轮机时间常数为0.3s，阀门时间常数为0.3s，转速不等率为5%，摩擦力矩为额定负荷的2.5%。改变不同的扫描周期(200ms、100ms、50ms、10ms)，仿真结果表明扫描周期对于甩负荷工况下的最高飞升转速有一定影响，但影响不大，具体结果如表2。但是如果以200ms采样速率运行，则甩负荷时刻与采样时刻的偏差带来了一定的延迟时间，使转速飞升更高，一般的，延时100ms的话，约增加30r/min的转速飞升。
4 对常规转速调节和一次调频的影响
由于汽轮机的主要容积环节为再热器容积环节和转子惯性环节，其再热器时间常数大于10s，转子时间常数大于6s。因此，常规DEH控制系统中的扫描周期都可满足转速调节的要求。对于一次调频等常见的电网频率扰动，其频率扰动时间通常均大于1s，而小于1s的频率扰动较少，因此DEH控制扫描周期对其影响不大。
5 结论
(1)控制系统的扫描周期对汽轮机安全运行有一定影响，对于快速处理回路，规程中对扫描周期的规定“模拟量控制系统不大于125ms，开关量控制系统不大于50ms”的要求有时也无法满足实际需要;
(2)汽轮机的PLU功能应通过专用硬件卡件实现，如使用软件逻辑实现时，应尽可能的缩短控制器的扫描周期，合理确定电功率变化率的定值，但这也不足以确保该功能的正常动作，此类的改造需慎重;
(3)对于纯转速调节下的甩负荷工况，扫描周期越短，最高飞升转速越低。对于采用保护方式(如OPC)实现甩负荷功能的系统，影响较小;对于常规转速调节和一次调频控制功能，扫描周期小于200ms均可适用。
