CN102619580B - 一次调频控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种一次调频控制方法及系统，该方法包括：判断汽轮机组是否出现超速保护控制OPC或功率负荷不平衡PLU动作；如果是，切断一次调频控制回路的功率控制回路，并输入阀位控制指令，输出阀位控制回路调门指令。本发明能在地区电网出现孤网运行时及时切除一次调频控制回路中的功率控制回路，提高了地区孤网运行的频率稳定水平。
Description
技术领域
本发明是关于发电机组一次调频技术，特别是关于电网孤网运行时发电机组一次调频技术，具体的将是关于一次调频控制方法及系统。
背景技术
电网运行时，由于局部电网故障、极端天气或地质灾害的发生以及人为操作失误等原因，可能导致与主网联系薄弱的地区电网与主网解列，出现孤网运行的情况。孤网运行时系统频率变化剧烈，如果控制措施不当，极可能出现大面积停电事故。
孤网运行研究关注的焦点倾向于调整孤网频率，使之维持在额定频率附近。一次调频回路是维持电网运行在额定频率附近的重要保障，但目前的一次调频回路都仅适用于电网频率小范围的波动，对大范围的频率波动则无能为力，甚至起到相反的作用。
电网正常运行时，所有发电机组具备一次调频功能，当电网频率变化超过死区后，汽轮机功率相应进行自动调整，减少电网频率的变化幅度。常规一次调频控制回路传递函数框图如图1所示。在图1中，ω为汽轮机转速标么值；Pref为参考功率(正常运行方式下为CCS侧发出的负荷指令)，当Pref＝1时对应调门的最大开度为100％；PG为电磁功率反馈值；PCV1输出一次调频控制回路调门指令。当出现扰动时，调门指令经电液伺服系统控制汽轮机调门开度进行连续调节，保证系统的稳定。常规一次调频控制回路具有两个功能，一是汽轮机转速偏离额定转速时，该回路的控制效果是使转速偏差减小，更靠近额定转速；二是在电磁功率偏移参考功率的情况下，该回路能使电磁功率逐渐等于参考功率。
但是，常规一次调频控制回路中电磁功率的反馈在孤网运行方式下会影响调频性能，这是由于孤网发生的瞬间，电磁功率是突变的，一次调频控制回路采集电磁功率的反馈信号也会发生突变，致使进入PI控制器后造成控制偏差，表现为调节方向与外界负荷需求方向相反，发生极大反调，极易触发机组超速保护功能(Overspeed Protection Controller OPC)多次动作。比如在功率过剩的小地区孤网运行时，为保持发电与负荷的实时平衡，电磁功率变小，而机械功率暂时维持不变，引起机械功率与电磁功率不平衡。这时常规一次调频回路的上述两个功能都开始起作用，转速偏差信号发出关小调门的指令，电磁功率反馈回路控制效果却是开大调门，而电网此时一次调频需要的却是关小调门。此时，电磁功率的反馈回路在该孤网运行方式下起到了相反的作用。一次调频回路是维持电网运行在额定频率附近的重要保障，但目前的一次调频回路都仅适用于电网频率小范围的波动，对大范围的频率波动则无能为力，甚至起到相反的作用。
以某地区孤网运行为例，该地区有四台30万千瓦的火电机组，而地区负荷较低，只有40万千瓦左右，正常方式下该小地区电网通过两台变压器与500KV主网联系，并上送部分功率，如果两台变压器突然跳闸，则该小地区孤网运行，面临高频问题。在上送功率7万千瓦的情况下，如小地区孤网运行，则常规一次调频控制回路对其频率进行调控。动态过程中电磁功率1和机械功率2的变化如图2所示，电磁功率先变大，然后再变小，而并非理想的直接变小，这将加剧电磁功率与机械功率的不平衡，导致频率飞升更严重，如图3所示。若上送功率继续增大，则电磁功率突变会增大，在此一次调频控制回路控制动态过程中电磁功率反调值也增大，致使孤网频率增大，高频问题严重，很容易触发OPC动作，对电力系统稳定造成破坏。而且由于功率反馈控制一直存在，OPC动作后电网将不能稳定，如图4所示。
发明内容
本发明提供一种一次调频控制方法及系统，以提高地区孤网运行的频率稳定水平。
为了实现上述目的，在一实施例中，本发明提供一种一次调频控制方法，该方法包括：判断汽轮机组是否出现超速保护控制OPC或功率负荷不平衡PLU动作；如果是，切断一次调频控制回路的功率控制回路，并输入阀位控制指令，输出阀位控制回路调门指令。
为了实现上述目的，在另一实施例中，本发明还提供一种一次调频控制系统，该系统包括：判断单元，判断汽轮机组是否出现超速保护控制OPC或功率负荷不平衡PLU动作；阀位控制单元，当汽轮机组未出现OPC或PLU动作时，切断一次调频控制回路的功率控制回路，并输入阀位控制指令，输出阀位控制回路调门指令。
本发明实施例的有益效果在于，本发明能在地区电网出现孤网运行时及时切除一次调频控制回路中的功率控制回路，提高了地区孤网运行的频率稳定水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为现有技术中一次调频控制回路示意图；
图2为出现地区孤网运行时现有的一次调频控制回路的电磁功率和机械功率变化示意图；
图3为出现地区孤网运行时现有的一次调频控制回路的频率变化示意图；
图4为出现地区孤网运行时现有的一次调频控制回路的频率振荡示意图；
图5为本发明实施例一次调频控制方法流程图；
图6为本发明实施例的阀位控制回路图；
图7本发明实施例上送功率不触发OPC动作时孤网频率变化示意图；
图8本发明实施例上送功率触发OPC动作时孤网频率变化示意图；
图9本发明实施例孤网机端频率振荡示意图；
图10为输入阀位控制指令时的电网频率变化示意图；
图11为输入阀位控制指令时机械功率与电磁功率的变化示意图；
图12本发明实施例一次调频控制系统的结果框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
图1所示的常规一次调频回路适合于电网频率小范围波动的运行方式，该回路能使频率维持在50HZ左右，同时使电磁功率靠近参考功率。但是在小地区孤网运行时，发电和负荷的不平衡造成频率大范围波动，功率控制回路对于频率的稳定往往会起到相反的作用。
为了解决现有技术中的问题，如图5所示，本实施例提供一种一次调频控制方法，该方法包括：判断汽轮机组是否出现超速保护控制OPC或功率负荷不平衡PLU动作S501；如果是，切断一次调频控制回路的功率控制回路，并输入阀位控制指令，输出阀位控制回路调门指令S502。
当汽轮机组未出现OPC或PLU动作时，依次经由频率控制回路、功率控制回路，输出一次调频控制回路调门指令。
下面结合图6至图11详细说明本实施例，图6为本发明实施例的阀位控制回路图，图6与图1的区别在于，图1中的一次调频控制回路包括频率控制回路及功率控制回路，而图6的阀位控制回路中仅包括频率控制回路。
在图6中，ω为汽轮机转速标么值；Pref为可手动给定的阀位控制指令，当Pref＝1时对应调门的最大开度为100％；PCV2输出阀位控制回路调门指令。当出现扰动时，调门指令经电液伺服系统控制汽轮机调门开度进行连续调节，保证系统的稳定。
下面简单介绍一下机组的超速保护控制及功率负荷不平衡。
机组的超速保护控制(Overspeed Protection Controller OPC)是指：当汽轮发电机组转速升到103％额定转速，即对应机组机端频率上升至51.5Hz时，通过快速关闭中压调节汽阀和高压调节汽阀，使机组维持在额定转速运行，避免转速升高过快而遮断停机的保护功能。等转速(或频率)下降后，或者延时一段时间后，调节汽门按要求速率开启。
功率负荷不平衡(power-load unbalance PLU)是指：电网瞬时故障情况下，提高电网暂态稳定的一种措施。当汽轮机机械功率大于发电机有功功率预设值时，迅速关闭中压(或高、中压)调节汽门，延时一段时间后，调节汽门按要求速率开启。功率负荷不平衡功能动作比一次调频靠后一些，但动作调节幅度较一次调频大很多，当PLU功能只动作中压调节汽门时，一般是调节机组运行负荷的三分之二左右。
系统正常运行时，所有发电机组采用如图1所示常规一次调频控制回路，当电网频率变化超过死区后，汽轮机功率相应进行自动调整，减少电网频率的变化幅度。
当地区电网与主网联系的通道故障跳闸，则小地区电网就会孤网运行，如果频率变化剧烈，则汽轮机数字电液调节系统(Digital Electric HydraulicControl System DEH)自动切换到阀控方式，原理如图6所示。与切换前的常规一次调频回路相比，阀控方式下的发电机组仍然具备一次调频功能，只是切除了功率控制回路，需要输入阀位控制指令Pref，投入DEH阀位控制，阀位控制指令Pref可以手动给定。
上述系统正常运行与孤网运行的界定是：是否OPC或者PLU的动作。OPC或PLU未动作，系统属于正常运行范围，采用如图1所示的常规一次调频回路；一旦OPC或PLU动作，系统自动切换至孤网运行范围，采用阀位控制回路。在OPC及PLU动作期间，调速功能闭锁。
在小地区电网与正常联系时(即没有出现孤网运行时)，一次调频控制回路仍然是常规一次调频，包括频率控制回路及功率控制回路。只有在与主网联系断开并且频率大范围波动时，一次调频回路才会自动地由常规一次调频切换到阀控方式。阀控方式下能很方便地把频率调整到50HZ左右，较之常规一次调频回路，阀控方式能大幅度提高电网频率稳定水平。下面以具体的实例说明本发明的有益效果：
以某小地区孤网情况为例进行说明。该地区共有四台火电机组，两台30万千瓦机组及两台33万千瓦机组，最大装机容量为126万千瓦。该地区平均负荷为52万千瓦，过剩功率通过两台500kV变压器送至高一级电网。一旦该地区这两台变压器发生跳闸故障(N-2)，该地区电网就会孤网运行。
假设某工况时该地区电网中一台火电机组发电15万千瓦，其他三台火电机组各发14万千瓦时，两台500kV变压器上送功率为7万千瓦。此时若发生孤网运行情况，则孤网频率变化如图7所示，机端频率最高上升到51.37Hz，然后逐渐稳定到50.18Hz。在此过程中，OPC或PLU均未动作，系统在图1所示的常规一次调频控制回路控制下最终恢复稳定。
此7万千瓦的上送功率为不触发OPC动作的极限功率情况，若孤网上送功率继续增大，则电磁功率突变会增大，在此一次调频控制回路控制动态过程中电磁功率反调值也增大，致使OPC动作，进入孤网运行工况，频率控制自动切换至阀位控制回路进行控制。孤网频率变化如图8所示，暂态过程中机端频率最低跌至48.58Hz，最高上升到51.59Hz，然后逐渐稳定到50.43Hz。暂态过程中OPC动作一次。
当发电机组出力逐渐增加，乃至某工况时该地区电网中两台火电机组发电22万千瓦，其他三台火电机组各发23万千瓦时，两台500kV变压器上送功率为40万千瓦，。此时若发生孤网运行情况，则孤网频率变化如图9所示，暂态过程中机端频率最低跌至48.26Hz，最高上升到51.69Hz，然后逐渐稳定到50.69Hz。暂态过程中OPC动作一次。
采用本发明技术方案，可提高孤网运行极限30万千瓦，大幅度提升送电能力及电网稳定水平。
阀控方式可以手动输入参考功率Pref的值，即当暂态过程后若其频率稳定在高于额定频率50Hz的一个频率值运行时，可通过合理减小Pref的值，使电网频率稳定在50Hz附近。
某孤网工况暂态过程后频率稳定在51.05Hz，一分钟后运行人员将Pref的值从1改为0.6，则电网频率会在49.8Hz稳定运行，图10为输入阀位控制指令时的电网频率变化示意图，图11为输入阀位控制指令时机械功率与电磁功率的变化示意图。
如图12所示，本实施例提供一种一次调频控制系统，该系统包括：判断单元1201及阀位控制单元1202，判判断单元1201断汽轮机组是否出现超速保护控制OPC或功率负荷不平衡PLU动作；当汽轮机组未出现OPC或PLU动作时，阀位控制单元1202切断一次调频控制回路的功率控制回路，并输入阀位控制指令，输出阀位控制回路调门指令。
如图1所示，一次调频控制回路包括频率控制回路及功率控制回路，频率控制回路可以根据汽轮机组的反馈转速及额定转速得到，功率控制回路可以根据汽轮机组的参考功率及电磁功率的反馈值得到功率差值，并对所述转速偏差值及功率差值进行PID调节。
当判断单元1201没有判断到出现超速保护控制OPC或功率负荷不平衡PLU动作时，汽轮机组按照图1的一次调频控制回路进行调频，输出一次调频控制回路调门指令。
当判断单元1201判断到出现超速保护控制OPC或功率负荷不平衡PLU动作时，说明出现地区孤网运行，阀位控制单元1202切断一次调频控制回路的功率控制回路，并输入阀位控制指令，输出阀位控制回路调门指令。
本发明实施例的有益效果在于，在小地区电网与正常联系时(即没有出现孤网运行时)，一次调频控制回路仍然是常规一次调频，即包括频率控制回路及功率控制回路。只有在与主网联系断开并且频率大范围波动时，一次调频回路才会自动地由常规一次调频切换到阀控方式(切断功率控制回路，输入阀位控制指令)。阀控方式下能很方便地把频率调整到50HZ左右，较之常规一次调频回路，阀控方式能大幅度提高电网频率稳定水平。
以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一次调频控制方法，其特征在于，所述的方法包括：
判断汽轮机组是否出现超速保护控制OPC或功率负荷不平衡PLU动作；
如果是，切断一次调频控制回路的功率控制回路，并输入阀位控制指令，输出阀位控制回路调门指令。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当汽轮机组未出现OPC或PLU动作时，依次经由频率控制回路、功率控制回路，输出一次调频控制回路调门指令。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的一次调频控制回路包括：频率控制回路及功率控制回路。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的频率控制回路用于根据汽轮机组的反馈转速及额定转速得到转速偏差值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的功率控制回路用于根据汽轮机组的参考功率及电磁功率的反馈值得到功率差值，并对所述转速偏差值及功率差值进行PID调节。
6.一次调频控制系统，其特征在于，所述的系统包括：
判断单元，判断汽轮机组是否出现超速保护控制OPC或功率负荷不平衡PLU动作；
阀位控制单元，当汽轮机组未出现OPC或PLU动作时，切断一次调频控制回路的功率控制回路，并输入阀位控制指令，输出阀位控制回路调门指令。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述的一次调频控制回路包括：频率控制回路及功率控制回路。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的频率控制回路用于根据汽轮机组的反馈转速及额定转速得到转速偏差值。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述的功率控制回路用于根据汽轮机组的参考功率及电磁功率的反馈值得到功率差值，并对所述转速偏差值及功率差值进行PID调节。
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| 韩英昆.1000MW火电机组DEH一次调频控制方式应用与探讨.《华东电力》.2008,第36卷(第3期),第95-98页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| CN102619580A (zh) | 2012-08-01 |
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