CN102629762B

CN102629762B - 基于浮动频差调节和变速率负荷指令修正的一次调频方法

Info

Publication number: CN102629762B
Application number: CN201210121915.9A
Authority: CN
Inventors: 潘杨; 贾庆岩
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-04-24
Also published as: CN102629762A

Abstract

本发明公开了一种基于浮动频差调节和变速率负荷指令修正的一次调频方法，涉及一种火力发电机组一次调频技术领域。本一次调频控制器以工业控制服务器为核心并配置相应外围通讯端口，其软件控制模块包括快速频率延时计算单元、绝对值计算单元、频率变化速率判断单元、保持脉冲计算单元、通用频率延时计算单元、不等率增益计算单元、不等率曲线函数计算单元、补偿限制单元和模拟量指令输出选择单元。本发明采用浮动频差调节和变速率负荷指令修正以及引入一次调频系统紧急补偿方式，为电网频率安全提供了有效保障。此方法适用于一种具有规模小、频率波动频繁、变化幅度大和稳定周期长特征的电网。

Description

基于浮动频差调节和变速率负荷指令修正的一次调频方法

技术领域

本发明涉及一种火力发电机组一次调频技术领域，特别涉及一种基于浮动频差调节和变速率负荷指令修正的一次调频方法；此方法适用于一种具有规模小、频率波动频繁、变化幅度大和稳定周期长特征的电网。

背景技术

电力系统频率是电力系统运行参数中最重要的参数之一，电力系统频率变化会对发电机和系统的安全运行带来严重影响，把电力系统频率控制在很小的变化范围内是电力系统安全稳定运行的主要目标。

一次调频控制功能是汽轮发电机组并网运行的基本和必备功能之一，它是由一次调频控制系统具体实现。实现原理是：当电网负荷变化引起电网的频率发生变化后，针对频率偏差量，通过汽轮发电机组在一次调频控制系统的作用下自动地增加(电网频率下降时)或减小(电网频率升高时)自身的功率，从而实现限制电网频率变化。一次调频控制功能作为通过调节发电机组负荷来稳定电网频率的手段，既要满足电网侧无延时性的要求，又要保证机组本身安全、平稳运行^[1]。

按调频方式分类，一次调频控制系统包括汽轮机侧的数字式电液控制系统(DEH)一次调频(方式一)、机组协调控制(UCC)一次调频(方式二)、DEH和UCC联合一次调频(方式三)三种方式^[2]。

具体地，目前，原系统并网机组的一次调频控制系统设计普遍以DEH和UCC的联合一次调频方式为基础，如图1所示。调频方法是：将电网频差因子(以50Hz为基准)转换成负荷增减量信号后，一方面是将其叠加于汽轮机调节阀控制指令，以改变调节阀开度，并利用锅炉蓄热快速增减机组负荷，以满足电网频率要求；另一方面是改变锅炉负荷指令，将主蒸汽压力维持在安全范围内。

小型区域电网由于其电网规模小、装机容量少、电网稳定性差和电能质量水平低，一般来说，其电网频率波动随着负荷段的变化波动剧烈。有数据表明，其一天内的电网频率波动范围在49Hz～50.5Hz之间；而大型电网电能质量较好，电网频率波动范围普遍在49.9～50.1Hz之间。因此，将DEH和UCC的联合一次调频方式在应用于小型区域电网时，投运过程中，剧烈波动的频率(±0.3～0.5Hz)直接导致网内机组一次调频控制系统频繁动作，出现机组负荷指令急升、急降的现象。由于火力发电机组动态响应存在较大的滞后特性，在高频负荷指令变动的情况下，容易造成机组运行不稳定。机组多项主参数(主汽温、主汽压、汽包水位)波动幅度较大，从而引起协调控制系统自动切除。严重时，机组部分参数甚至接近机组安全运行底限值，影响了发电机组的安全稳定运行。

[1]马素霞，马庆中，张龙英，中间再热机组一次调频特性研究[J].热能动力工程，2010，25(1)；

[2]郑航林.一次调频控制策略的优化[J].热力发电，2008，37(9)。

发明内容

本发明的目的就在于克服现有技术存在缺点和不足，提供一种基于浮动频差调节和变速率负荷指令修正的一次调频方法。

本发明的技术方案是：

一、基于浮动频差调节和变速率负荷指令修正的一次调频系统(简称本一次调频系统)

本一次调频系统包括主机设备；

设置有本一次调频控制器；

本一次调频控制器分别与汽轮机调阀开度计算单元和机组负荷指令计算单元连接，实现一次调频控制功能。

本一次调频控制器以工业控制服务器为核心并配置相应外围通讯端口，其软件控制模块包括快速频率延时计算单元、绝对值计算单元、频率变化速率判断单元、保持脉冲计算单元、通用频率延时计算单元、不等率增益计算单元、不等率曲线函数计算单元、补偿限制单元和模拟量指令输出选择单元；

其交互关系是：

快速频率延时计算单元、绝对值计算单元、频率变化速率判断单元、保持脉冲计算单元、通用频率延时计算单元依次交互，实现变速率负荷指令修正方式判断；

通用频率延时计算单元、不等率增益计算单元、模拟量指令输出选择单元509依次交互，实现浮动频差调节下的变速率负荷指令修正；

不等率曲线函数计算单元、补偿限制单元、模拟量指令输出选择单元依次交互，实现紧急工况下的负荷指令修正。

二、基于浮动频差调节和变速率负荷指令修正的一次调频方法(简称方法)

本方法包括下列步骤：

①将电网频率信号f_act按照快速频率延时计算单元定义的传递函数方程

进行计算，得到延时后的电网频率信号f_k；

②将电网频率延时信号f_k与电网频率信号f_act进行求差计算，得到瞬时电网频率相对变化量Δf_k；

③对Δf_k进行求绝对值计算，得到瞬时电网频率绝对变化量Δf^* _k；频率变化速率判断单元通过对Δf^* _k的计算分析，通过保持脉冲计算单元得到瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码C₁(0，1)；

④通用频率延时计算单元按照补偿方式代码C₁(0，1)的要求，利用传递函数方程

对电网实时频率信号f_act进行处理计算，实现浮动频差调节，得到电网频率延时信号f_c，并与电网实时频率信号f_act进行比较计算，得到实时电网频差信号Δf_c；

⑤不等率增益计算单元根据机组不等率斜率K_δ，按照方程ΔP₁＝K_δ×Δf_c，计算出实时机组有功功率补偿量ΔP₁，通过汽轮机调阀开度计算单元驱动汽轮机开、关调阀，改变进汽流量，进而改变机组有功功率，实现机组有功功率的快速补偿；

⑥不等率曲线函数计算单元按照机组不等率函数，实时对电网频率f_act同标准电网频率50Hz的频差值进行计算，得到机组有功功率紧急补偿量ΔP₂和机组安全限幅后机组有功功率紧急补偿量ΔP^* ₂；

⑦不等率函数计算单元同时监测实时电网频率f_act数值，当f_act＞50.2Hz或者f_act＜49.0Hz时，得到一次调频系统紧急补偿方式代码C₂(0，1)；

⑧模拟量指令输出单元根据一次调频系统紧急补偿方式代码C₂(0，1)进行判断，在C₂(0，1)＝1时将ΔP_B赋值为ΔP^* ₂，在C₂(0，1)＝0时将ΔP_B赋值为ΔP₁；⑨通过机组负荷指令计算单元、锅炉给煤机指令计算单元、锅炉给水泵指令计算单元、锅炉送风机指令计算单元，分别计算出锅炉给煤量指令β、锅炉给水量指令ω、锅炉风量指令μ，驱动锅炉给煤机、给水泵、送风机设备，改变锅炉燃烧率，使锅炉负荷同机组负荷指令要求相匹配。

本发明具有以下优点和积极效果：

①采用浮动频差调节，能够克服电网频率长周期偏离50Hz所引起的一次调频控制系统持续输出补偿量而无法回复到频差死区内的弊端，能够保持机组的持续调频能力，为后期响应提供调频裕量；

②采用频率变化速率判断单元，能通过实时监测电网频率的变化速率，选择一次调频系统所采用的调频方式(快速、慢速)。在电网频率慢速变化时，一次调频系统能采用慢速调频模式进行负荷指令补偿，维持电网的稳定性；在电网频率因外部负荷变化突变时，一次调频控制系统能够依靠快速调频模式及时响应负荷的变化，大幅度增加或者减少机组出力，满足电网的调频要求。快、慢速调频模式的区分，能提高网内火力发电机组对小型区域电网频率特性的适应能力，并且克服了机组负荷指令随着频差实时变化而造成的大幅、快速增减现象；

③引入一次调频系统紧急补偿方式，使一次调频控制系统在电网频率出现极端工况时，能够及时为电网提供负荷支撑，为电网频率安全提供了有效保障。

附图说明

图1是原一次调频控制系统的结构框图；

图2是本一次调频控制系统的结构框图(简图)；

图3是本一次调频控制系统的结构框图(详图)；

图4是本一次调频控制器硬件结构图；

图5是电力系统频率-功率关系图；

图6是软件实时运算处理模块流程图；

图7是工程试验测试结果。

图中：

000-原一次调频控制器；

100-汽轮机调阀开度计算单元；

200-汽轮机DEH调节伺服卡，201-汽轮机进汽调节阀组；

300-机组负荷指令计算单元；

400-锅炉给煤机指令计算单元，401-给煤机电机；

500-一次调频控制器，

501-快速频率延时计算单元，

502-绝对值计算单元，

503-频率变化速率判断单元，

504-保持脉冲计算单元，

505-通用频率延时计算单元，

506-不等率增益计算单元，

507-不等率曲线函数计算单元，

508-补偿限制单元，

509-模拟量指令输出选择单元；

600-锅炉给水泵指令计算单元，601-锅炉给水泵；

700-锅炉送风机指令计算单元；

701-送风机电机。

800-工程师室配置服务器硬件连接图；

900-电子设备间配置连接图；

1000-分散控制系统网络布置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明：

一、本一次调频系统(单调节回路)

1、总体

如图2、3，本一次调频系统包括主机设备：汽轮机调阀开度计算单元100、汽轮机DEH调节伺服卡200、汽轮机进汽调节阀组201、机组负荷指令计算单元300、锅炉给煤机指令计算单元400、给煤机电机401、锅炉给水泵指令计算单元600、汽动给水泵601、锅炉送风机指令计算单元700和送风机电机701；

其连接关系是：

汽轮机调阀开度计算单元100、汽轮机DEH调节伺服卡200、汽轮机进汽调节阀组201依次连接，实现汽轮机组进汽量控制，进而控制汽轮机组有功功率；

机组负荷指令计算单元300、锅炉给煤机指令计算单元400、给煤机电机401依次连接，实现锅炉按照机组负荷指令要求，相应改变锅炉燃料量；

机组负荷指令计算单元300、锅炉给水泵指令计算单元600、汽动给水泵601依次连接，实现锅炉按照机组负荷指令要求，为锅炉变负荷提供相匹配的给水流量；

机组负荷指令计算单元300、锅炉送风机指令计算单元700、送风机电机701依次连接，实现锅炉按照机组负荷指令要求，为锅炉燃烧提供合适的配风；

设置有本一次调频控制器500；

本一次调频控制器500分别与汽轮机调阀开度计算单元100和机组负荷指令计算单元300连接，实现一次调频控制功能。

本一次调频控制器500以工业控制服务器为核心并配置相应外围通讯端口，其软件控制模块包括快速频率延时计算单元501、绝对值计算单元502、频率变化速率判断单元503、保持脉冲计算单元504、通用频率延时计算单元505、不等率增益计算单元506、不等率曲线函数计算单元507、补偿限制单元508和模拟量指令输出选择单元509；

其交互关系是：

快速频率延时计算单元501、绝对值计算单元502、频率变化速率判断单元503、保持脉冲计算单元504、通用频率延时计算单元505依次交互，实现变速率负荷指令修正方式判断；

通用频率延时计算单元505、不等率增益计算单元506、模拟量指令输出选择单元509依次交互，实现浮动频差调节下的变速率负荷指令修正；

不等率曲线函数计算单元507、补偿限制单元508、模拟量指令输出选择单元509依次交互，实现紧急工况下的负荷指令修正。

2、功能块

1)主机设备

①汽轮机DEH(数字电液控制系统)调节伺服卡200及汽轮机进汽调节阀组201

汽轮机采用一次中间再热、单轴和凝式汽轮机，配备全周汽轮机进汽调节阀组201。汽轮机DEH由电气原理设计的敏感元件、数字电路(计算机)以及按液压原理设计的放大元件和液压伺服机构组成。

汽轮机进汽调节阀组201的功能是实现汽轮机组进汽量控制，进而控制汽轮机组有功功率。

②给煤机电机401

给煤机电机401包括皮带式给煤机，并配合有双进双出钢球磨煤机、碗式直吹磨煤机或中储式给粉机。

给煤机电机401的功能是实现锅炉按照机组负荷指令要求，相应改变锅炉燃料量。

③锅炉给水泵601

锅炉给水泵601一般采用两台50％BMCR(锅炉最大连续出力)的汽动给水泵和一台30％BMCR的电动给水泵；

或者采用两台60％BMCR汽动给水泵，或者采用三台50％BMCR电动给水泵。

锅炉给水泵601的功能是实现锅炉按照机组负荷指令要求，为锅炉变负荷提供相匹配的给水流量。

④送风机电机701

送风机电机701采用两台50％BMCR的轴流风机。

送风机电机701的功能是实现锅炉按照机组负荷指令要求，为锅炉燃烧提供合适的配风。

⑤汽轮机调阀开度计算单元100和机组负荷指令计算单元300均为控制系统软件组态程序，其功能是接收机组负荷指令，进行相应的运算后，再向下级控制器发送控制指令。

⑥汽轮机DEH调节伺服卡200、锅炉给煤机指令计算单元400、锅炉给水泵指令计算单元600和锅炉送风机指令计算单元700均为可编程控制器(PLC)，其功能是接收上级控制指令进行相应的数据处理后再驱动下级执行机构运行。

2)本一次调频控制器500

①快速频率延时计算单元501是：根据电网实时频率信号，通过惯性环节，得到快速延时后的电网频率；

②绝对值计算单元502是：对电网实时频率信号与快速延时后的电网频率信号之差进行绝对值处理；

③频率变化速率判断单元503是：对瞬时电网频率变化量绝对值的幅度进行判断，超过设定的门槛值即触发保持脉冲；

④保持脉冲计算单元504是：根据预先设定的脉冲时间，生成瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码，并使代码以脉冲信号的方式同其他单元进行交互；

⑤通用频率延时计算单元505是：根据瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码的要求，对电网实时频率进行计算处理，实现浮动频差调节功能；

⑥不等率增益计算单元506是：根据机组不等率，按照增益方程，计算出实时机组有功功率补偿量；

⑦不等率曲线函数计算单元507是：按照机组不等率函数，实时对电网频率同标准电网频率50Hz的频差值进行计算，得到机组有功功率紧急补偿量；同时监测电网实时频率，根据其范围生成相应的一次调频系统紧急补偿方式代码；

⑧补偿限制单元508是：对507计算出的机组有功功率紧急补偿量进行限幅处理；

⑨模拟量指令输出选择单元509是：根据一次调频系统紧急补偿方式代码，在正常情况下将机组有功功率补偿量作为输出，交互至机组负荷指令计算单元，在紧急情况下将机组有功功率紧急补偿量作为输出，交互至机组负荷指令计算单元。

如图4，本一次调频控制器500采用以骨架-系统网络为结构的分布式控制系统(DCS)作为硬件平台，并用特定软件对控制器进行编程设计，从而实现所要求的一次调频功能。

目前国内DCS主要厂家有：上海新华、南京科远、杭州优稳、浙大中控、和利时、浙江威盛、自仪股份、鲁能控制、国电智深、上海华文、上海乐华、浙江中自等；

国外DCS主要厂家有：西屋(艾默生)、FOXBORO、ABB、西门子、霍尼韦尔、横河、罗克韦尔、山武-霍尼韦尔公司、FISHER-ROSEMOUNT公司等。

DCS的系统网络有几大优点：首先，它能满足实时性的要求，能在确定的时间限度内完成信息的传送。这里所说的“确定”的时间限度，是指在无论何种情况下，信息传送都能在这个时间限度内完成，而这个时间限度则是根据被控制过程的实时性要求确定的；其次，它采用双总线、环形或双重星形的网络拓扑结构后，系统网络非常可靠，无论在任何情况下，网络通信都不会中断；第三，为了满足系统扩充性的要求，系统网络上可接入的最大节点数量应比实际使用的节点数量大若干倍。这样，一方面可以随时增加新的节点，另一方面也可以使系统网络运行于较轻的通信负荷状态，以确保系统的实时性和可靠性，并具有很强在线网络重构功能。

DCS系统采用完全对现场I/O处理并实现直接数字控制(DDC)功能的网络节点。一般一套DCS中要设置现场I/O控制站，用以分担整个系统的I/O和控制功能。这样既可以避免由于一个站点失效造成整个系统的失效，提高系统可靠性，也可以使各站点分担数据采集和控制功能，有利于提高整个系统的性能。

DCS利用工程师站进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护的网络节点，其主要功能是提供对DCS进行组态，配置工作的工具软件(即组态软件)，并在DCS在线运行时实时地监视DCS网络上各个节点的运行情况，使系统工程师可以通过工程师站及时调整系统配置及一些系统参数的设定，使DCS随时处在最佳的工作状态之下。

3、本系统工作原理

为了实现网调所要求的一次调频功能，火力发电机组都设计了一次调频控制系统。如图5(电力系统频率-功率关系曲线)，电力系统平衡运行点为a，如果系统中的负载增加ΔP_L，则总负荷静态频率特性变为P_L1，假设这时系统内的所有机组均无调速器，机组的输入功率恒定为P_T，且等于P_L，则系统频率将下降，负载所取用的有功功率逐渐减小。

依靠负荷调节效应，系统达到新的平衡，运行点移到b点，频率稳定值下降到f₃，系统负载所取用的有功功率仍然为原来的P_L值。在这种情况下，频率偏差值Δf决定于ΔP_L值的大小，一般是相当大的。

但是，实际上各火力发电机组都设计有一次调频控制系统，当系统负载增加，频率开始下降后，一次调频控制系统开始工作，驱动功率调节器动作，增加机组的输入功率P_T。经过一段时间后，在c点稳定运行，频率为f₂，这时系统负载所取用的功率为P_L2，小于额定频率下所需要的功率P_L1。此时的频率偏差Δf要比功率调节器时小得多了，这种调节作用通常称为一次调频。

二、方法

1、本方法的相关工作过程

根据电力系统运行的情况，可将频率按照不同的数值区间划分，分别讨论相应工况下本一次调频控制器500的工作过程。

1)慢速率负荷指令修正方式

该方式的工作工况是：电网频率在49～50.2Hz之间波动，在某一时刻，时刻电网频率因为负荷用户的增加或减少而下降或上升，且下降或上升速率＜0.01Hz/min。

此时，快速频率延时计算单元501所计算出的延时后电网频率信号f_k同实时电网频率f_act的差值即为瞬时电网频率相对变化量Δf_k，绝对值计算单元502对Δf_k进行绝对值运算后，输出瞬时电网频率绝对变化量Δf^* _k与频率变化速率判断单元503进行交互。由于此时Δf^* _k＜0.01Hz/min，保持脉冲计算单元504通过运算会判定瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码C₁(0，1)为状态字“0”，通用频率延时计算单元505接收“0”状态字后，按照预先设计好的慢速惯性环节时间常数进行运算。这样的工作方式即称为慢速率负荷指令修正方式。

在主运算回路方面，实时电网频率f_act首先交互至通用频率延时计算单元505，得到运算后的电网频率延时信号f_c，并同实时电网频率f_act进行求差运算，得到电网频差信号Δf_c。这种频差不同于传统的基于50Hz频率基准的计算方式，而是实时动态变化产生一定的频差量，因此称为浮动频差调节方式。

不等率增益计算单元506则依据机组不等率增益斜率K_δ，计算出频差信号Δf_c所对应的实时机组有功功率补偿量ΔP₁。ΔP₁一方面直接叠加到汽轮机调阀开度计算单元100，驱动汽轮机进汽调节阀组201动作，提前增加汽轮机进汽流量，形成机组负荷的快速响应；另一方面交互至机组负荷指令计算单元300，进而驱动给煤机电机401、汽动给水泵601、送风机电机701，从而改变锅炉维持后续负荷所需的煤量、水量、风量，确保一次调频动作后，机组能进入相应的稳定工况。

此方式的特点是，只有少量的调频补偿量参与机组的调节，目的是满足电网频率在缓慢下降或上升(速率＜0.01Hz/min)的过程中，网内各机组的一次调频系统对电网负荷偏差的补偿进行微调。

2)快速率负荷指令修正方式

该方式的工作工况是：电网频率f_act在49～50.2Hz之间波动，在某一时刻，电网频率f_act因为负荷用户的增加或减少而下降或上升，且下降或上升速率＞0.01Hz/min。

此时，快速频率延时计算单元501所计算出的延时后电网频率信号f_k同实时电网频率f_act的差值即为瞬时电网频率相对变化量Δf_k，绝对值计算单元502对Δf_k进行绝对值运算后，输出瞬时电网频率绝对变化量Δf^* _k与频率变化速率判断单元503进行交互。由于此时Δf^* _k＞0.01Hz/min，保持脉冲计算单元504通过运算会判定瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码C₁(0，1)为状态字“1”，通用频率延时计算单元505接收“1”状态字后，会将输出的延时电网频率f_c按照上一运算周期的数值进行保持，保持时间已预先在该单元中设置。这样的工作方式即称为快速率负荷指令修正方式。

由于通用频率延时计算单元505的输出信号f_c保持不变，在后续一段时间内，频差信号Δf_c的数值会随着实时电网频率f_act的逐步下降或上升一直增大，致使不等率增益计算单元506的所输出的实时机组有功功率补偿量ΔP₁绝对值一直增大。因此，同慢速率负荷指令修正方式相比，在单位时间内，机组对电网频率的变化提供更多的负荷响应，实现了快速频率响应。

此方式的特点是：一次调频系统认为电网频率下降或上升速率过快，因此提供更多的调频补偿量参与机组的调节，目的是满足电网频率在快速下降或上升(速率＞0.01Hz/min)的过程中，网内各机组的一次调频系统迅速补偿电网缺口负荷或快卸盈余电量，减缓系统频率的下降或上升速率。

3)紧急负荷指令修正方式

该方式的工作工况是：电网频率f_act在某一时刻，突降至49.0Hz以下或者突升至50.2Hz以上

此时，不等率曲线函数计算单元507一方面根据机组不等率特性曲线计算出该时刻电网频率f_act同电网频率基准值50Hz之间的偏差，并计算出此频率偏差所对应的机组有功功率补偿量ΔP₂，然后同补偿限制单元508交互，实现机组有功功率补偿的安全限幅功能，最终得到机组安全限幅后机组有功功率紧急补偿量ΔP^* ₂。

另一方面，不等率曲线函数计算单元507将一次调频系统紧急补偿方式代码C₂(0，1)至状态字“1”，交互至模拟量指令输出选择单元509，将其输出ΔP_B赋值为ΔP^* ₂，并交互至机组负荷指令计算单元300，进而驱动给煤机电机401、汽动给水泵601、送风机电机701，从而改变锅炉维持后续负荷所需的煤量、水量、风量，确保一次调频动作后，机组能进入相应的稳定工况。

此方式的特点是：一旦电网频率降至49Hz以下或者升至50.2Hz，一次调频控制器即认为此时电网频率的变化已经超出了安全范围，立即将一次调频控制方式转为紧急模式，通过大幅度增加或者减少机组有功功率，补偿或者快卸电网多余电量，使电网频率快速恢复至正常值范围。

2、软件设计

图6为一次调频控制器500工作时的软件运算流程图。

软件运算按照以下步骤进行：

第0：本周期运算开始；

第1：实时电网频率变化速率计算Δf_k；(对应方法步骤①，②)

第2：绝对值计算，求得Δf^* _k；(对应方法步骤③)

第3：进行Δf^* _k＜0.01Hz/min判定，是则进入第4步骤，否则跳转至第6步骤；(对应方法步骤③)

第4：将C₁(0，1)状态字置“0”；

第5：利用传递函数f_c(t)＝1/(1+20s)×fact(t)计算f_c，并跳转至第8步；(对应方法步骤④)

第6：将C₁(0，1)状态字置“1”；

第7：将f_c(t)保持上一运算周期值N秒；

第8：用方程Δf_c＝fact-f_c计算频差；(对应方法步骤④)

第9：由频差Δf_c计算一次调频补偿功率ΔP₁；(对应方法步骤⑤)

第10：进行f_act＜49.0Hz或f_act＞50.2Hz判定，是则进入第11步骤，否则跳转至第12步骤；(对应方法步骤⑦)

第11：将ΔP_B赋值为ΔP₁，跳转至第15步骤；(对应方法步骤⑧)

第12：根据机组不等率特性曲线计算ΔP₂；(对应方法步骤⑥)

第13：限幅运算得到ΔP^* ₂；(对应方法步骤⑥)

第14：将ΔP_B赋值为ΔP^* ₂，进入第15步骤；(对应方法步骤⑧)

第15：本周期运算结束。

三、测试结果

图7是将基于浮动频差调节和变负荷指令修正的一次调频控制系统应用于工程试验中所获得的实时机组主要参数数据。该系统在实际汽轮发电机组投运过程中，表现出了对小型区域电网频率的高频、大幅波动特性的良好适应性，且同时能够使机组的一次调频能力满足电网调度指标要求。

Claims

1.一种基于浮动频差调节和变速率负荷指令修正的一次调频系统，包括主机设备；

所述的浮动频差是指电网频率延时信号f_c与电网实时频率信号f_act之差；

其特征在于：

设置有本一次调频控制器（500）；

本一次调频控制器（500）分别与汽轮机调阀开度计算单元（100）和机组负荷指令计算单元（300）连接，实现一次调频控制功能；

本一次调频控制器（500）以工业控制服务器为核心并配置相应外围通讯端口，其软件控制模块包括快速频率延时计算单元（501）、绝对值计算单元（502）、频率变化速率判断单元（503）、保持脉冲计算单元（504）、通用频率延时计算单元（505）、不等率增益计算单元（506）、不等率曲线函数计算单元（507）、补偿限制单元（508）和模拟量指令输出选择单元（509）；

其交互关系是：

快速频率延时计算单元（501）、绝对值计算单元（502）、频率变化速率判断单元（503）、保持脉冲计算单元（504）、通用频率延时计算单元（505）依次交互，实现变速率负荷指令修正方式判断；

通用频率延时计算单元（505）、不等率增益计算单元（506）、模拟量指令输出选择单元（509）依次交互，实现浮动频差调节下的变速率负荷指令修正；

不等率曲线函数计算单元（507）、补偿限制单元（508）、模拟量指令输出选择单元（509）依次交互，实现紧急工况下的负荷指令修正；

所述的快速频率延时计算单元(501)是：根据电网实时频率信号f_act，通过惯性环节，得到快速延时后的电网频率信号f_k;

所述的绝对值计算单元(502)是：对电网实时频率信号f_act与快速延时后的电网频率信号f_k之差，即瞬时电网频率相对变化量Δf_k进行绝对值处理，得到瞬时电网频率变化量绝对值Δf^* _k;

所述的频率变化速率判断单元(503)是：对瞬时电网频率变化量绝对值Δf^* _k的幅度进行判断，超过设定的门槛值即触发保持脉冲；

所述的保持脉冲计算单元(504)是：根据预先设定的脉冲时间，生成瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码C₁(0,1)，并使其以脉冲信号的方式同其他单元进行交互；

所述的通用频率延时计算单元(505)是：根据瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码C₁(0,1)的要求，对电网实时频率f_act进行计算处理：当瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码C₁(0，1)为状态字“1”时，即将本计算单元输出的电网频率延时信号f_c保持上一周期计算值，实现快速率负荷指令修正；当瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码C₁(0,1)为状态字“0”时，即通过传递函数方程

对电网实时频率信号f_act进行处理计算，输出的电网频率延时信号f_c，实现慢速率负荷指令修正；

所述的不等率增益计算单元(506)是：根据机组不等率斜率K_δ，按照增益方程，计算出实时机组有功功率补偿量ΔP₁;

所述的不等率曲线函数计算单元(507)是：按照机组不等率函数，对电网实时频率f_act同标准电网频率50Hz的频差值进行计算，得到机组有功功率紧急补偿量ΔP₂；同时监测电网实时频率f_act，根据其范围生成相应的一次调频系统紧急补偿方式代码C₂(0,1);

所述的补偿限制单元(508)是：对不等率曲线函数计算单元(507)计算出的机组有功功率紧急补偿量ΔP₂进行限幅处理，得到机组安全限幅后机组有功功率紧急补偿量ΔP^* ₂;

所述的模拟量指令输出选择单元(509)是：根据一次调频系统紧急补偿方式代码C₂(0,1)，在正常情况下将实时机组有功功率补偿量ΔP₁作为输出，交互至机组负荷指令计算单元，在紧急情况下将机组安全限幅后机组有功功率紧急补偿量ΔP^* ₂作为输出，交互至机组负荷指令计算单元。

2.根据权利要求1所述的一次调频系统的基于浮动频差调节和变速率负荷指令修正的一次调频方法，其特征在于：

①将电网实时频率信号f_act按照快速频率延时计算单元定义的传递函数方程进行计算，得到快速延时后的电网频率信号f_k;

②将快速延时后的电网频率信号f_k与电网实时频率信号f_act进行求差计算，得到瞬时电网频率相对变化量Δf_k;

③对Δf_k进行求绝对值计算，得到瞬时电网频率变化量绝对值Δf^* _k;频率变化速率判断单元通过对Δf^* _k的计算分析，通过保持脉冲计算单元得到瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码C₁(0,1);

对电网实时频率信号f_act进行处理计算，当瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码C₁(0,1)为状态字“1”时，即将本计算单元输出的电网频率延时信号f_c保持上一周期计算值，实现快速率负荷指令修正；当瞬时一次调频系统负荷指令的补偿方式代码C₁(0，1)为状态字“0”时，即通过传递函数方程

对电网实时频率信号f_act进行处理计算，输出的电网频率延时信号f_c，实现慢速率负荷指令修正，最后，将得到电网频率延时信号f_c，与电网实时频率信号f_act进行比较计算，得到实时电网频差信号Δf_c;

⑤不等率增益计算单元根据机组不等率斜率K_δ，按照增益方程ΔP₁＝K_δ×Δf_c，计算出实时机组有功功率补偿量ΔP₁,通过汽轮机调阀开度计算单元驱动汽轮机开、关调阀，改变进汽流量，进而改变机组有功功率，实现机组有功功率的快速补偿；

⑥不等率曲线函数计算单元按照机组不等率函数，对电网实时频率f_act同标准电网频率50Hz的频差值进行计算，得到机组有功功率紧急补偿量ΔP₂,继而计算出机组安全限幅后机组有功功率紧急补偿量ΔP^* ₂;

⑦不等率曲线函数计算单元同时监测电网实时频率f_act数值，当f_act＞50.2Hz或者f_act＜49.0Hz时，将一次调频系统紧急补偿方式代码C₂(0,1)置状态字“1”；

⑧模拟量指令输出单元根据一次调频系统紧急补偿方式代码C₂(0,1)进行判断，在C₂(0，1)＝1时将机组负荷指令补偿量ΔP_B赋值为ΔP^* ₂，在C₂(0，1)＝0时将机组负荷指令补偿量ΔP_B赋值为ΔP₁，最终送至机组负荷指令计算单元；

⑨将机组负荷指令计算单元所计算出的结果，分别输出至锅炉给煤机指令计算单元、锅炉给水泵指令计算单元、锅炉送风机指令计算单元，分别计算出锅炉给煤量指令β、锅炉给水量指令ω、锅炉风量指令μ，驱动锅炉给煤机、给水泵、送风机设备，改变锅炉燃烧率，使锅炉负荷同机组负荷指令要求相匹配。