CN103346619A - 火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，该方法将电网频率变化分为无效扰动、有效扰动以及有效扰动中的频率大扰动和频率小扰动，定量评价机组一次调频的响应时间、稳定时间、机组转速不等率等具体的性能指标，而且能有效计算出机组小扰动下一次调频贡献电量和正确动作率、大扰动下机组转速不等率，并给出了在对机组一次调频性能的考核方法。本发明的有益效果：可长时间对机组一次调频动作性能进行计算监视，并对机组一次调频综合指标进行计算，量化考核方法，使省调专业人员能够全面掌握网内机组的一次调频性能。

Description

火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法

技术领域

本发明涉及一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法。

背景技术

随着电力技术的进步，单元机组的装机容量越来越大，对机组自动控制和故障处理能力也提出了较高要求，同时单元机组故障对电网的影响和冲击也越来越大。负荷增长和电网规模增大，特别是在特高压电网和大区电网互联的新形势下，对电网的供电质量要求也越来越高。当前电能已成为我们日常生活不可或缺的能源，频率是评价电能质量的重要指标，反映了发电有功功率和用电负荷之间的平衡关系，频率超过允许范围会影响电力系统稳定、用电设备的健康、用户的安全及经济效益，因此提高电力系统频率的稳定和及时的频率响应能力，确保高质量的电力供应，是十分重要的。火力发电机组一次调频功能是汽轮机调速系统根据电网频率的变化自动调节气门开度，改变汽轮机功率以适应负荷变化。由锅炉蓄能支持一次调频的能量，达到稳定电网频率，快速响应电网要求，弥补电网负荷差距，保障电网安全运行。

现有评价单台机组一次调频性能是采用动态性能综合指标：一般采用机组一次调频的响应时间、稳定时间、转速死区以及速度变动率等性能指标。然而，由于一次调频指标参数测评多变的动态特性，不能实时准确的计算出动态指标。许多省份和地区对机组一次调频的监测和考核方法有一定的研究，多数是对机组大小修或设备变动并网前进行一次调频试验，对某一特定稳态工况下一次调频试验结果进行判定，与实际运行中的调节性能存在偏差，无法全面实时准确的掌握机组一次调频动态性能。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中评价单台和多台机组一次调频动态调节性能不准确、不全面的问题，提出了一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，包括以下步骤：

一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，包括以下步骤：

（1）通过PMU主站采集电厂PMU子站现场数据，包括：机组母线频率、有功功率；

（2）确定机组一次调频的调整上限和调整下限；

（3）判断机组一次调频扰动是否为有效扰动；

（4）若为有效扰动,判断机组一次调频有效扰动是否为频率大扰动；

（5）若为有效扰动，且不是频率大扰动，判断是否为频率小扰动；

（6）大扰动发生后通过一次调频动作的功率动作极值来计算本次一次调频动作的转速不等率L；小扰动发生后计算一次调频响应区间内机组一次调频贡献电量H_i，当系统频率偏差超过规定的范围时,以机组一次调频死区点前两秒出力的平均值P₀为基点，向后积分发电变化量，直至系统频率恢复到机组动作死区以内；通过一次调频贡献电量H_i判定机组是否正确动作：有功功率变化量的积分值H_i的正负与频率变化方向判断一次调频动作与否，如电网频差Δf＝f_t-f_e＞0.033Hz时，H_i＜0则，则认为一次调频正确动作，否则认为一次调频不正确动作；

（7）电网发生扰动时启动对所有受考核机组的一次调频指标计算与考核：其中小扰动时计算机组一次调频正确动作率λ；当电网频率发生较大波动时，计算各机组一次调频考核性能的综合指标K。

所述调整上限和调整下限的判定方法为：机组功率在20%P_e-105%P_e范围之间且距离上次性能监测考核结束超过20秒时：

（a）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf<机组出力上限105%P_e，调整上限=当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf；

（b）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf>=机组出力上限105%P_e，调整上限=机组出力上限105%P_e；

（c）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf>机组出力下限20%P_e，调整下限=当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf；

（d）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf<=机组出力下限20%P_e，调整下限=机组出力下限20%P_e；

其中，P_e为机组的额定有功功率；

频差调整负荷量P_Δf如表1所示。

表1

所述有效扰动的判据为：机组功率在20%P_e-100%P_e范围之间，并且机组母线频率超过一次调频死区的数值（0.033Hz），将频率在一次调频死区数值外持续至少10秒以上，最大频率偏差|Δf|_max>0.045Hz，最多不超过60秒的频率区间作有效扰动的待选区段，否则，为无效扰动；其中，Δf＝f_t-f_e，f_t为机组母线某一时刻的频率，f_e为电网额定频率50Hz。

所述大扰动判据为：在满足有效扰动的前提下，机组母线频率在3s突变时间内的频率突变值超过0.05Hz，且持续时间超过1秒。

所述小扰动判据为：该机组母线频率偏差|Δf|>0.033Hz且持续超过时间为10秒以上，同时最大频率偏差|Δf|_max>0.045Hz。

所述转速不等率L的计算公式为：

$L=-\frac{-\left(\right|f_1-50|-0.033)*P_e}{|P_2-P_1|}*f_e$

其中：

P₁为大扰动起始功率值，取大扰动发生后功率突变前1秒的功率平均值；

P₂为大扰动一次调频动作3-60秒内的功率动作极值；

f₁为稳定频率，取频率稳定后1s的频率平均值；

P_e为机组的额定容量；

f_e电网的额定频率50Hz。

所述机组i的一次调频贡献电量H_i表示为：

式中：

H_i：机组i的一次调频贡献电量；

t₀：系统频率超过机组一次调频动作死区的时刻；

t_t：系统频率进入机组一次调频动作死区的时刻；

P_t：t时刻机组实际发电有功功率；

P₀：机组频率越死区前2秒有功功率平均值；

H_i的符号规定：高频少发或低频多发电量为正，高频多发或低频少发电量为负。

所述机组一次调频月正确动作率λ：

$\mathrm{\&lambda;}=\frac{f_{\mathrm{correct}}}{f_{\mathrm{correct}}+f_{\mathrm{wrong}}}\&times;100\%$

其中：f_correct为每月正确动作次数；

f_wrong为每月错误动作次数；

一次调频正确动作率λ按机组考核，对于一次调频月正确动作率小于80%的机组，每月考核电量为：(80%-λ)×P_e×2(小时)×α_一次调频；

式中：

λ为机组一次调频月正确动作率；

P_e为机组额定容量（MW）；

α_一次调频为一次调频考核系数，数值为3。

所述机组一次调频考核性能的综合指标K的计算方法为：K＝1-5%/L；

对于机组响应时间、响应速率、稳定时间之一不满足国家电网相关规定，或转速不等率L≥30%的，则K＝1；对于K大于零的机组进行考核的计算公式如下：

K×P_e×1(小时)×α_一次调频。

式中：

K为机组一次调频考核的综合指标；

P_e为机组额定容量（MW）；

α_一次调频为一次调频考核系数，数值为3。

本发明的有益效果：

可长时间对机组一次调频动作性能进行计算监视，并对机组一次调频综合指标进行计算，量化考核方法，使省调专业人员能够全面掌握网内机组的一次调频性能，是一种全面实用的测定方法。

附图说明

图1为本发明中一次调频有效扰动曲线图；

图2为本发明监测及性能考核方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

图1中，从0点位置逐点扫描并比较，当时间窗口移动至AB区间时，频率变化满足大扰动判据。从B点频率继续下降至C点达到最大频偏位置，然后频偏小幅回落至频率稳定点D点趋于稳定，AD之间的区域就是大扰动时一次调频响应区间。

图2中，一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，包括以下步骤：

（1）通过PMU主站采集电厂PMU子站现场数据，包括：机组母线频率、有功功率；

（2）确定机组一次调频的调整上限和调整下限；

（3）判断机组一次调频扰动是否为有效扰动；

（4）若为有效扰动,判断机组一次调频有效扰动是否为频率大扰动；

（5）若为有效扰动，且不是频率大扰动，判断是否为频率小扰动；

（6）大扰动发生后通过一次调频动作的功率动作极值来计算本次一次调频动作的转速不等率L；小扰动发生后计算一次调频响应区间内机组一次调频贡献电量H_i，当系统频率偏差超过规定的范围时,以机组一次调频死区点前两秒出力的平均值P₀为基点，向后积分发电变化量，直至系统频率恢复到机组动作死区以内；通过一次调频贡献电量H_i判定机组是否正确动作：有功功率变化量的积分值H_i的正负与频率变化方向判断一次调频动作与否，如电网频差Δf＝f_t-f_e＞0.033Hz时，H_i＜0则，则认为一次调频正确动作，否则认为一次调频不正确动作；

（7）电网发生扰动时启动对所有受考核机组的一次调频指标计算与考核：其中小扰动时计算机组一次调频正确动作率λ；当电网频率发生较大波动时，计算各机组一次调频考核性能的综合指标K。

所述调整上限和调整下限的判定方法为：机组功率在20%P_e-105%P_e范围之间且距离上次性能监测考核结束超过20秒时：

（a）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf<机组出力上限105%P_e，调整上限=当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf；

（b）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf>=机组出力上限105%P_e，调整上限=机组出力上限105%P_e；

（c）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf>机组出力下限20%P_e，调整下限=当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf；

（d）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf<=机组出力下限20%P_e，调整下限=机组出力下限20%P_e；

其中，P_e为机组的额定有功功率；

频差调整负荷量P_Δf如表1所示。

表1

所述有效扰动的判据为：机组功率在20%P_e-100%P_e范围之间，并且机组母线频率超过一次调频死区的数值（0.033Hz），将频率在一次调频死区数值外持续至少10秒以上，-最大频率偏差|Δf|_max>0.045Hz，最多不超过60秒的频率区间作有效扰动的待选区段，否则，为无效扰动。其中，Δf＝f_t-f_e，f_t为机组母线某一时刻的频率，f_e为电网额定频率50Hz。

所述大扰动判据为：在满足有效扰动的前提下，机组母线频率在3s突变时间内的频率突变值超过0.05Hz，且持续时间超过1秒。

所述小扰动判据为：该机组母线频率偏差|Δf|>0.033Hz且持续超过时间为10秒以上，同时最大频率偏差|Δf|_max>0.045Hz。

所述转速不等率L的计算公式为：

$L=-\frac{-\left(\right|f_1-50|-0.033)*P_e}{|P_2-P_1|}*f_e$

其中：

P₁为大扰动起始功率值，取大扰动发生后功率突变前1秒的功率平均值；

P₂为大扰动一次调频动作3-60秒内的功率动作极值；

f₁为稳定频率，取频率稳定后1s的频率平均值；

P_e为机组的额定容量；

f_e电网的额定频率50Hz。

所述机组i的一次调频贡献电量H_i表示为：

式中：

H_i：机组i的一次调频贡献电量；

t₀：系统频率超过机组一次调频动作死区的时刻；

t_t：系统频率进入机组一次调频动作死区的时刻；

P_t：t时刻机组实际发电有功功率；

P₀：机组频率越死区前2秒有功功率平均值；

H_i的符号规定：高频少发或低频多发电量为正，高频多发或低频少发电量为负。

所述机组一次调频月正确动作率λ：

$\mathrm{\&lambda;}=\frac{f_{\mathrm{correct}}}{f_{\mathrm{correct}}+f_{\mathrm{wrong}}}\&times;100\%$

其中：f_correct为每月正确动作次数；

f_wrong为每月错误动作次数；

一次调频正确动作率λ按机组考核，对于一次调频月正确动作率小于80%的机组，每月考核电量为：(80%-λ)×P_e×2(小时)×α_一次调频；

式中：

λ为机组一次调频月正确动作率；

P_e为机组额定容量（MW）；

α_一次调频为一次调频考核系数，数值为3。

所述机组一次调频考核性能的综合指标K的计算方法为：K＝1-5%/L；

对于机组响应时间、响应速率、稳定时间之一不满足国家电网相关规定，或转速不等率L≥30%的，则K＝1；对于K大于零的机组进行考核的计算公式如下：

K×P_e×1(小时)×α_一次调频。

式中：

K为机组一次调频考核的综合指标；

P_e为机组额定容量（MW）；

α_一次调频为一次调频考核系数，数值为3。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，其特征是，包括以下步骤： 

（1）通过PMU主站采集电厂PMU子站现场数据，包括：机组母线频率、有功功率； 

（2）确定机组一次调频的调整上限和调整下限； 

（3）判断机组一次调频扰动是否为有效扰动； 

（4）若为有效扰动,判断机组一次调频有效扰动是否为频率大扰动； 

（5）若为有效扰动，且不是频率大扰动，判断是否为频率小扰动； 

（6）大扰动发生后通过一次调频动作的功率动作极值来计算本次一次调频动作的转速不等率L；小扰动发生后计算一次调频响应区间内机组一次调频贡献电量H_i，通过一次调频贡献电量H_i判定机组是否正确动作； 

（7）电网发生扰动时启动对所有受考核机组的一次调频指标计算与考核：其中小扰动时计算机组一次调频正确动作率λ；当电网频率发生较大波动时，计算各机组一次调频考核性能的综合指标K。 

2.如权利要求1所述的一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，其特征是，所述调整上限和调整下限的判定方法为：机组功率在20%P_e-105%P_e范围之间且距离上次性能监测考核结束超过20秒时： 

（a）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf<机组出力上限105%P_e，调整上限=当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf； 

（b）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf>=机组出力上限105%P_e，调整上限=机组出力上限105%P_e； 

（c）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf>机组出力下限20%P_e，调整下限=当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf； 

（d）当前出力+当前频差调整负荷量P_Δf<=机组出力下限20%P_e，调整下限=机组出力下限20%P_e； 

其中，P_e为机组的额定有功功率。 

3.如权利要求1所述的一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，其特征是，所述有效扰动的判据为：机组功率在20%P_e-100%P_e范围之间，并且机组母线频率超过一次调频死区的数值，将频率在一次调频死区数值外持续至少10秒以上，最大频率偏差|Δf|_max>0.045Hz，最多不超过60秒的频率区间作有效扰动的待选区段，否则，为无效扰动。 

4.如权利要求1所述的一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，其特征是，所述大扰动判据为：在满足有效扰动的前提下，机组母线频率在3s突变时间内的频率突变值超过0.05Hz，且持续时间超过1秒。 

5.如权利要求1所述的一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，其特征是，所述小扰动判据为：该机组母线频率偏差|Δf|>0.033Hz且持续超过时间为10秒以上，同时最大频率偏差|Δf|_max>0.045Hz。 

6.如权利要求1所述的一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，其特征是，所述转速不等率L的计算公式为： 

其中： 

P₁为大扰动起始功率值； 

P₂为大扰动一次调频动作3-60秒内的功率动作极值； 

f₁为稳定频率； 

P_e为机组的额定容量； 

f_e电网的额定频率50Hz。 

7.如权利要求1所述的一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，其特征是，所述机组i的一次调频贡献电量H_i表示为：

式中： 

H_i：机组i的一次调频贡献电量； 

t₀：系统频率超过机组一次调频动作死区的时刻； 

t_t：系统频率进入机组一次调频动作死区的时刻； 

P_t：t时刻机组实际发电有功功率； 

P₀：机组频率越死区前2秒有功功率平均值； 

H_i的符号规定：高频少发或低频多发电量为正，高频多发或低频少发电量为负。 

8.如权利要求1所述的一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，其特征是，所述机组一次调频月正确动作率λ： 

其中：f_correct为每月正确动作次数； 

f_wrong为每月错误动作次数； 

一次调频正确动作率λ按机组考核，对于一次调频月正确动作率小于80%的机组，每月考核电量为：(80%-λ)×P_e×2(小时)×α_一次调频； 

式中： 

λ为机组一次调频月正确动作率； 

P_e为机组额定容量； 

α_一次调频为一次调频考核系数。 

9.如权利要求1所述的一种火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法，其特征是，所述机组一次调频考核性能的综合指标K的计算方法为：K＝1-5%/L； 

对于机组响应时间、响应速率、稳定时间之一不满足国家电网相关规定，或转速不等率L≥30%的，则K＝1；对于K大于零的机组进行考核的计算公式如下： 

K×P_e×1(小时)×α_一次调频； 

式中： 

K为机组一次调频考核的综合指标； 

P_e为机组额定容量； 

α_一次调频为一次调频考核系数。 

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