CN103475025B - 一种发电机组调速器状态快速转移控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机组调速器状态快速转移控制方法，该方法判别电网是否处于高频紧急状态；在电网高频紧急状态时、测量此时发电机功率，进行校正计算后，作为机组功率控制目标；将机组功率控制目标切换到调速器的给定存储器；并且，按照稳态下调速器PID中积分器输出大小与机组功率的函数关系，将机组功率控制目标信号折算成积分器状态数值；按此积分器状态数值将积分器的输出状态进行强制的一次性设置，实现调速器状态的跃变性转移，使之准确地、快速地跟随电网潮流状态的突变性转移，大幅提高调速器的调节能力和电网高频稳定裕度，具有显著的安全经济效益。

Description

一种发电机组调速器状态快速转移控制方法

技术领域

本发明涉及电网安全控制领域，尤其涉及一种发电机组调速器状态快速转移控制方法。

背景技术

频率紧急调节任务由发电机组调速系统的一次调频来承担，它根据频率偏差调整机组功率，是发电机组在不清楚电网发生什么、功率应该调整多少情况下的一种“摸着石头过河”的调节方法，它的调节速度较慢，使得原动机功率调节难以跟上电网的快速变化。

 当电网发生高频事故，超速保护OPC在频率至额定的103%时快关调门，将电网频率降至额定后，OPC返回，将调门控制权转移到调速器。由于发电机组不清楚电网发生什么，应调整多少功率，调速器功率给定仍然保持在高频故障前的数值，而一次调频调节缓慢且受限幅限制，调速器仍然将调门控制在汽轮机功率远超电网负荷功率的位置，导致电网频率再次上升，触发OPC再次动作，形成反复动作的循环，引起电网功率和频率大幅振荡。

根据发明人之前仿真计算（邓朴, 王远辉, 康鹏，等.火电机组孤网运行稳定措施计算分析及在2008年冰灾期间的运用[J]．贵州电力技术，2008，增刊1：10-17），在现有技术条件下，汽轮机调速系统的高频稳定裕度仅9%左右，即孤网甩负荷超过10%时，孤网高频不稳定。

电力系统诞生自今130年，从爱迪生飞摆调速器到现今的数字电液调节系统（DEH），一次调频的原理从未发生变化，还从未找到一种更好的原理和方法，弥补一次调频稳定裕度低的缺陷，因此，电力系统总是呈现出一种“脆”性——网架不坚强，系统就会瓦解崩溃。

发明内容

本发明要解决的技术问题： 提供一种发电机组调速器状态快速转移控制方法，以解决现有技术在高频事故时，发电机组调速器或OPC在调速过程中容易形成反复动作的循环，引起电网功率和频率大幅振荡，导致孤网高频不稳定等问题，提高机组的安全和电网的稳定水平。

本发明技术方案：

一种发电机组调速器状态快速转移控制方法，它包括下述步骤：

步骤1、判断电网是否处于高频紧急状态；

步骤2、电网处于高频紧急状态，则测量发电机功率P0，并根据P0计算发电机组功率控制目标Pobj；

步骤3、电网处于高频紧急状态，将步骤2得出的发电机组功率控制目标Pobj，作为机组调速器功率给定，切换到调速器的给定存储器；

步骤4、按照稳态下发电机组调速器PID中积分器的输出状态与发电机组功率P的函数关系，即                                                ，以发电机组的功率控制目标Pobj计算出发电机组调速器PID中积分器输出的对应数值；

步骤5、将步骤4所述的发电机组调速器PID中积分器的输出状态，按数值进行强制的、一次性的设置。

发电机组功率控制目标Pobj的计算方法为：

P0为在高频紧急状态信号发出时，该时刻发电机组的发电功率，为负荷特性校正系数，

为解列后测量时电压的标么值，为稳态下的电压标么值，为有功频率影响因子，为频率标么值，、、为恒阻抗、恒电流、恒功率部分的比例系数，有。

步骤4所述的函数关系，是指在发电机组转速等于额定转速并且发电机组功率等于给定功率的稳态下，发电机组调速器PID中积分器输出状态与发电机组功率P的函数关系。

步骤5所述的发电机组调速器PID中积分器的输出状态按数值进行强制设置，是通过附加电路或通过附加的控制环节，在模拟控制方式下是将PID中积分器输出电平立即改变为数值所对应的电平；在数字控制方式下是将调速器PID中积分器的累加存储器刷新为数值，从而将PID中积分器输出状态立即改变为数值。

步骤5所述发电机组调速器PID中积分器的输出状态按数值进行一次性设置，是指在模拟控制方式下以小于0.5秒时间，或在数字控制方式下以小于或等于2个步长时间，将PID中积分器输出状态立即改变为数值，并且，状态设置的操作完成之后，不再对PID中积分器输出状态进行干预。

本发明有益效果：

本发明利用发电机组功率快速调整技术，能够根据功率控制目标，立即实施快速的、准确的、一步到位的控制，使发电机组的功率调整跟上孤网机电状态的突变性转移过程；使得调速器功率输出状态能够准确地、快速地跟进孤网潮流状态转移，让发电机网迅速达到稳定状态；本发明以极为简洁的措施，弥补了一次调频原理的局限，加快了系统过渡到稳定状态的过程，解决了现有技术在高频事故时，发电机组调速器和OPC在调速过程中容易形成反复动作的循环，引起电网功率和频率大幅振荡，导致孤网高频不稳定等问题，大幅提高电网高频稳定裕度；更大的作用在于，它支持大容量机组接入220kV区域电网进行网源融合，提高电网抵御自然灾害的能力，降低网损，减少500kV输变电容量节约一次设施的投资，具有显著的安全经济和绿色效益。

附图说明

图1 为发电机组调速器状态快速转移控制实施方式及步骤示意图；

图2 为汽轮机调速器状态快速转移控制实施方式及模型示意图；

图3为孤网解列甩负荷50%时汽轮机组常规一次调频调节方式仿真示意图；

图4为孤网解列甩负荷50%时汽轮机组功率给定切换为，但不强制设置PID中积分器输出状态的仿真示意图；

图5为孤网解列甩负荷50%时汽轮机组调速器采用本发明控制方式仿真示意图；

图6为水轮机调速器状态快速转移控制实施方式及模型示意图；

图7为孤网解列甩负荷25%时水轮机组常规一次调频调节方式仿真示意图；

图8为孤网解列甩负荷25%时水轮机组功率给定切换为，但不强制设置PID中积分器输出状态的仿真示意图；

图9为孤网解列甩负荷25%时水轮机组调速器采用本发明控制方式仿真示意图。

具体实施方式：

一种发电机组调速器状态快速转移控制方法，它包括下述步骤：

步骤1、判断电网是否处于高频紧急状态；通过采集机组发电功率、机组转速、电网频率和超速保护动作信号等；经复合逻辑运算生成电网高频紧急状态判断信号；所述的复合逻辑判断为逻辑与、逻辑或和逻辑非的组合。

步骤2、如果电网处于高频紧急状态，测量发电机功率P0，并根据P0计算发电机组功率控制目标Pobj，发电机组功率控制目标Pobj的计算方法为：

P0为在高频紧急状态信号发出时，该时刻发电机组的发电功率，为负荷特性校正系数，

为解列后测量时电压的标么值，为稳态下的电压标么值，为有功频率影响因子，为频率标么值，、、为恒阻抗、恒电流、恒功率部分的比例系数，有。

步骤3、如果电网处于高频紧急状态，将步骤2计算的发电机组功率控制目标Pobj，作为机组调速器功率给定，切换到调速器的给定存储器；

步骤4、按照稳态下发电机组调速器PID中积分器的输出状态与发电机组功率P的函数关系，即，以发电机组的功率控制目标Pobj计算出发电机组调速器PID中积分器输出的对应数值；

所述的函数关系，是指在发电机组转速等于额定转速并且发电机组功率等于给定功率的稳态下，发电机组调速器PID中积分器输出状态与发电机组功率P的函数关系。

步骤5、将步骤4所述的发电机组调速器PID中积分器的输出状态，按数值进行强制的、一次性的设置。

发电机组调速器状态快速转移控制实施步骤见图1。图中，原动机及调速系统的已有部分为功率给定存储器，一次调频和功率调节，包含有比例系数、微分环节、积分环节的调速器PID，调速机构和原动机，本发明按上述的5个步骤，对原动机及调速系统的已有部分中的功率给定存储器和调速器PID中积分器的累加存储器进行设置。

所述的发电机组调速器PID中积分器的输出状态按数值进行强制设置，是通过附加电路或通过附加的控制环节，在模拟控制方式下将PID中积分器输出电平立即改变为数值所对应的电平；在数字控制方式下将调速器PID中积分器的累加存储器刷新为数值，从而将PID中积分器输出状态立即改变为数值。

所述发电机组调速器PID中积分器的输出状态按数值进行一次性设置，是在模拟控制方式下以小于0.5秒时间，或在数字控制方式下小于或等于2个步长时间，将PID中积分器输出状态立即改变为数值，并且，状态设置的操作完成之后，不再对PID中积分器输出状态进行干预。

调速器状态由调速器功率给定和PID输出状态组成，步骤3改变功率给定，使发电机组按照功率控制目标进行调整。但如果仅仅是功率给定发生改变， PID输出状态并不能立即跟随改变，只能缓慢地过渡，这在很大程度影响了调速器的性能。

PID的状态由具有记忆功能的积分器输出状态S决定，在模拟控制系统中, 积分器输出状态S是积分电容器电平的大小，在数字控制系统中，积分器输出状态是积分累加存储器的数值。稳定状态下，S与发电机组功率P构成线性的函数关系，这个关系，可以根据调速器的控制结构和参数，按控制学原理导出。

通过步骤4和步骤5，实现PID状态的快速转移，调速器的PID输出状态准确地设置成机组将要达到稳定状态。实施步骤4和步骤5后，机组功率和频率动态变化过程，在控制性质上就发生了根本变化，成为了偏离稳定状态的一种扰动。

本文中的发电机组也可简称为机组。

图2为汽轮机调速器状态快速转移控制实施方式及模型示意图，其中汽轮机及其调速系统已有部分为功率给定存储器，一次调频，超速保护（OPC），前置系数，PID的比例系数、微分环节和积分环节，调速机构以及汽轮机。本发明按上述的5个步骤，对汽轮机及其调速系统的已有部分中的功率给定存储器和调速器PID中积分器的累加存储器进行设置。

图2也表示出了汽轮机及其调速系统的典型模型；在现有技术的基础上，通过控制学原理，可以得出稳态下该汽轮机调速器PID中积分器的累加存储器数值与机组功率的关系式，计算，其中K为汽轮机调速器中的前置系数。

汽轮机及其调速系统为数字式电液调节系统（DEH），PID等电控部分为数字控制方式，因此PID中的积分器输出为累加存储器数值，将积分累加存储器刷新为数值，就完成了对PID中积分器的输出状态按数值进行强制设置的操作。除高频紧急状态外的其他情况下，这种极为简洁的附加措施，不改变原来汽轮机调速器的控制原理、结构、参数和性能，实施措施与当前汽轮机调速技术兼容。

对汽轮机单机孤网解列甩负荷50%的动态过程进行仿真，仿真对比见图3、4、5。仿真过程说明，在当OPC返回，将调门控制权转到调速器时，调速器状态快速转移控制输出的调门阀位命令，能够使汽轮机功率与电网负荷达到基本的平衡，电网频率不再升高，也就避免了OPC再次动作，机网很快稳定。

水轮机组调速器状态快速转移控制实施方式：见图6

图6为水轮机调速器状态快速转移控制实施方式及模型示意图，其中水轮机及其调速系统已有部分为功率给定存储器，永态转差率、一次调频，PID的比例系数、微分环节和积分环节，调速机构以及水轮机。本发明按上述的5个步骤，对水轮机及其调速系统的已有部分中的功率给定存储器和调速器PID中积分器的累加存储器进行设置。

图2也表示出了水轮机及其调速系统的典型模型，通过控制学原理，可以得出稳态下该水轮机调速器PID的积分器的累加存储数值，将该累加存储器刷新为数值，就完成了对PID中积分器的输出状态按数值进行强制设置的操作，实施的措施与当前水轮机调速技术兼容。

对水轮机单机孤网解列甩负荷25%的动态过程进行仿真，仿真过程见图7、8、9。仿真过程表明，采用本发明调速器状态快速转移控制使伺服系统以水轮机允许的最快关闭速度关闭导叶，在保障水轮机调保安全的条件下，降低了最大频率，缩短了调节过程，大幅提高了水轮机组的调节能力。

Claims (3)

1.一种发电机组调速器状态快速转移控制方法，它包括下述步骤：

步骤1、判断电网是否处于高频紧急状态；

步骤2、电网处于高频紧急状态，则测量发电机功率P0，并根据P0计算发电机组功率控制目标Pobj，发电机组功率控制目标Pobj的计算方法为：

P0为在高频紧急状态信号发出时，该时刻发电机组的发电功率，为负荷特性校正系数，

为解列后测量时电压的标么值，为稳态下的电压标么值，为有功频率影响因子，为频率标么值，、、为恒阻抗、恒电流、恒功率部分的比例系数；

步骤3、电网处于高频紧急状态，将步骤2得出的发电机组功率控制目标Pobj，作为机组调速器功率给定，切换到调速器的给定存储器；

步骤4、在发电机组转速等于额定转速并且发电机组功率等于给定功率的稳态下，以发电机组调速器PID中积分器的输出状态与发电机组功率P的函数关系；即，以发电机组的功率控制目标Pobj计算出发电机组调速器PID中积分器输出的对应数值；

步骤5、将步骤4所述的发电机组调速器PID中积分器的输出状态，按数值进行强制的、一次性的设置。

2.根据权利要求1所述的一种发电机组调速器状态快速转移控制方法，其特征在于：步骤5所述的发电机组调速器PID中积分器的输出状态按数值进行强制设置，是通过附加电路或通过附加的控制环节，在模拟控制方式下是将PID中积分器输出电平立即改变为数值所对应的电平；在数字控制方式下是将调速器PID中积分器的累加存储器刷新为数值，从而将PID中积分器输出状态立即改变为数值。

3.根据权利要求1所述的一种发电机组调速器状态快速转移控制方法，其特征在于：步骤5所述发电机组调速器PID中积分器的输出状态按数值进行一次性设置，是指在模拟控制方式下以小于0.5秒时间，或在数字控制方式下以小于或等于2个步长时间，将PID中积分器输出状态立即改变为数值，并且，状态设置的操作完成之后，不再对PID中积分器输出状态进行干预。