CN104167758B - 基于超调补偿的一次调频优化控制方法及系统 - Google Patents
基于超调补偿的一次调频优化控制方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了基于超调补偿的一次调频优化控制方法及系统，包括：当机组转速偏差信号Δn的绝对值在设定范围之内，即未达到调度系统考核动作值时，系统输出为标准的机组转速偏差信号Δn经过一次调频补偿量函数f(x)补偿后，产生的负荷补偿量ΔP1；当机组转速偏差信号Δn的绝对值在设定范围之外，即达到调度系统考核动作值时，根据机组转速偏差信号Δn的正负，确定系统的超调补偿量A2及其持续时间，进而得到系统的最终负荷补偿输出量。本发明有益效果：本发明可以解决火电机组一次调频考核指标差等实际难题，提高机组的一次调频动作合格率，能够有效满足电网对于机组一次调频的要求，满足调频调峰需求。
Description
技术领域
本发明涉及火电机组调频领域，尤其涉及一种基于超调补偿的一次调频优化控制方法及系统。
背景技术
随着新能源并网、负荷增长和电网规模的不断增大，在特高压电网和大区电网互联的新形势下，各级电网联系日渐紧密，电网和机组之间协调配合的要求也越来越高，厂网协调功能中的一次调频成为稳定电网的有效手段之一。发电机组一次调频功能是汽轮发电机组固有的功能，主要是通过调节DEH系统的进汽调节门，利用锅炉蓄热，在电网出现异常的情况下，快速响应电网的要求，稳定电网频率，以弥补电网负荷差距，维持电网的安全。一次调节对系统频率变化的响应快，根据IEEE的统计，电力系统综合的一次调节特性时间常数一般在10秒左右；由于发电机的一次调节仅作用于汽轮机的阀门位置，而未作用于火力发电机组的燃烧系统，当阀门开度增大时，是锅炉中的蓄热暂时改变了原动机的功率，由于燃烧系统中的化学能量没有发生变化，随着蓄热量的减少，发电机的功率又会回到原来的水平。因而，火力发电机组一次调节的作用时间是短暂的。不同类型的火力发电机组，由于蓄热量的不同，一次调节的作用时间为0.5到2分钟不等。
目前，电网调度管理对机组的一次调频性能考核计算参数来源于调度计划和EMS(能量管理系统)。机组对应的频率、有功等测点信息定义在WAMS(广域监测系统)遥测定义表中，根据WAMS中定义遥测信息从PMU(同步向量测量装置)实时库中获取一次调频扰动计算的频率、有功、转速、一次调频前后指令等遥测数据。
在电网调度的考核标准中规定：频率超出一次调频死区(50±0.033Hz)且持续在10秒及以上，同时最大频率偏差达到50±0.04Hz定义为有效扰动；发生有效扰动后，计算频率偏差超过死区时至一次调频计算结束点之间的有功功率变化量，有功功率变化量的积分值大于0，则认为一次调频正确动作，否则认为一次调频不正确动作；在一次有效扰动内，P3s和P0正向偏差小于机组铭牌出力的3‰，则记为该次一次调频动作不合格，其中频率越过死区时的机组有功出力记为P0，3s后有功出力记为P3s，正向偏差定义为有功变化对频率起正确作用。
实际运行中，机组就地测量的转速或频率信号是经过变送器测量变换后，以4-20mA电流信号传送至DCS(分散控制系统)中，然后DCS进行分析计算控制汽轮机调门动作使负荷发生变化，其间存在信号传递时间的延迟且调门动作需要一定的反应时间，在实际试验中发现该延迟时间一般都超过2s，而一次调频具有快速性、短暂性等特性，机组存在的延迟造成P3s和P0正向偏差小于机组铭牌出力的3‰，从而使该次一次调频动作不合格。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了基于超调补偿的一次调频优化控制方法及系统，该方法能有效改善机组调频的性能，提高火电机组对调度一次调频响应的快速性和准确性，提高其动作合格率，降低电网系统的频率波动。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于超调补偿的一次调频优化控制方法，包括：
当机组转速偏差信号Δn的绝对值在设定范围之内，即未达到调度系统考核动作值时，系统的最终输出为标准的机组转速偏差信号Δn经过一次调频补偿量函数f(x)补偿后，产生的负荷补偿量ΔP1；
当机组转速偏差信号Δn的绝对值在设定范围之外，即达到调度系统考核动作值时，根据机组转速偏差信号Δn的正负，确定系统的超调补偿量A2及其持续时间，进而得到系统的最终输出负荷补偿量。
所述设定范围由调度考核的转速偏差量决定。
当机组转速偏差信号Δn的绝对值在设定范围之外时：
(1)若Δn>0，则系统的输出为ΔP1与超调补偿量A2的叠加值，即ΔP1+A2；
(2)若Δn<0，则系统的输出为ΔP1与超调补偿量A2取反后的叠加值，即ΔP1-A2。
一种基于超调补偿的一次调频优化控制方法的系统，包括：
机组转速偏差信号Δn经过标准的一次调频补偿量函数f(x)后，产生负荷补偿量ΔP1，负荷补偿量ΔP1接入加法器Σ的输入端；
机组转速偏差信号Δn接入高低限报警模块HLALM，HLALM的越高限报警管脚输出端D1接入脉冲定时器Timer1，HLALM的越低限报警管脚输出端D2接入脉冲定时器Timer2；脉冲定时器Timer1的输出端接入模拟量切换器AXSEL1的输入端S，脉冲定时器Timer2的输出端接入模拟量切换器AXSEL2的输入端S；模拟量切换器AXSEL1和模拟量切换器AXSEL2的输出端均接入加法器Σ的输入端。
模拟量发生器A1接入高低限报警模块HLALM的高限值输入端，模拟量发生器A1乘以-1后接入高低限报警模块HLALM的低限值输入端。
模拟量发生器A2接入模拟量切换器AXSEL1的输入端Z1，模拟量发生器A2乘以-1后接入AXSEL2的输入端Z1。
模拟量切换器AXSEL1和模拟量切换器AXSEL2的输入端Z2均设置为0。
脉冲定时器Timer1和脉冲定时器Timer2的脉冲宽度值均设置为3。
模拟量发生器A2的数值设置为机组铭牌出力的3‰。
本发明的有益效果是：
(1)并网机组的一次调频性能的好坏直接影响电网频率的稳定，通过本发明能够确保调度考核中的P3s和P0正向偏差大于机组铭牌出力的3‰，提高一次调频动作合格率，有效降低实际一次调频反应过程中各系统转换计算等延迟滞后因素造成的不良影响，提高机组对电网频率变化响应的快速性和准确性，确保机组的调频能力达到调度考核标准的要求。
(2)通过转速偏差幅值大小的判断实现对电网大小幅频率波动的不同反应，既保证机组不频繁动作，又确保需要动作时的动作幅值达到要求，一方面保持机组的安全运行，一方面能进一步提高电网频率的稳定性，进而确保广大用户的电气设备及电力设备的安全、有效运行。
(3)本发明可以解决火电机组一次调频考核指标差等实际难题，能够有效满足电网对于机组一次调频的要求，满足调频调峰需求。
附图说明
图1为本发明一次调频优化控制系统示意图；
图2为本发明脉冲定时器工作示意图。
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：
如图1所示，一种基于超调补偿的一次调频优化控制系统，包括：
机组转速偏差信号Δn经过一次调频补偿量函数f(x)后，产生负荷补偿量ΔP1，负荷补偿量ΔP1接入加法器Σ；机组转速偏差信号Δn接入高低限报警模块HLALM后，HLALM的越高限报警管脚输出端D1接入脉冲定时器Timer1，HLALM的越低限报警管脚输出端D2接入脉冲定时器Timer2；脉冲定时器Timer1的输出端接入模拟量切换器AXSEL1的输入端S，脉冲定时器Timer2的输出端接入模拟量切换器AXSEL2的输入端S；模拟量切换器AXSEL1和模拟量切换器AXSEL2的输出端均接入加法器Σ；
模拟量发生器A1接入高低限报警模块HLALM的高限值输入端，模拟量发生器A1乘以-1后接入高低限报警模块HLALM的低限值输入端；模拟量发生器A2接入模拟量切换器AXSEL1的输入端Z1，模拟量发生器A2乘以-1后接入AXSEL2的输入端Z1；模拟量切换器AXSEL1和模拟量切换器AXSEL2的输入端Z2均设置为0；脉冲定时器Timer1和脉冲定时器Timer2的脉冲宽度值均设置为3。
当电网频率不稳定时，发电机的转速会产生一个偏差，假设此时偏差为Δn(|Δn|>2)，经按照电网要求设置的一次调频补偿量函数f(x)计算后，产生一个负荷补偿量ΔP1。
(1)Δn经过高低限报警模块HLALM生成数字量指令“0”或“1”，其中高低限报警模块的高低限值由调度考核的转速偏差量决定，如某区域电网要求的一次调频动作考核值为±0.04Hz即±2.4转，则在模拟量发生器A1中设置常数2.4，即此时HLALM的高限值H为2.4，低限值L为-2.4；
(2)当Δn的绝对值小于2.4时，HLALM输出为“0”，即未达到调度考核动作值时，则Timer的输出为“0”，即不对偏差量进行保持；
当Δn的绝对值大于2.4时，达到调度考核动作值，HLALM输出为“1”，此时，若Δn>2.4则D1为“1”即Timer1的输出为“1”且保持3s，D2为“0”即Timer2的输出为“0”；若Δn<-2.4则D2为“1”即Timer2的输出为“1”且保持3s，D1为“0”即Timer1的输出为“0”。
(3)Timer的输出决定模拟量切换器AXSEL的输出：
当Timer1的输出为“1”，则AXSEL1的S端输入为“1”，AXSEL1的输出为Z1，即A2中的置入值；当AXSEL1的S端输入为“0”时，AXSEL1输出为Z2即为0；
当Timer2的输出为“1”则AXSEL2的S端输入为“1”，AXSEL2输出为Z1即A2中置入值的取反值，当AXSEL2的S端输入为“0”时，AXSEL2输出为Z2即为0；
(4)标准负荷补偿量ΔP1、模拟量切换器AXSEL1的输出、模拟量切换器AXSEL2的输出通过加法器Σ计算，得到最终补偿量ΔP2。
脉冲定时器工作原理如图2所示：当Set信号从0变到1且复位信号Rst不出现，D输出即保持宽度为DT的脉冲信号；若计时期间Rst信号的上升沿到，D输出立即复位，直到下一个Set信号的上升沿。本发明中脉冲定时器R端无连接，即为“0”，因此，只要S端信号从0变到1，则D输出即保持宽度为DT＝3的脉冲信号。
具体示例1：以目前主流的300MW机组为例，按调度考核要求的P3s和P0正向偏差不小于机组铭牌出力的3‰方合格的要求，则可将A2中的值设置为300×3‰＝0.9MW。当Δn＝3大于2.4(0.04Hz对应的转速偏差值)时，一次调频补偿量函数f(x)的输出为ΔP1＝2MW，HLALM的越高限报警管脚输出端D1输出为“1”，因Timer1中的脉冲宽度DT＝3，则Timer1的输出保持“1”且持续3s，则AXSEL1的输出保持Z1管脚输入值且持续时间为3s；因此时Δn＝3>0，HLALM的越低限报警管脚输出端D2输出为“0”，则AXSEL2的输出为Z2管脚输入即为0；因此在这一个一次调频的调整过程中前3s时，ΔP2的理论幅值为2+0.9+0＝2.9MW，3s后ΔP2恢复为标准的负荷补偿量2MW。多台300MW机组运行证明，由于受设备固有的延迟、死区等因素影响，未优化前P3s实际值为0MW-0.5MW，经本发明优化后P3s值约为1MW-1.4MW，微大于标准的0.9MW，有效确保了一次调频动作的合格。
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 (8)
1.一种基于超调补偿的一次调频优化控制方法，其特征是，包括：
当机组转速偏差信号Δn的绝对值在设定范围之内，即未达到调度系统考核动作值时，系统输出为标准的机组转速偏差信号Δn经过一次调频补偿量函数f(x)补偿后，产生的负荷补偿量ΔP1；
当机组转速偏差信号Δn的绝对值在设定范围之外，即达到调度系统考核动作值时，根据机组转速偏差信号Δn的正负，确定系统的超调补偿量A2及其持续时间，进而得到系统的最终输出量；
当机组转速偏差信号Δn的绝对值在设定范围之外时：
(1)若Δn>0，则系统的输出为ΔP1与超调补偿量A2的叠加值，即ΔP1+A2；
(2)若Δn<0，则系统的输出为ΔP1与超调补偿量A2取反后的叠加值，即ΔP1-A2。
2.如权利要求1所述的一种基于超调补偿的一次调频优化控制方法，其特征是，所述设定范围由调度考核的转速偏差量决定。
3.一种实现如权利要求1所述的基于超调补偿的一次调频优化控制方法的系统，其特征是，包括：
机组转速偏差信号Δn经过一次调频补偿量函数f(x)后，产生负荷补偿量ΔP1，负荷补偿量ΔP1接入加法器Σ的输入端；
机组转速偏差信号Δn接入高低限报警模块HLALM，HLALM的越高限报警管脚输出端D1接入脉冲定时器Timer1，HLALM的越低限报警管脚输出端D2接入脉冲定时器Timer2；脉冲定时器Timer1的输出端接入模拟量切换器AXSEL1的输入端S，脉冲定时器Timer2的输出端接入模拟量切换器AXSEL2的输入端S；模拟量切换器AXSEL1和模拟量切换器AXSEL2的输出端均接入加法器Σ的输入端。
4.如权利要求3所述的一种基于超调补偿的一次调频优化控制方法的系统，其特征是，模拟量发生器A1接入高低限报警模块HLALM的高限值输入端，模拟量发生器A1乘以-1后接入高低限报警模块HLALM的低限值输入端。
5.如权利要求3所述的一种基于超调补偿的一次调频优化控制方法的系统，其特征是，模拟量发生器A2接入模拟量切换器AXSEL1的输入端Z1，模拟量发生器A2乘以-1后接入AXSEL2的输入端Z1。
6.如权利要求3所述的一种基于超调补偿的一次调频优化控制方法的系统，其特征是，模拟量切换器AXSEL1和模拟量切换器AXSEL2的输入端Z2均设置为0。
7.如权利要求3所述的一种基于超调补偿的一次调频优化控制方法的系统，其特征是，脉冲定时器Timer1和脉冲定时器Timer2的脉冲宽度值均设置为3。
8.如权利要求3所述的一种基于超调补偿的一次调频优化控制方法的系统，其特征是，模拟量发生器A2的数值设置为机组铭牌出力的3‰。
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