CN104993502B - 一种功率闭环模式下的一次调频实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种功率闭环模式下的一次调频实现方法及装置。所述方法包括：接收功率设定值；检测电网频率波动是否超过设定的频率死区；如果超过所述频率死区，则根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量；根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值。本发明实施例的功率闭环模式下的一次调频实现方法及装置，提高了机组一次调频的速动性，能非常及时的根据电网频率波动输出对应的功率，且可以提高机组一次调频的动作准确度；机组一次调频和二次调频配合简单，运行人员十分容易掌握。

Description

一种功率闭环模式下的一次调频实现方法及装置

技术领域

本发明涉及发电机组的一次调频领域，尤其涉及一种功率闭环模式下的一次调频实现方法及装置。

背景技术

为了保证电网及发电机组的安全运行，必须充分发挥发电机组的一次调频能力，使并网运行机组随时适应电网负荷和频率的变化，提高电能质量及电网频率的控制水平。根据《DL/T496-2001水轮机电液调节系统及装置调整试验导则》等相关标准，通过对水电站机组进行一次调频试验以检验机组一次调频功能，发现部分机组在一次调频下出现了以下问题：

(1)功率调节不到位，积分电量不够；

(2)调节速动性差；

(3)动作准确度失灵；

(4)与二次调频配合不好。

当前，国内大部分机组调速系统采用的是开度闭环控制，功率闭环控制放在监控系统实现，由于一次调频为调速系统固有的频率特性，而功率闭环的输入命令来自外部，将功率闭环置于调速系统外的话，会造成调节控制权的混乱，因此当机组进行一次调频的时候会发生监控系统与调速系统的互调现象，因此会造成以上问题的出现。

由于当前大部分国内机组采用开度闭环控制方式运行，即当机组并网发电后，调速系统接收监控系统的脉冲控制来开关导叶，监控系统在自己内部通过功率闭环来设定控制输出脉冲的长度，从而精确控制机组的有功输出。在这种开度闭环控制方式下，当发生一次调频时，调速系统根据频率固有特性，即：其中：Δf为机组频率的变化量，f为机组频率，Δy为机组导叶开度的变化量，y为机组导叶开度，bp为机组永态转差系数。通过程序内部设定好的频率开度变化算法，改变机组的导叶开度，从而达到改变机组功率的效果。

从上述可以看出，当发生一次调频时，机组频率变化Δf1为机组频率的变化率，机组导叶开度的变化率应该是Δy1＝Δf1/bp，此时机组的功率变化率为Δp1＝f(Δy1)；由于机组功率和导叶开度之间的对应比例并非线性关系，且和水头有关，如图1所示，调速系统的控制反馈是导叶开度，而非机组功率，所以通过这种模式得到的一次调频功率输出肯定不能满足调度越来越高的要求的；同时由于测频回路的影响，调速系统也很难确保一次调频动作的正确性及速动性。

发明内容

为了解决现有的一次调频方法无法确保正确性及速动性的问题，本发明实施例提供一种功率闭环模式下的一次调频实现方法及装置。

为了达到上述目的，本发明实施例提供一种功率闭环模式下的一次调频实现方法，包括：接收功率设定值；检测电网频率波动是否超过设定的频率死区；如果超过所述频率死区，则根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量；根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值。

为了达到上述目的，本发明实施例还提供一种功率闭环模式下的一次调频实现装置，包括：功率设定值接收装置，用于接收功率设定值；波动检测装置，用于检测电网频率波动是否超过设定的频率死区；功率波动计算装置，用于在所述电网频率波动超过所述频率死区时，根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量；最终功率计算装置，用于根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值。

本发明实施例的功率闭环模式下的一次调频实现方法及装置，提高了机组一次调频的速动性，能非常及时的根据电网频率波动输出对应的功率，且可以提高机组一次调频的动作准确度；机组一次调频和二次调频配合简单，运行人员十分容易掌握。

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发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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。

图1为现有技术中的机组导叶开度与机组功率的关系示意图；

图2为本发明实施例的功率闭环模式下的一次调频实现方法的流程图；

图3为本发明实施例的功率闭环模式下的一次调频实现装置的结构示意图；

图4为利用本发明的一次调频方法进行的现场实施得到的机组频率从50Hz变化为50.15Hz的一次调频响应曲线图；

图5为利用本发明的一次调频方法进行的现场实施得到的机组频率从50Hz变化为49.85Hz的一次调频响应曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2为本发明实施例的功率闭环模式下的一次调频实现方法的流程图。如图所示，本发明的一次调频实现方法包括：步骤S101，接收功率设定值；步骤S102，检测电网频率波动是否超过设定的频率死区；步骤S103，如果超过所述频率死区，则根据机组额定功率、机组频率以及机组频率变化量计算功率相对额定频率的变化量和功率叠加量；步骤S104，根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值。

在步骤S101中，当机组处于并网发电状态时，机组的监控系统下发功率设定值P1至机组的调速系统，调速系统将P1置为功率给定，依此来控制导叶开度，直至功率达到P1。在本发明实施例中，将功率闭环置于调速系统内部，简化了调速系统与监控系统的控制接口，监控系统在调节机组功率时只需要下发功率设定目标值，其余均由调速系统完成，当调节目标值达到时，退出调节，整个调节过程简洁明了，易于掌握。

在步骤S102中，检测电网频率波动是否超过设定的频率死区。在一实施例中，频率死区可设置为±0.05Hz。

在步骤S103中，所述根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量。在本实施例中，具体通过以下公式实现：

ΔP3＝ep*Δf/f*Pr；

其中，ΔP3为所述功率变化量，Pr为所述机组额定功率，f为所述机组额定频率，Δf为所述机组频率相对额定频率的变化量，ep为设定的常量，在本实施例中，ep为水轮机调节系统静态特性图上某一规定运行点斜率的负数，一般等于bp，取值为0～10％。

ΔP2＝n*k*Pr；

其中，ΔP2为所述功率叠加量，K为功率叠加系数，一般取0～0.2％，根据电网对机组调频速率确定，最佳取值为0.15％；Pr为所述机组额定功率，n为1或-1。

在步骤S104中，所述根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值，包括：

P＝P1+ΔP2+ΔP3＝P1+n*K*Pr+ep*Δf/f*Pr。

其中，当电网频率下降时，频率的波动大于一次调频死区，调速系统根据固有的频率特性开启导叶增加功率，此时二次调频为加负荷命令，即n为1；

当电网频率上升时，频率的波动大于一次调频死区，调速系统根据固有的频率特性关闭导叶减少功率，此时二次调频为减负荷命令，即n为-1。

在一次调频投入的状态下，当电网频率波动超过机组设置的频率死区时，调速系统在功率给定的源头叠加一个偏置量，大小为k*Pr，其中，k为功率叠加系数，一般取0～0.2％，根据电网对机组调频速率确定，推荐取值为0.15％。该偏置量的方向和机组调节方向一致，即频率升高时这个偏置量为负，频率下降时这个偏置量为正。也就是说，当机组发生二次调频时，遵循同向叠加，方向截止的原则。

所谓同向叠加是指：当电网频率下降时，频率的波动大于一次调频死区，调速系统根据固有的频率特性开启导叶增加功率，此时如果二次调频为加负荷命令，则监控将新负荷值直接下发到调速系统；当电网频率上升时，频率的波动大于一次调频死区，调速系统根据固有的频率特性关闭导叶减少功率，此时如果二次调频为减负荷命令，则监控将新负荷值直接下发到调速系统。

所谓反向截止是指：当电网频率下降时，频率的波动大于一次调频死区，调速系统根据固有的频率特性开启导叶增加功率，此时如果二次调频为减负荷命令，则监控系统将新负荷值保持住，但不下发到调速系统，待调速系统一次调频动作结束时下发该负荷值；当电网频率上升时，频率的波动大于一次调频死区，调速系统根据固有的频率特性关闭导叶减少功率，此时如果二次调频为减增荷命令，则监控系统将新负荷值保持住，但不下发到调速系统，待调速系统一次调频动作结束时下发该负荷值至调速系统。

图3为本发明实施例的功率闭环模式下的一次调频实现装置的结构示意图。如图所示，本实施例的一次调频实现装置包括：功率设定值接收装置101，用于接收功率设定值；波动检测装置102，用于检测电网频率波动是否超过设定的频率死区；功率波动计算装置103，用于在所述电网频率波动超过所述频率死区时，根据机组额定功率、机组频率以及机组频率变化量计算功率变化量和功率叠加量；最终功率计算装置104，用于根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值。

所述功率波动计算装置103用于根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量，包括：ΔP3＝ep*Δf/f*Pr；其中，ΔP3为所述功率变化量，Pr为所述机组额定功率，f为所述机组频率，Δf为所述机组频率相对额定频率的变化量，ep为设定的常量。

所述功率波动计算装置103根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量，包括：ΔP2＝n*k*Pr；其中，ΔP2为所述功率叠加量，Pr为所述机组额定功率，n为1或-1，k取值为0～0.2％。

所述最终功率计算装置104根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值，包括：

P＝P1+ΔP2+ΔP3＝P1+n*k*Pr+ep*Δf/f*Pr。

通过上述的功率闭环模式下的一次调频实现方法及装置，可以看出，本发明可以提高机组一次调频的速动性，能非常及时的根据电网频率波动输出对应的功率，可以提高机组一次调频的动作准确度；并且，机组一次调频和二次调频配合简单，运行人员十分容易掌握。

图4为利用本发明的一次调频方法进行的现场实施得到的机组频率从50Hz变化为50.15Hz的一次调频响应曲线图(图中线条②)，此时n＝-1，根据本发明的一次调频方法，机组功率进行自动调整，功率从200MW变化为180MW(图中线条①)，调整结果符合本发明的设计。

图5为利用本发明的一次调频方法进行的现场实施得到的机组频率从50Hz变化为49.85Hz的一次调频响应曲线图(图中线条②)，此时n＝1，根据本发明的一次调频方法，机组功率进行自动调整，功率从200MW变化为220MW(图中线条①)，调整结果符合本发明的设计。

通过本方案的设计，将功率闭环置于调速系统内部，简化了调速系统与监控系统的控制接口，监控系统在调节机组功率时只需要下发目标值，其余均由调速系统完成，当调节目标值达到时，退出调节，整个调节过程简洁明了，运行人员易于掌握。

当调速系统检测到一次调频命令，且当前运行状态满足一次调频动作后，调速系统通过叠加功率的方式使机组功率马上有变化，一次调频速动性好，能非常及时的根据电网频率波动输出对应的功率，满足调度对机组速动性的要求。

当一次调频和二次调频同时发生时，采用同相叠加，反向截止的策略，有效的解决了一次调频和二次调频的配合问题，提高了机组的安全稳定性。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种功率闭环模式下的一次调频实现方法，其特征在于，所述方法包括：

接收功率设定值；

检测电网频率波动是否超过设定的频率死区；

如果超过所述频率死区，则根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量；

根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值；

其中，所述根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量，包括：

ΔP2＝n*k*Pr；

其中，ΔP2为所述功率叠加量，Pr为所述机组额定功率，n为1或-1，k取值为0～0.2％；

当电网频率下降时，电网频率的波动大于所述频率死区，调速系统根据固有的频率特性开启导叶增加功率，此时二次调频为加负荷命令，即n为1；

当电网频率上升时，电网频率的波动大于所述频率死区，调速系统根据固有的频率特性关闭导叶减少功率，此时二次调频为减负荷命令，即n为-1。

2.根据权利要求1所述的功率闭环模式下的一次调频实现方法，其特征在于，所述接收功率设定值是指：

当机组处于并网发电状态时，机组的监控系统下发功率设定值P1至机组的调速系统。

3.根据权利要求2所述的功率闭环模式下的一次调频实现方法，其特征在于，所述根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量，包括：

ΔP3＝ep*Δf/f*Pr；

其中，ΔP3为所述功率变化量，Pr为所述机组额定功率，f为所述机组额定频率，Δf为所述机组频率相对额定频率的变化量，ep为设定的常量。

4.根据权利要求3所述的功率闭环模式下的一次调频实现方法，其特征在于，所述根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值，包括：

P＝P1+ΔP2+ΔP3＝P1+n*k*Pr+ep*Δf/f*Pr。

5.一种功率闭环模式下的一次调频实现装置，其特征在于，所述装置包括：

功率设定值接收装置，用于接收功率设定值；

波动检测装置，用于检测电网频率波动是否超过设定的频率死区；

功率波动计算装置，用于在所述电网频率波动超过所述频率死区时，根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量；

最终功率计算装置，用于根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值；

其中，所述功率波动计算装置根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量，包括：

ΔP2＝n*k*Pr；

其中，ΔP2为所述功率叠加量，Pr为所述机组额定功率，n为1或-1，k取值为0～0.2％；

当电网频率下降时，电网频率的波动大于所述频率死区，调速系统根据固有的频率特性开启导叶增加功率，此时二次调频为加负荷命令，即n为1；

当电网频率上升时，电网频率的波动大于所述频率死区，调速系统根据固有的频率特性关闭导叶减少功率，此时二次调频为减负荷命令，即n为-1。

6.根据权利要求5所述的功率闭环模式下的一次调频实现装置，其特征在于，所述功率设定值接收装置用于接收的功率设定值是指：

当机组处于并网发电状态时，机组的监控系统下发功率设定值P1至机组的调速系统。

7.根据权利要求6所述的功率闭环模式下的一次调频实现装置，其特征在于，所述功率波动计算装置用于根据机组额定功率、机组频率以及机组频率相对额定频率的变化量计算功率变化量和功率叠加量，包括：

ΔP3＝ep*Δf/f*Pr；

其中，ΔP3为所述功率变化量，Pr为所述机组额定功率，f为所述机组额定频率，Δf为所述机组频率相对额定频率的变化量，ep为设定的常量。

8.根据权利要求7所述的功率闭环模式下的一次调频实现装置，其特征在于，所述最终功率计算装置根据所述功率设定值、功率变化量和功率叠加量，计算生成一次调频的功率最终给定值，包括：

P＝P1+ΔP2+ΔP3＝P1+n*k*Pr+ep*Δf/f*Pr。