CN105045229A - 基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法及装置，包括：若机组转速偏差信号Δn的绝对值未超出电网规定的一次调频死区范围，则机组正常一次调频补偿量ΔP1为0，机组负荷补偿量ΔP为0；若机组转速偏差信号Δn的绝对值超出电网规定的一次调频死区范围，则根据一次调频补偿量函数确定机组正常一次调频补偿量ΔP1，根据Δn超出死区限值的时间确定机组额外负荷补偿量的大小，机组负荷补偿量ΔP为机组正常一次调频补偿量ΔP1与额外负荷补偿量ΔP3之和。本发明有益效果：在确保机组不误动、不拒动、不频繁动作的同时，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

基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法及装置

技术领域

本发明涉及火电机组调频领域，尤其涉及一种基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法及装置。

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，网厂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原动机的阀门位置，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，原动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。发电机的一次调节采用的调整方法是有差特性法，其优点是所有机组的调整只与一个参变量有关(即与系统频率有关)，机组之间互相影响小。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。

目前，电网规定的一次调频死区为50±0.033Hz(相当于±2rpm)，要求电网频率超出死区后3s机组有功需发生相应变化。同时，对周期在10s以内的负荷变化所引起的频率波动是极微小的，通过负荷效应，负荷能够自行吸收这种频率波动；对周期在几十秒到几分钟内变化且幅度也较大的负荷变化引起的频率波动，仅靠一次调频是不能满足要求的，必须进行频率的二次调整即AGC控制。因此，电网对一次调频的考核主要集中在10s至几十秒之间的负荷变化所引起的频率波动。

由于一次调频存在的快速性、短暂性等特性，其调整曲线在电厂机组侧主要以尖脉冲形式体现，同时，由于WAMS数据采样精度较高(40ms)，实际频率、功率等参数曲线含有较多毛刺，调度侧进行了滤波处理，因此实际的一次调频反应经过各个系统的转换计算以及网络传输等因素的影响，必然会存在一定的衰减，造成在实际考核中的反应幅值达不到考核标准要求。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法及装置，该方法及装置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准确性，满足电网对机组一次调频动作做功的需求，确保其调频能力，有效保证电网系统的频率稳定。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法，包括：

若机组转速偏差信号Δn的绝对值未超出电网规定的一次调频死区范围，则机组正常一次调频补偿量ΔP1为0，机组负荷补偿量ΔP为0；

若机组转速偏差信号Δn的绝对值超出电网规定的一次调频死区范围，则根据电厂并网运行管理规定中要求的一次调频补偿量函数确定机组正常一次调频补偿量ΔP1，根据Δn超出死区限值的时间确定机组额外负荷补偿量的大小，机组负荷补偿量ΔP为机组正常一次调频补偿量ΔP1与额外负荷补偿量ΔP3之和。

根据Δn超出死区限值的时间确定机组额外负荷补偿量的大小的方法为：

当机组转速偏差信号Δn超出电网规定的一次调频死区范围时：

(1)若Δn超出死区限值的时间小于设定时间A2，则机组额外负荷补偿量ΔP3＝0，机组负荷补偿量ΔP为正常一次调频补偿量ΔP1；

(2)若Δn超出死区限值的时间大于设定时间A2，则机组额外负荷补偿量ΔP3＝ΔP1+A1*ΔP1，其中，A1、A2分别为设定常数值；机组负荷补偿量ΔP为正常一次调频补偿量ΔP1与额外负荷补偿量ΔP3之和。

所述A1的设定方法为：

所述A2的设定方法为：10s减去机组滞后时间。

一种实现基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法的装置，包括：减法器、函数发生器、加法器、乘法器、高低限报警模块、滞后置位型定时器和模拟量切换器；

所述减法器与函数发生器连接后接入加法器的一个输入端，所述减法器、高低限报警模块、滞后置位型定时器和模拟量切换器依次连接后，接入加法器的另一个输入端，所述函数发生器还与乘法器连接，所述乘法器与模拟量切换器连接。

所述高低限报警模块的高低限值为+2和-2。

所述乘法器的一个输入端与函数发生器连接，另一个输入端与模拟量发生器A1连接。

所述模拟量发生器A1的值具体为：

所述滞后置位型定时器的Set输入端与高低限报警模块连接，DT输入端与模拟量发生器A2连接。

所述模拟量切换器的其中Z1输入端与乘法器的输出端连接，Z2输入端置零，S输入端与滞后置位型定时器的输出端连接。

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，通过本发明能够有效降低实际一次调频反应过程中各个系统的转换计算以及网络传输等因素造成的时间滞后影响，提高机组对电网频率变化响应的准确性，确保机组的调频能力达到调度考核标准的要求。

(2)通过转速偏差超出死区限值时间的判断实现对电网频率波动时间长短的不同反应，既保证机组不误动、不拒动、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逻辑示意图；

图2为本发明滞后置位型定时器工作示意图。

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，一种基于时间补偿的火电机组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±2rpm之内时，未超出电网规定的一次调频死区，此时，电厂并网运行管理规定中要求的一次调频补偿量函数f(x)输出为0，负荷补偿量ΔP为0；

当机组转速偏差信号Δn的绝对值在±2rpm之外时，超出电网规定的一次调频死区，根据Δn超出死区限值的时间确定系统额外负荷补偿量的大小，负荷补偿量ΔP为正常一次调频补偿量ΔP1和额外负荷补偿量ΔP3之和。

当机组转速偏差信号Δn超出死区限值，即Δn在±2rpm之外时：

(1)若Δn超出死区限值的时间小于模拟量发生器A2中所设时间，此时ΔP3＝0，则系统输出的负荷补偿量ΔP仍为正常一次调频补偿量ΔP1；

(2)若Δn超出死区限值的时间大于模拟量发生器A2中所设时间，此时ΔP3＝ΔP2，则系统输出的负荷补偿量ΔP为正常一次调频补偿量ΔP1和额外负荷补偿量ΔP2之和，即ΔP＝ΔP1+ΔP2。其中，ΔP2＝A1*ΔP1，A1为设定值。

A1的设定原理为：电网对一次调频的考核主要集中在10s至几十秒之间的负荷变化所引起的频率波动，因为调频时间为10s时机组滞后时间所占的比重最大，几十秒其所占比重最小，为保证一次调频考核指标，取最大值，该值范围一般为0.2-0.5。

一种基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制装置，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分别接入加法器Σ的输入端一和乘法器MUL的输入端一；机组转速偏差信号Δn依次经过高低限报警模块HLALM和滞后置位型定时器Timer后接入模拟量切换器AXSEL的输入端S，模拟量切换器AXSEL的输出接入加法器Σ的输入端二。

模拟量发生器A1接入乘法器MUL的输入端二；乘法器模块MUL的输出接入模拟量切换器AXSEL的Z1输入端，模拟量切换器AXSEL的Z2输入端置为0。

高低限报警模块HLALM的输入端H置为2，输入端L置为-2。高低限报警模块HLALM的输出端接入滞后置位型定时器Timer的Set输入端，用于设置滞后置位时间的模拟量发生器A2接入滞后置位型定时器Timer的DT输入端。滞后置位型定时器Timer的输出端接入模拟量切换器AXSEL的S输入端。

模拟量发生器A1中所设值的设定原理：电网对一次调频的考核主要集中在10s至几十秒之间的负荷变化所引起的频率波动，因为调频时间为10s时机组滞后时间所占的比重最大，几十秒其所占比重最小，为保证一次调频考核指标，取最大值，该值范围一般为0.2-0.5。

模拟量发生器A2中所设值为10s减去机组滞后时间2-3s，该值一般设为7-8。

具体工作原理如下：

电网频率不稳定时，发电机的转速会产生一个偏差Δn，若|Δn|>2，经一次调频补偿量函数f(x)补偿后，产生一个负荷补偿量ΔP1。

根据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为电网要求的一次调频动作死区值±2转，HLALM的高限值H为2，低限值L为-2，则此时HLALM输出为“1”：

(1)当Δn超出死区限值的时间T小于模拟量发生器A2中所设时间，即HLALM输出为“1”的时间小于模拟量发生器A2中所设时间，则滞后置位型定时器Timer的输出始终为“0”，模拟量切换器AXSEL的输出始终为输入端二的值0，即ΔP3＝0，故此时系统输出的负荷补偿量ΔP仍为正常一次调频补偿量ΔP1；

(2)当Δn超出死区限值的时间T大于模拟量发生器A2中所设时间，即HLALM输出为“1”的时间大于模拟量发生器A2中所设时间，则在(T-A2)s后，滞后置位型定时器Timer的输出由“0”变为“1”，此时模拟量切换器AXSEL的输出为输入端一的值ΔP2，即ΔP3＝ΔP2，则系统输出的负荷补偿量ΔP为正常一次调频补偿量ΔP1和额外负荷补偿量ΔP2之和，即ΔP＝ΔP1+ΔP2，其中，ΔP2＝A1*ΔP1。

滞后置位型定时器工作原理如图2所示：当Set信号从0变到1时，经过延时时间DT后，输出信号D上升为高电平并跟随Set信号的复位变为0。Set信号的宽度小于DT时，输出D保持为0。当Rst复位信号的上升沿到达时，输出D立即复位。

具体示例1：

以某省电网内机组为例，规定机组频率超出一次调频死区50±0.033Hz(±2rpm)，机组有功需在3s内对频率的偏差做出响应，有效扰动定义为频率超出一次调频死区且持续在10秒及以上。

当Δn＝3>2时，常规一次调频补偿量函数f(x)的输出为ΔP1＝2，HLALM输出为“1”，Timer中的置位端Set为开关量“1”：

(1)若本次一次调频扰动时间持续为6s，小于模拟量发生器A2中所设值7，即小于Timer中的滞后置位时间DT＝7，故此时Timer的输出为开关量“0”，则AXSEL的输出保持输入端二的输入值0，即ΔP3＝0，因此ΔP＝ΔP1+ΔP3＝2+0＝2；

(2)若本次一次调频扰动时间持续为15s，大于模拟量发生器A2中所设值7，即大于Timer中的滞后置位时间DT＝7，故此时Timer的输出为开关量“0”，则AXSEL的输出保持输入端二的输入值0，即ΔP3＝0，因此ΔP＝ΔP1+ΔP3＝2+0＝2；

则在T-A2＝15-7＝8s时，滞后置位型定时器Timer的输出由“0”变为“1”，此时模拟量切换器AXSEL的输出为输入端一的值ΔP2，即ΔP3＝ΔP2，则系统输出的负荷补偿量ΔP为正常一次调频补偿量ΔP1和额外负荷补偿量ΔP2之和，若模拟量发生器A1中值设定为0.5，则ΔP＝ΔP1+ΔP2＝2+2*0.5＝3，并且该值保持8s，直到该次一次调频扰动结束。

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 (10)

1.一种基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法，其特征是，包括：

若机组转速偏差信号Δn的绝对值未超出电网规定的一次调频死区范围，则机组正常一次调频补偿量ΔP1为0，机组负荷补偿量ΔP为0；

若机组转速偏差信号Δn的绝对值超出电网规定的一次调频死区范围，则根据一次调频补偿量函数确定机组正常一次调频补偿量ΔP1，根据Δn超出死区限值的时间确定机组额外负荷补偿量的大小，机组负荷补偿量ΔP为机组正常一次调频补偿量ΔP1与额外负荷补偿量ΔP3之和。

2.如权利要求1所述的一种基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法，其特征是，根据Δn超出死区限值的时间确定机组额外负荷补偿量的大小的方法为：

当机组转速偏差信号Δn超出电网规定的一次调频死区范围时：

(1)若Δn超出死区限值的时间小于设定时间A2，则机组额外负荷补偿量ΔP3＝0，机组负荷补偿量ΔP为正常一次调频补偿量ΔP1；

(2)若Δn超出死区限值的时间大于设定时间A2，则机组额外负荷补偿量ΔP3＝ΔP1+A1*ΔP1，其中，A1、A2分别为设定常数值；机组负荷补偿量ΔP为正常一次调频补偿量ΔP1与额外负荷补偿量ΔP3之和。

3.如权利要求2所述的一种基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法，其特征是，所述A1的设定方法为：

4.如权利要求2所述的一种基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法，其特征是，所述A2的设定方法为：10s减去机组滞后时间。

5.一种实现如权利要求1所述的基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法的装置，其特征是，包括：减法器、函数发生器、加法器、乘法器、高低限报警模块、滞后置位型定时器和模拟量切换器；

所述减法器与函数发生器连接后接入加法器的一个输入端，所述减法器、高低限报警模块、滞后置位型定时器和模拟量切换器依次连接后，接入加法器的另一个输入端，所述函数发生器还与乘法器连接，所述乘法器与模拟量切换器连接。

6.如权利要求5所述的一种实现基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法的装置，其特征是，所述高低限报警模块的高低限值为+2和-2。

7.如权利要求5所述的一种实现基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法的装置，其特征是，所述乘法器的一个输入端与函数发生器连接，另一个输入端与模拟量发生器A1连接。

8.如权利要求7所述的一种实现基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法的装置，其特征是，所述模拟量发生器A1的值具体为：

9.如权利要求5所述的一种实现基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法的装置，其特征是，所述滞后置位型定时器的Set输入端与高低限报警模块连接，DT输入端与模拟量发生器A2连接。

10.如权利要求5所述的一种实现基于时间补偿的火电机组一次调频优化控制方法的装置，其特征是，所述模拟量切换器的其中Z1输入端与乘法器的输出端连接，Z2输入端置零，S输入端与滞后置位型定时器的输出端连接。