CN105785859B - 火电机组agc方式下确保一次调频动作的优化控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统及方法，采用当频率偏差信号Δf超出国家电网规定的调频死区±0.033Hz，且AGC与一次调频动作方向不一致时，即Δf<‑0.033且AGC负荷指令值处于增长阶段，或，Δf>0.03且AGC负荷指令值处于下降阶段，则机组负荷指令值闭锁增减，协调控制(CCS)将保持当前负荷指令值不变；其它工况下，AGC和一次调频按常规控制逻辑正常动作。本发明能有效确保电网频率波动时一次调频动作的优先性，保证一次调频动作幅度达到电网频率补偿的需要，提高火电机组对调度一次调频响应的精确性，提高其动作合格率，降低电网系统的频率波动。
Description
技术领域
本发明涉及火电机组调频领域，尤其涉及一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统及方法。
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，以及我国电力工业装机容量的增加和用电侧负荷峰谷差的增大，为了电网的安全稳定运行，各大型火电机组都要求投入AGC功能，大型火电机组经常处于宽负荷区间运行，范围一般在50％～100％额定负荷，并且要求机组具备快速、准确、稳定的响应负荷变化需求。同时，一次调频要求机组并网后就需具备响应电网频率变化的能力。这是由于电力系统的频率调整是按照负荷变化的周期和幅值大小区别对待的，一般将频率调整相应划分为一次、二次和三次调整，分别对应的也就是一次调频、AGC和机组计划发电。其中，一次调频和AGC是自动根据电网的控制需求进行机组的出力调节，因此在电网频率调节中占据重要地位。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。
《华北区域发电厂并网运行管理实施细则》等国内多区域的管理规定中指出，一般的直吹式制粉系统的汽包炉的火电机组为机组额定有功功率的1.5％；一般的带中间储仓式制粉系统的火电机组为机组额定有功功率的2％。因此，对应单次AGC调节，机组需要有一定的反应时间，整体上来说该动作时间长度要大于一次调频动作时间长度。一次调频属于细调，AGC属于粗调。
实际运行中，机组运行在协调控制(CCS)方式，AGC和一次调频的调节主要为协调控制系统(CCS)和数字电液控制(DEH)共同动作来完成，如图1所示，将频率测量值与频率标准值50Hz进行求差，并通过电网规定的一次调频补偿量函数换算成需要补偿的功率量，一路送至CCS侧叠加至负荷指令值上生成新的负荷指令值，通过汽轮机PID控制器进行机组功率调节；一路送至DEH侧，经过线性转换成对应的阀门开度变化量，叠加至原有阀门开度指令上生成最终的阀门开度指令值，直接控制阀门执行器的开度。其中，在AGC运行方式下，负荷指令值即为电网调度下发的AGC负荷指令值，否则为电厂运行人员人工设置的负荷指令值。如图1所示，AGC指令是经过速率限制的，而一次调频是无速率限制的，因此在电网发生频率变化时，一次调频的动作具有快速优先动作的特性。
由于AGC的工作时间长于一次调频，且由于其经过速率限制后动作优先性低于一次调频，故在实际运行中存在部分情况下，一次调频和AGC动作反向的情况发生，造成一次调频动作幅度达不到频率补偿的需要。这样一方面会造成电厂的一次调频考核不达标，影响到电厂的实际经济效益，另一方面机组一次调频反应幅度的不足不利于电网的频率的稳定。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统及方法，本发明能有效确保电网频率波动时一次调频动作的优先性，保证一次调频动作幅度达到电网频率补偿的需要，提高火电机组对调度一次调频响应的精确性，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：
一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制方法，包括以下步骤：
设置动作频率阈值，计算频率偏差信号，若频率偏差信号超过动作频率阈值，且自动发电控制AGC与一次调频动作方向不一致时，机组负荷指令值闭锁增减，机组协调控制保持当前负荷指令值不变；否则，自动发电控制和一次调频依照设定的控制逻辑正常动作。
所述频率偏差信号是指频率测量值与频率标准值的偏差。
进一步的，自动发电控制AGC与一次调频动作方向不一致是指频率偏差信号小于动作频率阈值下限且AGC负荷指令值处于增长阶段或频率偏差信号大于动作频率阈值上限且AGC负荷指令值处于下降阶段。
所述动作频率阈值为[-0.033，+0.033]Hz。
一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统，包括纯滞后模块、第一高低限报警模块、第二高低限报警模块、第一与模块和第二与模块，调度下发的AGC负荷指令值分别接入减法器模块和纯滞后模块，减法器模块将求得的差值送入第一高低限报警模块；所述第二高低限报警模块接入电网频率偏差信号，第一高低限报警模块的越高限报警信号和第二高低限报警模块的越低限报警信号传输给第一与模块，第一高低限报警模块的越低限报警信号和第二高低限报警模块的越高限报警信号接入第二与模块中，第一与模块和第二与模块的输出端连接或模块，所述或模块的输出端连接模拟量切换器的置位端，其输入端Z1连接自身的输出信号，其输入端Z2接速率限制后的负荷指令值。
所述纯滞后模块的滞后时间T设置为1。
所述第一高低限报警模块的高限值输入端连接有模拟量发生器。
所述模拟量发生器乘以-1后接入第一高低限报警模块的低限值输入端。
所述模拟量发生器的设置值为N/60，其中N为电网规定的AGC调接速率。
所述第二高低限报警模块的高限值为设定的动作频率阈值上限，低限值为动作频率阈值下限。
所述模拟量切换器的输出端接入加模块的X1输入端，加模块的X2输入端接收CCS侧一侧调频功率补偿量。
本发明的有益效果为：
(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确保电网频率波动导致一次调频动作时机组负荷的变动方向，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，提高一次调频动作合格率，确保机组的调频能力达到调度考核标准的要求。
(2)本发明可以有效确保电网频率波动时一次调频动作的优先性，保证一次调频动作幅度达到电网频率补偿的需要，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，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，降低电网系统的频率波动，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。
附图说明
图1为常规AGC与一次调频动作控制示意图；
图2为本发明AGC与一次调频优化控制系统示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作效果的优化控制系统及方法，包括：
调度下发的AGC负荷指令值分别接入减法器模块DEV和纯滞后模块LAG，将求得的差值送入高低限报警模块HLALM1中；电网频率偏差信号Δf接入高低限报警模块HLALM2中；将高低限报警模块HLALM1的越高限报警信号和高低限报警模块HLALM2的越低限报警信号接入与模块AND1中，将高低限报警模块HLALM1的越低限报警信号和高低限报警模块HLALM2的越高限报警信号接入与模块AND2中；将与模块AND1和与模块AND2的输出接入或模块OR中，或模块OR的输出接入模拟量切换器AXSEL的置位端S，模拟量切换器AXSEL的输入端Z1接自身的输出信号Y，输入端Z2接速率限制后的负荷指令值。
纯滞后模块LAG的滞后时间T设置为1。
模拟量发生器A2接入高低限报警模块HLALM1的高限值输入端，模拟量发生器A2乘以-1后接入高低限报警模块HLALM1的低限值输入端，A2中的值为例如华北区域发电厂并网运行管理实施细则规定，一般的直吹式制粉系统的汽包炉的火电机组为机组额定有功功率的1.5％；一般的带中间储仓式制粉系统的火电机组为机组额定有功功率的2％；循环流化床机组和燃用特殊煤种(如劣质煤，高水分低热值褐煤等)的火电机组为机组额定有功功率的1％；超临界定压运行直流炉机组为机组额定有功功率的1.0％。
高低限报警模块HLALM2的高限值为0.033，低限值为-0.033，为电网规定的调频死区值。
机组在AGC方式下运行，当电网频率不稳定时，频率测量值与频率标准值50Hz之间会产生一偏差Δf，假设此时偏差为|Δf|>0.033，经按照国家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ΔP，一路送至CCS侧叠加至负荷指令值上生成新的负荷指令值，通过汽轮机PID控制器进行调节；一路送至DEH侧，经过线性转换成对应的阀门开度变化量，叠加至原有阀门开度指令上生成最终的阀门开度指令值，调节阀门执行器的开度。
(1)若AGC指令处于增长阶段，即减法器模块DEV的输出值大于高低限报警模块HLALM1的高限值，则高低限报警模块HLALM1的越高限报警管脚输出端D1输出数字量指令“1”；若此时Δf<-0.033，则高低限报警模块HLALM2的越低限报警管脚输出端D2输出数字量指令“1”，则与模块AND1的输出为数字量指令“1”。
(2)若AGC指令处于下降阶段，即减法器模块DEV的输出值小于高低限报警模块HLALM1的低限值，则高低限报警模块HLALM1的越低限报警管脚输出端D2输出数字量指令“1”；若此时Δf>0.033，则高低限报警模块HLALM2的越高限报警管脚输出端D1输出数字量指令“1”，则与模块AND2的输出为数字量指令“1”。
与模块AND1和与模块AND2任何一个输出为数字量指令“1”，则模拟量切换器AXSEL的置位端S为“1”，此时将其输入端Z1接自身的输出信号Y，即则机组负荷指令值闭锁增减，协调控制(CCS)将保持当前负荷指令值不变，以确保一次调频的动作效果；与模块AND1和与模块AND2任何一个输出均不为数字量指令“1”，则模拟量切换器AXSEL的输出为输入端Z2接收的速率限制后的负荷指令值，AGC和一次调频按常规控制逻辑正常动作。
具体示例1：以华北区域山东省内某300MW直吹式制粉系统的汽包炉火电机组为例，在AGC方式下运行时，其调节速率为1.5％×300＝4.5MW/min，即4.5÷60＝0.075MW/s，实际运行中由于涉及到负荷指令信号的转换、传输等众多环节，故实际调节速率要略高于此值；300MW机组接收的电网调度下发的AGC指令单次阶跃幅值为3MW，故单次AGC调节所需时间为3÷4.5×60＝40s，该时间长于一次调频正常调节所需时间。
高低限报警模块HLALM1的高限值为0.075，低限值为-0.075。
纯滞后模块LAG中滞后时间T为1s，即其输出值比输入值滞后1s，即反映的是1s前的输入值。
(1)若AGC指令处于增长阶段，则减法器模块DEV的输出值为调度下发的AGC负荷指令值与其自身经过纯滞后模块LAG后值的差，由于此时调节速率大于0.075MW/s，故DEV的输出值大于0.075，高低限报警模块HLALM1的越高限报警管脚输出端D1输出数字量指令“1”；若此时Δf<-0.033，则高低限报警模块HLALM2的越低限报警管脚输出端D2输出数字量指令“1”，则与模块AND1的输出为数字量指令“1”。
(2)若AGC指令处于下降阶段，则减法器模块DEV的输出值为调度下发的AGC负荷指令值与其自身经过纯滞后模块LAG后值的差，由于此时调节速率大于0.075MW/s，故DEV的输出值小于-0.075，则高低限报警模块HLALM1的越低限报警管脚输出端D2输出数字量指令“1”；若此时Δf>0.033，则高低限报警模块HLALM2的越高限报警管脚输出端D1输出数字量指令“1”，则与模块AND2的输出为数字量指令“1”。
上述两种情况发生任何一种，即与模块AND1和与模块AND2任何一个输出为数字量指令“1”，则模拟量切换器AXSEL的置位端S为“1”，此时将其输入端Z1接自身的输出信号Y，即则机组负荷指令值闭锁增减，协调控制(CCS)将保持当前负荷指令值不变，以确保一次调频的动作效果；与模块AND1和与模块AND2任何一个输出均不为数字量指令“1”，则模拟量切换器AXSEL的输出为输入端Z2接收的速率限制后的负荷指令值，AGC和一次调频按常规控制逻辑正常动作。
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)
1.一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制方法，其特征是：包括以下步骤：
设置动作频率阈值，计算频率偏差信号，若频率偏差信号超过动作频率阈值，且自动发电控制AGC与一次调频动作方向不一致时，机组负荷指令值闭锁增减，机组协调控制保持当前负荷指令值不变；否则，自动发电控制和一次调频依照设定的控制逻辑正常动作；
自动发电控制AGC与一次调频动作方向不一致是指频率偏差信号小于动作频率阈值下限且AGC负荷指令值处于增长阶段或频率偏差信号大于动作频率阈值上限且AGC负荷指令值处于下降阶段；
当频率偏差信号大于动作频率阈值上限，经按照国家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ΔP，一路送至CCS侧叠加至负荷指令值上生成新的负荷指令值，通过汽轮机PID控制器进行调节；一路送至DEH侧，经过线性转换成对应的阀门开度变化量，叠加至原有阀门开度指令上生成最终的阀门开度指令值，调节阀门执行器的开度。
2.如权利要求1所述的一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制方法，其特征是：所述动作频率阈值为[-0.033，+0.033]Hz。
3.一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统，其特征是：包括纯滞后模块、第一高低限报警模块、第二高低限报警模块、第一与模块和第二与模块，调度下发的AGC负荷指令值分别接入减法器模块和纯滞后模块，减法器模块将求得的差值送入第一高低限报警模块；所述第二高低限报警模块接入电网频率偏差信号，第一高低限报警模块的越高限报警信号和第二高低限报警模块的越低限报警信号传输给第一与模块，第一高低限报警模块的越低限报警信号和第二高低限报警模块的越高限报警信号接入第二与模块中，第一与模块和第二与模块的输出端连接或模块，所述或模块的输出端连接模拟量切换器的置位端，其输入端Z1连接自身的输出信号，其输入端Z2接速率限制后的负荷指令值。
4.如权利要求3所述的一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统，其特征是：所述纯滞后模块的滞后时间T设置为1。
5.如权利要求3所述的一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统，其特征是：所述第一高低限报警模块的高限值输入端连接有模拟量发生器。
6.如权利要求3所述的一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统，其特征是：所述模拟量发生器乘以-1后接入第一高低限报警模块的低限值输入端。
7.如权利要求3所述的一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统，其特征是：所述模拟量发生器的设置值为N/60，其中N为电网规定的AGC调接速率。
8.如权利要求3所述的一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统，其特征是：所述第二高低限报警模块的高限值为设定的动作频率阈值上限，低限值为动作频率阈值下限。
9.如权利要求3所述的一种火电机组AGC方式下确保一次调频动作的优化控制系统，其特征是：所述模拟量切换器的输出端接入加模块的X1输入端，加模块的X2输入端接收CCS侧一侧调频功率补偿量。
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