CN107589706A - 一种火电机组涉网性能在线监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种火电机组涉网性能在线监测方法及装置，该方法包括：基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，来判断当前火电机组是否存在涉网风险。从而达到来实时监测并判断火电机组当前的运行状态是否存在一次调频性能下降和功率控制失稳所产生的涉网安全风险，以此指导机组运行，保障机组涉网性能，最终有利于电网的安全稳定运行。

Description

一种火电机组涉网性能在线监测方法及装置

技术领域

本发明涉及火电机组技术领域，更具体地，涉及一种火电机组涉网性能在线监测方法及装置。

背景技术

火电机组的一次调频功能和机组功率控制稳定性是其重要的涉网功能之一。其中，一次调频功能是电网频率控制的重要手段，当电网发生频率故障导致实际频率变化越过额定限值后，机组应根据实际频率迅速调整负荷出力以达到稳定频率的目的。因此，对于一次调频的性能要求，机组负荷响应的快速性是其关键指标之一。另一方面，火电机组功率控制的稳定性也关系着电网稳定运行安全，当机组由于功率控制存在稳定性而导致机组发生持续的功率振荡后，若其振荡频率接近电网固有频率，则有可能引起电网低频振荡事故。

已有研究表明火电机组的一次调频性能、功率控制稳定性与火电机组的阀门流量特性密切相关。当火电机组存在阀门流量特性问题时，其可能产生的后果就包括了一次调频性能下降以及机组功率振荡。因此，对于并网火电机组而言，如何规避由阀门流量特性引起的一次调频性能下降以及功率控制失稳等问题，对于保障机组的涉网性能和电网的安全稳定运行意义重大。

发明内容

针对上述的技术问题，本发明提供一种火电机组涉网性能在线监测方法及装置。

第一方面，本发明提供一种火电机组涉网性能在线监测方法，包括：基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，判断当前火电机组是否存在涉网风险。

其中，所述火电机组涉网性能在线监测方法进一步包括：若C₁＜k＜C₂，则火电机组的涉网性能安全；若k＜C₁，则火电机组存在一次调频性能下降的风险，发出一次调频报警；若k＞C₂，则火电机组存在功率控制失稳的风险，发出功率控制失稳报警；其中，k为火电机组的总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率，C₁为一次调频报警阈值；C₂为功率控制失稳报警阈值。

其中，所述火电机组涉网性能在线监测方法还包括：获取实际火电机组的阀门流量特性曲线。

其中，所述获取实际火电机组的阀门流量特性曲线包括：S01，获取火电机组的总阀位指令数据集、主汽压力数据集和调节级压力数据集；S02，根据所述主汽压力数据集和所述调节级压力数据集获取压比数据集，以及根据所述压比数据集中的最大值和所述总阀位指令数据集中的最大值获取基准值；S03，根据所述总阀位指令数据集、所述压比数据集和所述基准值，获得实际火电机组的阀门流量特性曲线y＝f(x)。

其中，所述斜率为：

其中，μ_Now为火电机组总阀位指令的当前值，k为火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率。

其中，所述压比为所述基准值为

其中，p_T为主汽压力，p₁为调节级压力，ε为压比，ε_Max为压比最大值，μ_Max为总阀位指令最大值，y_N为基准值。

其中，所述S03包括：以所述总阀位指令为自变量x，所述压比与所述基准值的比值为因变量y，即采用多项式拟合的方法获取所述阀门流量特性曲线y＝f(x)。

第二方面，本发明提供一种火电机组涉网性能监测装置，包括：比较判断模块，用于基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，判断当前火电机组是否存在涉网风险。

第三方面，本发明提供一种火电机组涉网性能在线监测设备，包括：至少一个处理器；以及与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至7任一所述的方法。

第四方面，本发明提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至7任一所述的方法。

本发明提供的一种火电机组涉网性能在线监测方法及装置，通过基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，来实时监测并判断火电机组当前的运行状态是否存在一次调频性能下降和功率控制失稳所产生的涉网安全风险，以此指导机组运行，保障机组涉网性能，最终有利于电网的安全稳定运行。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的火电机组涉网性在线能监测方法的流程框图；

图2为图1所述的火电机组涉网性能在线监测方法中的阀门流量特性曲线的获取流程图；

图3为本发明实施例提供的火电机组涉网性能在线监测方法中获取的阀门流量特性曲线图；

图4为本发明另一实施例提供的火电机组涉网性能在线监测方法中获取的阀门流量特性曲线图；

图5为本发明又一实施例提供的火电机组涉网性能在线监测方法中获取的阀门流量特性曲线图；

图6a为利用本发明实施例提供的火电机组涉网性能在线监测方法对火电机组的涉网性能进行试验时，火电机组存在一次调频风险的结果图；

图6b为利用本发明实施例提供的火电机组涉网性能在线监测方法对火电机组的涉网性能进行试验，火电机组涉网性能不存在风险的结果图；

图7为本发明实施例提供的火电机组涉网性能在线监测方法对火电机组的涉网性能进行试验时，火电机组存在功率控制失稳风险的结果图；

图8为本发明实施例提供的火电机组涉网性能在线监测设备的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明实施例提供的一种火电机组涉网性能在线监测方法，该方法包括：基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，判断当前火电机组是否存在涉网风险。

其中，流量特性是调节阀的一种重要技术指标和参数。在调节阀应用过程中做出正确的选型具有非常重要的意义。

其中，一次调频是指由发电机组调速系统的频率特性所固有的能力，随频率变化而自动进行频率调整。

具体地，结合图1，在对火电机组的涉网性进行监测时，首先通过Modbus或OPC(OLEfor Process Control)等通讯协议实现与分布式控制系统(Distributed ControlSystem，DCS)的信息交互，从而获取火电机组总阀位指令的当前值。然后计算该火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中的斜率，例如，斜率为1.0。再将该计算得到的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值进行比较，该一次调频报警阈值和功率控制失稳报警阈值可以根据需要人为进行设置，例如，一次调频报警阈值为0.5，功率控制失稳报警阈值为2.7。最后根据斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，来判断当前火电机组是否存在涉网风险。

在本发明实施例中，通过基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，来实时监测并判断火电机组当前的运行状态是否存在一次调频性能下降和功率控制失稳所产生的涉网安全风险，以此指导机组运行，保障机组涉网性能，最终有利于电网的安全稳定运行。

在上述实施例的基础上，所述火电机组涉网性能在线监测方法进一步包括：若C₁＜k＜C₂，则火电机组的涉网性能安全；若k＜C₁，则火电机组存在一次调频性能下降的风险，发出一次调频报警；若k＞C₂，则火电机组存在功率控制失稳的风险，发出功率控制失稳报警；其中，k为火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率，C₁为一次调频报警阈值；C₂为功率控制失稳报警阈值。

具体地，在基于阀门流量特性曲线获取到与火电机组总阀位指令的当前值对应的斜率k之后，则将斜率k与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值进行比较，例如，一次调频报警阈值C₁＝0.5，功率控制失稳报警阈值C₂＝2.7，但并不局限于此。若C₁＜k＜C₂，即火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率在一次调频报警阈值与功率控制失稳报警阈值之间，则火电机组的涉网性能安全。

若k＜C₁，即火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率小于一次调频报警阈值，则火电机组存在一次调频性能下降的风险，此时发出一次调频报警信号，例如，可以将本发明实施例提供的火电机组涉网性能在线监测方法内置于一套系统软件中，且在该系统软件面板中设置一个一次调频报警按钮，当发出一次调频报警信号时，该按钮变红且闪烁。

若k＞C₂，即火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率大于功率控制失稳报警阈值，则火电机组存在功率控制失稳的风险，此时发出功率控制失稳报警信号，例如，在该系统软件面板中设置一个功率控制失稳报警按钮，当发出功率控制失稳报警信号时，该按钮变红且闪烁。

在本发明实施例中，通过根据火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率，与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，来判断当前火电机组是否存在涉网风险，并在存在涉网风险时发出相应的报警信号，可以使相关工作人员根据发出的报警信号做出相应的调整策略，进而使得火电机组的涉网风险消除，以达到提高火电机组的安全性和稳定性。

在上述各实施例的基础上，所述火电机组涉网性能在线监测方法还包括：获取实际火电机组的阀门流量特性曲线。

具体地，在对火电机组的涉网性能进行在线监测之前，需要获取实际火电机组的阀门流量特性曲线，然后计算火电机组总阀位指令的当前值在该阀门流量特性曲线中对应的斜率，再根据该斜率分别与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，来实时检测并判断机组当前的运行状态是否存在一次调频性能下降和功率控制失稳所产生的涉网安全风险。因此，获取实际火电机组的阀门流量特性曲线为火电机组涉网性能的监测方法提供基础。

在上述各实施例的基础上，结合图2，所述获取实际火电机组的阀门流量特性曲线包括：S01，获取火电机组的总阀位指令数据集、主汽压力数据集和调节级压力数据集；S02，根据所述主汽压力数据集和所述调节级压力数据集获取压比数据集，以及根据所述压比数据集中的最大值和所述总阀位指令数据集中的最大值获取基准值；S03，根据所述总阀位指令数据集、所述压比数据集和所述基准值获得实际阀门流量特性曲线y＝f(x)。所述压比为所述基准值为其中，p_T为主汽压力，p₁为调节级压力，ε为压比，ε_Max为压比最大值，μ_Max为总阀位指令最大值，y_N为基准值。

具体地，在对火电机组的涉网性能进行在线监测，获取阀门流量特性曲线时，首先从火电机组阀门流量特性试验或DCS历史数据提取用于计算实际火电机组阀门流量特性曲线的相关数据集，即总阀位指令μ的数据集、主汽压力p_T的数据集和调节级压力p₁的数据集。然后根据主汽压力p_T的数据集和调节级压力p₁的数据集计算得出压比的数据集，即压比以及根据压比ε的数据集中的最大值ε_Max和总阀位指令的数据集中的最大值μ_Max计算得到基准值，即

再根据所述总阀位指令数据集、所述压比数据集和所述基准值获得实际阀门流量特性曲线y＝f(x)，然后计算火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率，最后根据该斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，来判断当前火电机组是否存在涉网风险。

在本发明实施例中，通过根据火电机组的总阀位指令数据集、主汽压力数据集和调节级压力数据集，来获取火电机组的实际阀门流量特性曲线，使得基于该阀门流量特性曲线获取的与火电机组总阀位指令当前值对应的斜率更准确，从而能够更好的监测火电机组的涉网安全性。

在上述各实施例的基础上，所述斜率为：其中，μ_Now为火电机组总阀位指令的当前值，k为火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率。

具体地，获取了阀门流量特性曲线y＝f(x)后，在监测火电机组的涉网性能时，火电机组总阀位指令的当前值μ_Now在该阀门流量特性曲线中对应的斜率为例如，斜率k＝0.5。然后根据该斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，来判断当前火电机组是否存在涉网风险，例如，斜率k小于一次调频报警阈值，则说明该火电机组存在一次调频性能下降的风险等。

在上述各实施例的基础上，结合图3，所述S03包括：以所述总阀位指令为自变量x，所述压比与所述基准值的比值为因变量y，即采用多项式拟合的方法获取所述阀门流量特性曲线y＝f(x)。

其中，拟合是指已知某函数的若干离散函数值{f1,f2,…,fn}，通过调整该函数中若干待定系数f(λ1,λ2,…,λn)，使得该函数与已知点集的差别(最小二乘意义)最小。如果待定函数是线性，就叫线性拟合或者线性回归(主要在统计中)，否则叫作非线性拟合或者非线性回归。表达式也可以是分段函数，这种情况下叫作样条拟合。

具体地，在获取阀门流量特性曲线时，已经获得压比ε的数据集和基准值y_N之后，将压比ε与基准值y_N的比值作为因变量y，即则得到因变量y的数据集，然后将火电机组总阀位指令作为自变量x，通过多项式拟合的方法获得阀门流量特性曲线y＝f(x)，如图3所示。再通过实时监测火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率，并将该斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值进行比较，根据该比较结果从而得到火电机组当前的涉网性能是否存在风险。

在本发明实施例中，通过以总阀位指令为自变量x，压比与基准值的比值为因变量，以及通过采用多项式拟合的方法获取阀门流量特性曲线，为火电机组涉网性能的在线监测提供基础。

以下对本发明实施例进行举例说明，但不限制本发明的保护范围。以某362.5MW亚临界火电机组作为实施对象，根据本发明实施例提供的火电机组涉网性能在线监测方法，对其涉网性能进行在线监测和预警。从火电机组阀门流量特性试验提取用于计算火电机组实际阀门流量特性曲线的总阀位指令μ数据集、主汽压力p_T数据集和调节级压力p₁数据集。然后按照本发明实施例提供的获取阀门流量特性曲线的方法，得到该火电机组的实际阀门流量特性曲线，如图3所示。

根据火电机组的实际阀门流量特性曲线和火电机组的总阀位指令的当前值μ_Now对火电机组的涉网性能进行在线监测，令一次调频报警阈值C₁＝0.5，功率控制失稳报警阈值C₂＝2.7。通过OPC通讯协议实现与DCS的信息交互，获取火电机组总阀位指令当前值μ_Now，且将火电机组总阀位指令的当前值显示在阀门流量特性曲线上，如图3所示。

然后计算火电机组总阀位指令的当前值μ_Now在阀门流量特性曲线上对应的斜率k，若火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线上的位置如图4所示，则k＜0.5，存在一次调频性能下降的风险，发出一次调频报警。此时，火电机组一次调频性能显著下降，火电机组功率迟迟无法达到一次调频目标值，如图6a所示。若0.5＜k＜2.7，则火电机组的一次调频性能和功率控制性能均正常，此时不发出警报，实际功率迅速对一次调频目标值进行了响应，调频性能合格，如图6b所示。若火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线上的位置如图5所示，则k＞2.7，存在功率控制失稳的风险，以致引起功率振荡，此时发出功率控制失稳报警。此时火电机组的功率出现持续振荡现象，如图7所示。

图8为本发明实施例提供的火电机组涉网性能在线监测装置的结构框图，如图8所示，该装置包括：比较判断模块；所述比较判断模块用于基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率，判断当前火电机组是否存在涉网风险。

具体地，在对火电机组的涉网性进行在线监测时，首先通过Modbus或OPC(OLE forProcess Control)等通讯协议实现与分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)的信息交互，获取火电机组总阀位指令的当前值，然后得到该火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中的斜率，例如，斜率为1.0。比较判断模块将该计算得到的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值进行比较，该一次调频报警阈值和功率控制失稳报警阈值可以根据需要人为进行设置，例如，一次调频报警阈值为0.5，功率控制失稳报警阈值为2.7。最后比较判断模块根据斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，来判断当前火电机组是否存在涉网风险。

在本发明实施例中，通过将火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，来实时监测并判断火电机组当前的运行状态是否存在一次调频性能下降和功率控制失稳所产生的涉网安全风险，以此指导机组运行，保障机组涉网性能，最终有利于电网的安全稳定运行。

图8为本发明实施例提供的火电机组涉网性能在线监测设备的结构框图，如图8所示，该识别设备包括：处理器801、存储器802和总线803；

其中，处理器801和存储器802通过总线803完成相互间的通信；所述处理器801用于调用所述存储器802中的程序指令，以执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，判断当前火电机组是否存在涉网风险。

在另一实施例中，提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行上述各方法实施例所提供的方法，例如包括：基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，判断当前火电机组是否存在涉网风险。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种火电机组涉网性能在线监测方法，其特征在于，包括：

基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，判断当前火电机组是否存在涉网风险。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

若C₁＜k＜C₂，则火电机组的涉网性能安全；

若k＜C₁，则火电机组存在一次调频性能下降的风险，发出一次调频报警；

若k＞C₂，则火电机组存在功率控制失稳的风险，发出功率控制失稳报警；

其中，k为火电机组的总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率，C₁为一次调频报警阈值；C₂为功率控制失稳报警阈值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：获取实际火电机组的阀门流量特性曲线。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取实际火电机组的阀门流量特性曲线包括：

S01，获取火电机组的总阀位指令数据集、主汽压力数据集和调节级压力数据集；

S02，根据所述主汽压力数据集和所述调节级压力数据集获取压比数据集，以及根据所述压比数据集中的最大值和所述总阀位指令数据集中的最大值获取基准值；

S03，根据所述总阀位指令数据集、所述压比数据集和所述基准值，获得实际火电机组的阀门流量特性曲线y＝f(x)。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述斜率为：

其中，μ_Now为火电机组总阀位指令的当前值，k为火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压比为所述基准值为

其中，p_T为主汽压力，p₁为调节级压力，ε为压比，ε_Max为压比最大值，μ_Max为总阀位指令最大值，y_N为基准值。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S03包括：

以所述总阀位指令为自变量x，所述压比与所述基准值的比值为因变量y，即

采用多项式拟合的方法获取所述阀门流量特性曲线y＝f(x)。

8.一种火电机组涉网性能在线监测装置，其特征在于，包括：

比较判断模块，用于基于火电机组总阀位指令的当前值在阀门流量特性曲线中对应的斜率与一次调频报警阈值及功率控制失稳报警阈值的比较结果，判断当前火电机组是否存在涉网风险。

9.一种火电机组涉网性能在线监测设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

与所述处理器通信连接的至少一个存储器，其中：

所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序指令，所述处理器调用所述程序指令能够执行如权利要求1至7任一所述的方法。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其特征在于，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令使所述计算机执行如权利要求1至7任一所述的方法。