CN107612000B - 火力发电机组一次调频双向转差功率修正控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及火力发电机组一次调频技术领域，是一种火力发电机组一次调频双向转差功率修正控制方法，其一次调频方法包括以下步骤：第一步，设置频差函数f1（x）,设置正向转差修正函数f2（x），设置反向转差修正函数f3（x）；第二步，频差函数f1（x）分别与正向转差修正函数f2（x）和反向转差修正函数f3（x）做乘积运算，相乘的结果经选择输出模块输出至主调门综合阀位，控制汽轮机阀门在正向转差和反向转差下动作。本发明一次调频开环控制系统实现机组的全负荷段各个有效频差下一次调频量的精确响应，一次调频闭环控制系统将计算结果当做一次调频的前馈信号作用控制汽轮机的阀门动作，保证一次调频响应的快速性。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电机组一次调频技术领域，是一种火力发电机组一次调频双向转差功率修正控制方法。
背景技术
电网频率是电能质量和电网稳定运行的重要指标，反映了电力系统供需能量的平衡状态，当系统内供电与用电失衡时，电网频率会发生偏离，对需求侧用户和发电机组造成极大的危害，轻则增加能耗，重则造成产品质量残缺、用电设备损坏甚至电网瘫痪，因此维持频率的稳定是电网运行的主要任务之一。当电网功率负荷不平衡、频率发生偏离时，就需要电力系统对频率进行调节，即调频。当电网频率发生变化时，电网内并列运行的汽轮机发电机组根据各自调试系统的静态特性调节汽门开度，自动增加或减少汽轮机功率，从而使供电与用电达到新的平衡，并维持电网的频率在一定的范围内，汽轮机的静态特性对电网频率的这种作用就称为一次调频。
各个火电厂机组为保证电网稳定运行的要求，一般在运行时都需要投入一次调频功能。一般电网的频率差越大，电厂汽轮机的转差就越大，同时需要机组调整的负荷响应量就越大，这种转差对应负荷响应的函数称为转差函数，各个火电机组在并网前都需要通过一次调频试验整定该转差函数，保证各个有效转差下都能有足够的功率响应量。
对于并网的火电机组来说，自身参与到电网的一次调频作用理论上应该是在全负荷段进行的。由于电站汽轮机阀门流量特性的非线性，机组一次调频试验时，某一负荷段设置的转差函数能够完全满足该负荷段下转差与功率的响应量。但在其它负荷段时无法满足转差与功率的响应量。因此现有的控制策略是加入一个功率修正函数，在不同的功率负荷段对转差函数进行适当的增强或减弱。通过这种方式实现机组在全负荷段的一次调频作用。
对于阀门流量线性度较好的机组，通过一个频差函数和功率修正函数的共同作用，大体上能够满足在各个负荷段上的一次调频作用，但对于阀门流量特性线性度差的机组或者火电机组设备由于长时间使用、老化等原因，电调系统中原来阀门流量特性往往与实际流量特性存在偏差。这种控制方式难以满足机组在全负荷段一次调频的精确响应；因此，需要对现有的一次调频逻辑控制方法进行修改。
发明内容
本发明提供了一种火力发电机组一次调频双向转差功率修正控制方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有的单个转差函数与单个功率修正函数配合作用，难以解决汽轮机阀门非线性较大的机组一次调频功率响应量不精确的问题。
本发明的技术方案之一是通过以下措施来实现的：火力发电机组一次调频双向转差功率修正控制方法包括开环控制系统，所述开环控制系统包括判断模块和选择输出模块，所述开环控制系统的一次调频方法包括以下步骤：
第一步，根据有效转差功率输入设置频差函数f1(x),根据实际功率将转差划分为正向转差和反向转差，在正向转差下设置正向转差修正函数f2(x)，在反向转差下设置反向转差修正函数f3(x)；
第二步，频差函数f1(x)分别与正向转差修正函数f2(x)和反向转差修正函数f3(x)做乘积运算，具体包括以下步骤：
(1)DEH控制系统单独作用且机组实际功率响应量与调频需求量有偏差，通过整定的正向转差修正函数f2(x)或反向转差修正函数f3(x)中的参数实现转差与实际功率的精确响应，即：选择输出模块的第一输入端为频差函数f1(x)与正向转差修正函数f2(x)的相乘结果，选择输出模块的第二输入端为频差函数f1(x)与反向转差修正函数f3(x)的相乘结果，选择输出模块的第三输入端为切换开关信号；
(2)选择输出模块的输出信号直接作用于汽轮机主调门，调节阀门开大或关小；当选择输出模块第三输入端的输入值为1时，选择输出模块的输出值为频差函数f1(x)与正向转差修正函数f2(x)的相乘结果；选择输出模块第三输入端的输入值为0时，选择输出模块输出值为频差函数f1(x)与反向转差修正函数f3(x)的相乘结果；
(3)相乘的结果经选择输出模块输出至主调门综合阀位，控制汽轮机阀门在正向转差和反向转差下动作。
下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：
上述在第二步中，整定频差函数f1(x)、正向转差修正函数f2(x)和反向转差修正函数f3(x)，汽轮机主调门调节过程包括以下步骤：
(1)选定机组为60％的额定负荷，即60％Pe，在该负荷段下整定的频差函数为f1(x)；设定汽轮机转速小于2998r/min，转差信号通过频差函数f1(x)将转差信号折算成汽轮机主调门需要增加的开度；当电厂汽轮机转速大于3002r/min时，转差信号通过转差函数f1(x)，将转差信号折算成汽轮机主调门需要减小的开度；
(2)设置60％Pe下f2(x)的参数为(60％Pe,1)，f3(x)的参数为(60％Pe,1)；
(3)改变负荷升至75％Pe，在该负荷下使用已经整定过的频差函数f1(x)进行频差扰动，记录75％Pe 下正向转差的功率响应量，并通过判断模块判断有效转差是否大于0，若是，则设置75％Pe下正向转差的功率响应量与相同正向转差下60％Pe的功率响应量比值的均值为a1，设置f2(x)在该点的参数为 (75％Pe,a1)；若否，则设置75％Pe下反向转差的功率响应量与相同反向转差下60％Pe的功率响应量比值的均值为a2，设置f3(x)在该点的参数为(75％Pe,a2)；
(4)将机组负荷升至90％Pe并通过判断模块判断有效转差是否大于0，若是，则设置90％Pe下正向转差的功率响应量与相同正向转差下75％Pe的功率响应量比值的均值为b1，设置f2(x)在该点的参数为 (90％Pe,b1)；若否，则设置90％Pe下反向转差的功率响应量与相同反向转差下75％Pe的功率响应量比值的均值为b2，设置f3(x)在该点的参数为(90％Pe,b2)；
(5)改变负荷至N％Pe,根据火力发电机组一次调频试验及性能验收导则标准判断一次调频是否合格，若合格，则一次调频结束；若不合格，进入步骤(6)；
(6)通过判断模块判断有效频差是否大于0，若是，则设置N％Pe下正向转差的功率响应量与相同正向转差下90％Pe的功率响应量比值的均值为n1，设置f2(x)在该点的参数为(N％Pe,n1),之后进入步骤 (5)继续调整；若否，则设置N％Pe下反向转差的功率响应量与相同反向转差下90％Pe的功率响应量比值的均值为n2，设置f3(x)在该点的参数为(N％Pe,n2),之后进入步骤(5)继续调整，直至一次调频合格。
上述还包括闭环控制系统，所述闭环控制系统包括功率控制器，所述闭环控制系统进行一次调频修正控制方法包括以下步骤：
第一步，根据有效转差测点的输入设置波动功率调整函数f4(x)；
第二步，根据自动负荷调整ALR指令或现场负荷人工操作AGC指令输入至LDC，获取调整预定功率值；
第三步，将预定功率值与调整函数f4(x)作求和运算，之后将求和结果与实际测得的功率值求解偏差△ f；
第四步，将偏差△f作用于功率控制器，功率控制器的计算结果作为前馈信号作用在汽轮机主调门上。
本发明通过设有两个转差功率修正函数，即正向转差修正函数在转差为正时起作用，用以实现机组全荷段转差为正时对转差函数的修正作用；负向转差修正函数在转差为正时起作用，用以实现机组全荷段转差为负时对转差函数的修正作用。通过本发明一次调频开环控制系统的控制策略，实现机组的全负荷段各个有效频差下一次调频量的精确响应，解决一次调频响应量不足或响应过量的问题。通过本发明一次调频闭环控制系统的控制策略，将计算结果当做一次调频的前馈信号作用控制汽轮机的阀门动作，保证一次调频响应的快速性。
附图说明
附图1为本发明实施例1的一次调频逻辑控制原理图。
附图2为本发明实施例1的频差函数和转差修正函数整定调整汽轮机主调门的流程示意图。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：
实施例1：如附图1、2所示，该火力发电机组一次调频双向转差功率修正控制方法包括开环控制系统，所述开环控制系统包括判断模块和选择输出模块，所述开环控制系统的一次调频方法包括以下步骤：
第一步，根据有效转差功率输入设置频差函数f1(x),根据实际功率将转差划分为正向转差和反向转差，在正向转差下设置正向转差修正函数f2(x)，在反向转差下设置反向转差修正函数f3(x)；
第二步，频差函数f1(x)分别与正向转差修正函数f2(x)和反向转差修正函数f3(x)做乘积运算，
具体包括以下步骤：
(1)DEH控制系统单独作用且机组实际功率响应量与调频需求量有偏差，通过整定的正向转差修正函数f2(x)或反向转差修正函数f3(x)中的参数实现转差与实际功率的精确响应，即：选择输出模块的第一输入端为频差函数f1(x)与正向转差修正函数f2(x)的相乘结果，选择输出模块的第二输入端为频差函数f1(x)与反向转差修正函数f3(x)的相乘结果，选择输出模块的第三输入端为切换开关信号；
(2)选择输出模块的输出信号直接作用于汽轮机主调门，调节阀门开大或关小；当选择输出模块第三输入端的输入值为1时，选择输出模块的输出值为频差函数f1(x)与正向转差修正函数f2(x)的相乘结果；选择输出模块第三输入端的输入值为0时，选择输出模块输出值为频差函数f1(x)与反向转差修正函数f3(x)的相乘结果；
(3)相乘的结果经选择输出模块输出至主调门综合阀位，控制汽轮机阀门在正向转差和反向转差下动作。
本发明的正向转差修正函数用来修正当有效转速差为正时，机组在全负荷段的转差函数；即机组实际功率响应量与调频需求量有偏差时，通过整定试验工况下的正向转差修正函数中的参数，实现转差与实际功率的精确响应。反向转差修正函数用来修正当有效转速差为正时，机组在全负荷段的转差函数；即机组实际功率响应量与调频需求量有偏差时，通过整定试验工况下的反向转差修正函数中的参数，实现转差与实际功率的精确响应。
可根据实际需要，对上述火力发电机组一次调频双向转差功率修正控制方法作进一步优化或/和改进：
如附图1、2所示，在第二步中，整定频差函数f1(x)、正向转差修正函数f2(x)和反向转差修正函数 f3(x)，汽轮机主调门调节过程包括以下步骤：
(1)选定机组为60％的额定负荷，即60％Pe，在该负荷段下整定的频差函数为f1(x)；设定汽轮机转速小于2998r/min，转差信号通过频差函数f1(x)将转差信号折算成汽轮机主调门需要增加的开度；当电厂汽轮机转速大于3002r/min时，转差信号通过转差函数f1(x)，将转差信号折算成汽轮机主调门需要减小的开度；
(2)设置60％Pe下f2(x)的参数为(60％Pe,1)，f3(x)的参数为(60％Pe,1)；
(3)改变负荷升至75％Pe，在该负荷下使用已经整定过的频差函数f1(x)进行频差扰动，记录75％Pe 下正向转差的功率响应量，并通过判断模块判断有效转差是否大于0，若是，则设置75％Pe下正向转差的功率响应量与相同正向转差下60％Pe的功率响应量比值的均值为a1，设置f2(x)在该点的参数为 (75％Pe,a1)；若否，则设置75％Pe下反向转差的功率响应量与相同反向转差下60％Pe的功率响应量比值的均值为a2，设置f3(x)在该点的参数为(75％Pe,a2)；
(4)将机组负荷升至90％Pe并通过判断模块判断有效转差是否大于0，若是，则设置90％Pe下正向转差的功率响应量与相同正向转差下75％Pe的功率响应量比值的均值为b1，设置f2(x)在该点的参数为 (90％Pe,b1)；若否，则设置90％Pe下反向转差的功率响应量与相同反向转差下75％Pe的功率响应量比值的均值为b2，设置f3(x)在该点的参数为(90％Pe,b2)；
(5)改变负荷至N％Pe,根据火力发电机组一次调频试验及性能验收导则标准判断一次调频是否合格，若合格，则一次调频结束；若不合格，进入步骤(6)；
(6)通过判断模块判断有效频差是否大于0，若是，则设置N％Pe下正向转差的功率响应量与相同正向转差下90％Pe的功率响应量比值的均值为n1，设置f2(x)在该点的参数为(N％Pe,n1),之后进入步骤 (5)继续调整；若否，则设置N％Pe下反向转差的功率响应量与相同反向转差下90％Pe的功率响应量比值的均值为n2，设置f3(x)在该点的参数为(N％Pe,n2),之后进入步骤(5)继续调整，直至一次调频合格。
根据需要，设置完这三个负荷段的f1(x)、f2(x)、f3(x)，基本上可以满足机组在各个负荷段上的一次调频响应量的设置，如果在实际的一次调频中发现某个负荷段N的响应量不够准确，可以在f2 (x)、f3(x)中适当的进行调整。选择输出模块的输出信号直接作用到汽轮机主调门，调节阀门开大或关小，具有快速响应的特点。
如附图1、2所示，还包括闭环控制系统，所述闭环控制系统包括功率控制器，所述闭环控制系统进行一次调频修正控制方法包括以下步骤：
第一步，根据有效转差测点的输入设置波动功率调整函数f4(x)；
第二步，根据自动负荷调整ALR指令或现场负荷人工操作AGC指令输入至LDC，获取调整预定功率值；
第三步，将预定功率值与调整函数f4(x)作求和运算，之后将求和结果与实际测得的功率值求解偏差△ f；
第四步，将偏差△f作用于功率控制器，功率控制器的计算结果作为前馈信号作用在汽轮机主调门上。
这里的闭环控制系统可以直接与开环控制系统工作作用在汽轮机的主阀门上，完成一次调频，也可以开环控制系统单独作用，闭环控制系统实现更精准的调节控制汽轮机的阀门动作，实现一次调频相应的快速性。
实施例2：如附图1、2、表1、表2所示，一次调频控制策略在350MW的电厂机组中运行时，投入一次调频功能，当电网的频率超出(50±0.033)Hz范围，对应的电厂的汽轮机转速超出(3000± 2)r/min的死区内时，电厂的汽轮机一次调频功能启动，电厂的汽轮机调门开始启动，电站一次调频的频差函数和两个转差功率修正函数需要在机组一次调频性能试验时完成。
表1为采用双向转差功率修正函数的电厂在60％Pe工况下，有效转差为±4、±6、±13.5时，满足一次调频响应量的f1(x)的整定参数。表2为双向转差功率修正函数下正反向功率修正函数整定参数，通过双向转差功率修正函数的一次调频响应量比单个转差功率修正函数的响应量精确。
以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。
表1双向转差功率修正函数下f1(x)整定参数
| 转差 | 4 | -4 | 6 | -6 | 13.5 | -13.5 |
| 转差函数 | 3％ | -3％ | 4.5％ | -4％ | 10％ | -10％ |
表2双向转差功率修正函数下正反向功率修正函数整定参数
Claims (3)
1.一种火力发电机组一次调频双向转差功率修正控制方法，其特征在于，包括开环控制系统，所述开环控制系统包括判断模块和选择输出模块，所述开环控制系统的一次调频方法包括以下步骤：
第一步，根据有效转差功率输入设置频差函数f1(x),根据实际功率将转差划分为正向转差和反向转差，在正向转差下设置正向转差修正函数f2(x)，在反向转差下设置反向转差修正函数f3(x)；
第二步，频差函数f1(x)分别与正向转差修正函数f2(x)和反向转差修正函数f3(x)做乘积运算，具体包括以下步骤：
(1)DEH控制系统单独作用且机组实际功率响应量与调频需求量有偏差，通过整定的正向转差修正函数f2(x)或反向转差修正函数f3(x)中的参数实现转差与实际功率的精确响应，即：选择输出模块的第一输入端为频差函数f1(x)与正向转差修正函数f2(x)的相乘结果，选择输出模块的第二输入端为频差函数f1(x)与反向转差修正函数f3(x)的相乘结果，选择输出模块的第三输入端为切换开关信号；
(2)选择输出模块的输出信号直接作用于汽轮机主调门，调节阀门开大或关小；当选择输出模块第三输入端的输入值为1时，选择输出模块的输出值为频差函数f1(x)与正向转差修正函数f2(x)的相乘结果；选择输出模块第三输入端的输入值为0时，选择输出模块输出值为频差函数f1(x)与反向转差修正函数f3(x)的相乘结果；
(3)相乘的结果经选择输出模块输出至主调门综合阀位，控制汽轮机阀门在正向转差和反向转差下动作。
2.根据权利要求1所述的火力发电机组一次调频双向转差功率修正控制方法，其特征在于，在第二步中，整定频差函数f1(x)、正向转差修正函数f2(x)和反向转差修正函数f3(x)，汽轮机主调门调节过程包括以下步骤：
(1)选定机组为60％的额定负荷，即60％Pe，在该负荷段下整定的频差函数为f1(x)；设定汽轮机转速小于2998r/min，转差信号通过频差函数f1(x)将转差信号折算成汽轮机主调门需要增加的开度；当电厂汽轮机转速大于3002r/min时，转差信号通过转差函数f1(x)，将转差信号折算成汽轮机主调门需要减小的开度；
(2)设置60％Pe下f2(x)的参数为(60％Pe,1)，f3(x)的参数为(60％Pe,1)；
(3)改变负荷升至75％Pe，在该负荷下使用已经整定过的频差函数f1(x)进行频差扰动，记录75％Pe下正向转差的功率响应量，并通过判断模块判断有效转差是否大于0，若是，则设置75％Pe下正向转差的功率响应量与相同正向转差下60％Pe的功率响应量比值的均值为a1，设置f2(x)在75％Pe的参数为(75％Pe,a1)；若否，则设置75％Pe下反向转差的功率响应量与相同反向转差下60％Pe的功率响应量比值的均值为a2，设置f3(x)在75％Pe的参数为(75％Pe,a2)；
(4)将机组负荷升至90％Pe并通过判断模块判断有效转差是否大于0，若是，则设置90％Pe下正向转差的功率响应量与相同正向转差下75％Pe的功率响应量比值的均值为b1，设置f2(x)在90％Pe的参数为(90％Pe,b1)；若否，则设置90％Pe下反向转差的功率响应量与相同反向转差下75％Pe的功率响应量比值的均值为b2，设置f3(x)在90％Pe的参数为(90％Pe,b2)；
(5)改变负荷至N％Pe,根据火力发电机组一次调频试验及性能验收导则标准判断一次调频是否合格，若合格，则一次调频结束；若不合格，进入步骤(6)；
(6)通过判断模块判断有效频差是否大于0，若是，则设置N％Pe下正向转差的功率响应量与相同正向转差下90％Pe的功率响应量比值的均值为n1，设置f2(x)在N％Pe的参数为(N％Pe,n1),之后进入步骤(5)继续调整；若否，则设置N％Pe下反向转差的功率响应量与相同反向转差下90％Pe的功率响应量比值的均值为n2，设置f3(x)在N％Pe的参数为(N％Pe,n2),之后进入步骤(5)继续调整，直至一次调频合格。
3.根据权利要求1或2所述的火力发电机组一次调频双向转差功率修正控制方法，其特征在于，还包括闭环控制系统，所述闭环控制系统包括功率控制器，所述闭环控制系统进行一次调频修正控制方法包括以下步骤：
第一步，根据有效转差测点的输入设置波动功率调整函数f4(x)；
第二步，根据自动负荷调整ALR指令或现场负荷人工操作AGC指令输入至LDC，获取调整预定功率值；
第三步，将预定功率值与调整函数f4(x)作求和运算，之后将求和结果与实际测得的功率值求解偏差△f；
第四步，将偏差△f作用于功率控制器，功率控制器的计算结果作为前馈信号作用在汽轮机主调门上。
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| CN107612000A (zh) | 2018-01-19 |
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