CN107818424B - 一种在火电机组一次调频性能测试中机组运行安全适应性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在火电机组一次调频性能测试中机组运行安全适应性评估方法，属于电力系统自动控制领域。包括机组稳态特性评估、机组动态特性评估和机组低频振荡风险评估三个子评估方法。根据电厂通过PMU所上传的WAMS数据，通过状态比较、模型仿真、参数辨识、扰动测试仿真等方法，保证火电机组一次调频性能测试所施加的扰动幅度限制在机组安全边界之内，从而防止机组在测试过程中发生功率振荡、燃烧失稳、大机振动等后果，有效保障发电安全。

Description

一种在火电机组一次调频性能测试中机组运行安全适应性评 估方法

技术领域

本发明涉及一种在火电机组一次调频性能测试中机组运行安全适应性评估方法，属于电力系统自动控制领域。

背景技术

为使电网调度更为全面且实时准确地掌握统调机组当前的一次调频能力及模型参数准确性信息，提高电网对火电机组运行状态和调节能力的监测与评估，越来越多的省份开展了一次调频性能的测试工作。然而，由于一次调频测试属于电网调度对发电机组实施扰动测试，如果在不了解机组运行环境、运行状态、运行安全风险的情况下贸然实施扰动测试，尤其是针对电网频率大扰动过程的扰动测试，容易引发机组负荷调节的大幅波动，对机组DEH系统、一次调频控制系统、CCS系统产生较大影响，甚至直接影响锅炉燃烧稳定性，引发锅炉灭火影响机组运行安全。

为解决上述问题，需要开展基于机组综合运行信息的机组运行安全适应性分析研究工作，提出可靠的扰动测试幅度边界，为保障一次调频测试试验期间机组运行安全提供信息支持。

在研究一次调频性能测试对机组运行安全的适应性分析过程中，需要基于一次调频测试对机组运行的稳态特性、动态特性、以及低频振荡机理风险等进行综合来进行考虑。例如，同步发电机本身是一个弱阻尼机电振荡环节，固有频率一般在1Hz左右，若汽轮机调节系统响应频带宽于1Hz，则可能对机电振荡提供负阻尼，加剧其振荡变动，为避免影响发电机的稳定性, 应该限制高频部分（≥1Hz）的动态一次调频增益。因此，如何找出机组可接受的扰动测试幅度安全扰动边界是本发明致力于解决的问题。

现有技术中公开一些研究一次调频性能测试的技术内容。

硕士学位论文：基于动态ＡＣＥ的控制区域一次调频评价方法，张琳， 大连理工大学，公开了一种基于动态ＡＣＥ的控制区域一次调频评价方法，以离线建模和对比评估的方式对控制区域一次调频性能进行评价。其中，离线建模是构造待评价控制区域的标准仿真模型，模拟扰动后该区域的一次调频情况，并确定可反应不同控制区域一次调频性能与加权积分ＡＣＥ关系的对比表格；对比评估是依据电网运行数据，计算得出被评价控制区域，在待评价时段内加权积分ＡＣＥ，通过对比运行数据与对比表格的差异，明确控制Ｋ域在待评价时段内一次调频性能的优劣。最后，利用数值仿真，对本文提出的评价方法进行验证，其结果表明本文提出的评价方法可行，可较为准确地评价控制区域整体一次调频性能。

公开号为CN106300389A的专利文献公开一种一种发电机组一次调频性能的综合评价方法，包括以下步骤：确定评价发电机组一次调频性能指标，规范化处理发电机组一次调频性能指标，用主客观权重结合法确定发电机组一次调频性能指标的权重，基于物元可拓法评价发电机组一次调频性能的等级。本发明引入动态的一次调频性能指标，且结合了主观权重和客观权重的优点求取一次调频性能指标的权重，基于物元可拓法对发电机组一次调频性能进行综合评价，评价结果客观、合理、全面，为电力系统调度部门的考核工作奠定基础。

上述现有技术针对发电机组一次调频性能指标，对发电机组一次调频性能进行综合评价，但是没有对机组运行安全适应性评估，无法保证火电机组一次调频性能测试所施加的扰动幅度能够限制在机组安全边界之内，从而无法防止机组在测试过程中发生功率振荡、燃烧失稳、大机振动等后果。

现有领域迫切需要针对上述技术问题作出有效的应对方式，解决机组在测试过程中存在的功率振荡、燃烧失稳、大机振动等棘手问题，更好地保障机组安全运行，使得发电安全。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的问题，本发明提供一种在火电机组一次调频性能测试中机组运行安全适应性评估方法。

本发明的目的在于提出一种在火电机组一次调频性能测试中机组运行安全适应性评估方法，包括以下三个部分：

第I部分为机组稳态特性评估。本发明基于电网动态预警系统支撑平台，利用电厂通过PMU所上传的WAMS 数据信息，分析机组在风烟、给水、主汽温度、燃料燃烧、主要容器水位、大机本体相关参数等各分系统的数据，比较机组主要设备的最优状态与实际运行状态，评估机组主要设备运行状态偏离最优状态的偏离指标，通过对各分系统的建模仿真，检验模型参数的准确性，并综合各分系统的仿真结果从而得到机组的整体运行状态。

第II部分为机组动态特性评估。稳态特性评估关注于长时间尺度下机组整体及各分系统的输入输出数据，以及相应的模型与控制系统参数。而动态特性评估更加关注系统在短时间尺度下进行负荷调整或受到外部环境扰动时，系统是否具有较强的自适应性与良好的跟随性。对机组及各分系统在每次的调整过程中所表现出来的上升时间、峰值时间、调节时间和超调量等特性进行分析，并综合分析各分系统的动态特性对整体动态特性的影响，从而得出机组可承受的扰动裕度。

第Ⅲ部分为机组低频振荡风险评估。发电机组是电力系统低频振荡的主要参与者，当机组CCS 功率信号滤波模块参数设置不当、CCS 功率控制器比例控制参数过大、机组DCS逻辑组态运算顺序不正确，汽轮机调门流量特性斜率变化大等缺陷都是引发机组功率振荡的诱因。需要根据运行数据分析机组DCS逻辑组态、CCS控制方式以及汽轮机DEH参数配置的合理性裕度以及承受扰动裕度，从而避免因扰动带来的低频振荡风险。

一种在火电机组一次调频性能测试中机组运行安全适应性评估方法，具体步骤为：

步骤1：进行机组运行稳态特性评估。首先读取WAMS实时运行数据，然后比较机组分系统各主要设备的最优状态与实际运行状态的偏离程度，之后进行各分系统的建模仿真，从而检验模型参数的准确性，最后综合各分系统的仿真结果从而得到机组的整体运行状态。

步骤2：进行机组运行动态特性评估。首先读取WAMS实时运行数据，然后分析机组各分系统调整过程中所表现出来的动态特性指标，之后进行各分系统的动态仿真，从而验证模型的动态参数准确性，最后综合各分系统动态仿真结果与实际动态特征，从而得出机组整体的可承受扰动裕度。

步骤3：机组低频振荡风险评估。首先读取WAMS实时运行数据并收集机组性能与逻辑资料，然后分析机组CCS环节各滤波模块、功率控制器模块参数设置以及逻辑组态运算顺序的合理性，之后分析汽轮机DEH调节特性的合理性，再者分析励磁以及PSS系统参数设置的合理性，最后综合各系统参数合理性裕度，从而得出机组整体的可承受扰动裕度。

步骤4：机组安全适应性综合评估。综合机组稳态特性评估、动态特性评估以及低频振荡风险评估等结果，将不同评估结果进行叠加分析，得出机组的安全扰动测试边界。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、现有技术中关于一次调频测试，通常在在不了解机组运行环境、运行状态、运行安全风险的情况下进行，尤其是针对电网频率大扰动过程的扰动测试，容易引发机组负荷调节的大幅波动，对机组DEH系统、一次调频控制系统、CCS系统产生较大影响，甚至直接影响锅炉燃烧稳定性，引发锅炉灭火，影响机组运行安全。

本领域迫切需要开展基于机组综合运行信息的机组运行安全适应性分析研究工作，提出可靠的扰动测试幅度边界，为保障一次调频测试试验期间机组运行安全提供信息支持。在研究一次调频性能测试对机组运行安全的适应性分析过程中，需要基于一次调频测试对机组运行的稳态特性、动态特性、以及低频振荡机理风险等进行综合来进行考虑。

本发明针对本领域长期想要解决一直没有获得效果的技术问题，经过长期的劳动和实践，提出了在火电机组一次调频性能测试中机组运行安全适应性评估方法，采用三个方面的全面、准确评估，考虑到机组的稳态特性、动态特性和低频震荡风险，对火电机组一次调频性能测试中机组运行安全的适应性进行评价，具体对系统进行建模仿真、准确检验，并且考虑到稳态、动态、低频振荡多个方面，将不同评估结果进行叠加分析，得出机组的安全扰动测试边界。

2、通过状态比较、模型仿真、参数辨识、扰动测试仿真等方法，保证火电机组一次调频性能测试所施加的扰动幅度限制在机组安全边界之内，从而有效防止机组在测试过程中发生功率振荡、燃烧失稳、大机振动等后果，保障发电安全，有效解决现有技术中存在的技术问题。

附图说明

图1机组稳态特性评估流程图；

图2机组动态特性评估流程图；

图3机组低频振荡风险评估流程图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例1

如图1所示，在某一段时间区间内，电厂的煤种变化不会太大。因此，机组性能可参考设计煤种与校核煤种所对应的不同工况下的机组性能表格，对比实际系统输出曲线，从而比较分析得出机组分系统各主要设备的理论状态与实际运行状态的偏离程度；

各分系统例如风烟、给水、主汽温度、燃料燃烧、主要容器水位、大机本体等，可分别建立数学模型，并根据输入输出数据校验机组调速系统相关模型参数的准确性；在得到较为准确的模型参数后，即可仿真不同工况下的各分系统输出，进而与实际输出数据进行对比，并综合成机组整体模型，进而得出机组的整体运行状态。

如图2所示，机组各分子系统在负荷变化过程中，都要根据负荷变化而进行相应的调整，在调整过程中将表现出来各自的动态特性，包括上升时间、峰值时间、调节时间和超调量等特性，这些特性表现了控制系统与被控设备的相互适应情况。一方面，需要对这些动态特性与《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》国标等标准所规定的性能标准指标进行比较，另一方面，对各系统建立动态数学模型，并根据输入输出数据进行模型参数的校核，从而得出当前运行环境下的较为准确的模型参数。

之后，进行不同负荷变化下的各系统仿真，进而得出各分系统在接受不同的扰动测试后的动态表现，并最终得出机组整体的可承受扰动裕度。

如图3所示，低频振荡和机组的运行状态与系统参数设置有很大关系，这些系统包括CCS环节各滤波模块、功率控制器模块参数设置，逻辑组态运算顺序，汽轮机DEH调节参数设置，励磁以及PSS参数设置等。这些参数的设置一方面要检查是否在其使用说明书的设置范围内，另一方面要通过数学模型仿真的方法验证参数设置的合理性，并通过扰动测试仿真得出不同扰动所造成的扰动结果，并由此分析出各系统参数配置的合理性裕度度量，以及机组整体的可承受扰动裕度。

通过上述稳态特性评估、动态特性评估以及低频振荡风险评估，将其结果进行合理性分析，采用将不同评估结果进行叠加等分析方法，从而得出需要进行不同扰动测试的相应机组安全扰动测试边界。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求之内。

Claims (2)

1.一种在火电机组一次调频性能测试中机组运行安全适应性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

第I部分为机组稳态特性评估：

基于电网动态预警系统支撑平台，利用电厂通过PMU所上传的WAMS 数据信息，分析机组在风烟、给水、主汽温度、燃料燃烧、容器水位、大机本体相关参数各分系统的数据，比较机组设备的最优状态与实际运行状态，评估机组设备实际运行状态偏离最优状态的偏离指标，通过对各分系统的建模仿真，检验模型参数的准确性，并综合各分系统的仿真结果从而得到机组的整体运行状态；

第II部分为机组动态特性评估：

对各分系统在每次的调整过程中所表现出来的上升时间、峰值时间、调节时间和超调量特性进行分析，并综合分析各分系统的动态特性对整体动态特性的影响，得出机组可承受的扰动裕度；

第Ⅲ部分为机组低频振荡风险评估：

根据运行数据分析机组DCS逻辑组态、CCS控制方式以及汽轮机DEH参数配置的合理性裕度以及承受扰动裕度，避免因扰动带来的低频振荡风险。

2.一种在火电机组一次调频性能测试中机组运行安全适应性评估方法，其特征在于，具体步骤为：

步骤1：进行机组运行稳态特性评估，首先读取WAMS实时运行数据，然后比较机组分系统各设备的最优状态与实际运行状态的偏离程度，之后进行各分系统的建模仿真，从而检验模型参数的准确性，最后综合各分系统的仿真结果从而得到机组的整体运行状态；

步骤2：进行机组运行动态特性评估，首先读取WAMS实时运行数据，然后分析机组各分系统调整过程中所表现出来的动态特性指标，之后进行各分系统的动态仿真，从而验证模型的动态参数准确性，最后综合各分系统动态仿真结果与实际动态特征，从而得出机组整体的可承受扰动裕度；

步骤3：机组低频振荡风险评估，首先读取WAMS实时运行数据并收集机组性能与逻辑资料，然后分析机组CCS环节各滤波模块、功率控制器模块参数设置以及逻辑组态运算顺序的合理性，之后分析汽轮机DEH调节特性的合理性，再者分析励磁以及PSS系统参数设置的合理性，最后综合各系统参数合理性裕度，从而得出机组整体的可承受扰动裕度；

步骤4：机组安全适应性综合评估，综合机组稳态特性评估、动态特性评估以及低频振荡风险评估结果，将不同评估结果进行叠加分析，得出机组的安全扰动测试边界。

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