CN109286195B - 一种功率控制模式下的双pid水轮发电机组调节系统 - Google Patents

一种功率控制模式下的双pid水轮发电机组调节系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，包括PID调节模块和水轮发电模块，其特征在于，所述PID调节单元包括监控单元，频率偏差计算单元，功率偏差计算单元，用于执行一次调频调节的第一PID功能单元，用于执行AGC调节的第二PID功能单元，第一切换控制单元，第二切换控制单元和输出加法器；所述水轮发电单元包括水轮发电机组和执行机构。本发明公开的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统能有效解决现有技术水轮发电机组在功率控制模式下难以协调两种调节方式的问题。

Description

一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统
技术领域
本发明涉及电力系统控制领域，尤其涉及一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统。
背景技术
水轮机调速器的调节系统是水轮发电机组重要的辅助控制设备之一，水轮发电机组可通过调速器系统参与电力系统的频率调节。并网方式下水轮机调节系统一般有功率控制模式与开度控制模式两种模式可供选择。功率控制模式相对于开度控制模式具有调节速度快、调节平滑以及调节准确等特点。电力系统的短时频率调节可分为一次调频和自动发电控制(AGC)调节两种调节方式。
现有水轮发电机组中，一次调频和自动发电控制(AGC)调节两种调节方式均由调速器内部的同一套PID环节完成，因此两种调节方式下，水轮发电机组出力的速度是相同的。但电网运行时，对两种调节方式的调节速度存在不同要求，会出现单一PID环节能满足AGC调节速度要求但不满足一次调频速度要求，或满足一次调频速度要求但不满足AGC调节速度要求的情况。
本发明人在实施本发明的过程中发现，现有技术中存在以下技术问题：水轮发电机组在功率控制模式下难以协调两种调节方式的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，能有效解决现有技术水轮发电机组在功率控制模式下难以协调两种调节方式的问题。
本发明实施例提供了一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，包括PID调节模块和水轮发电模块，所述PID调节单元包括监控单元，频率偏差计算单元，功率偏差计算单元，用于执行一次调频调节的第一PID功能单元，用于执行AGC调节的第二PID功能单元，第一切换控制单元，第二切换控制单元和输出加法器；所述水轮发电单元包括水轮发电机组和执行机构；
所述频率偏差计算单元的输出端与所述第一切换控制单元的输入端连接，所述第一切换控制单元的第一输出端与所述第一PID功能单元的输入端连接，所述第一切换控制单元的第二输出端与所述功率偏差计算单元的输入端连接；
所述监控单元的输出端与所述功率偏差计算单元的输入端连接，所述功率偏差计算单元的输出端与所述第二PID功能单元的输入端连接，所述第一PID功能单元的输出端与所述第二切换控制单元的第一输入端连接，所述第二PID功能单元的输出端与所述第二切换控制单元的第二输入端连接；
所述第二切换控制单元的输出端与所述输出加法器的输入端连接，所述输出加法器的输出端与所述执行机构的输入端连接，所述执行机构的输出端与所述水轮发电机组的输入端连接，所述水轮发电机组的输出端与功率偏差计算单元的输入端连接。
作为上述方案的改进，所述频率偏差计算单元根据公式Δf＝fref-fg-fDB计算频率偏差；式中，Δf为频率偏差，fref为频率参考值，fg为水轮发电机组频率，fDB为频率死区值。
作为上述方案的改进，所述功率偏差计算单元根据公式ΔP＝Pref+Δf/Ep-PE-PDB计算功率偏差；式中，ΔP为功率偏差，Pref为AGC通过所述监控系统下达的功率给定值，EP为功率永态调差系数，Δf/EP为一次调频调功量，PE为发电机电磁功率，PDB为功率死区值。
作为上述方案的改进，当所述第一切换控制单元闭合第一输出端并断开第二输出端，所述第二切换控制单元闭合第一输入端并断开第二输入端时，所述系统采用第一PID功能单元调节；
所述第一PID功能单元根据接收到的所述频率偏差计算单元发送的频率偏差输出第一PID功能单元输出值；
所述输出加法器将所述第一PID功能单元输出值与所述第一切换控制单元和所述第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于所述执行机构的第一PID功能单元控制信号；所述执行机构根据第一PID功能单元控制信号对所述水轮发电机组进行调频。
作为上述方案的改进，当所述第一切换控制单元闭合第二输出端并断开第一输出端，所述第二切换控制单元闭合第二输入端并断开第一输入端时，所述系统采用第二PID功能单元调节；
所述第二PID功能单元根据接收到的所述功率偏差计算单元发送的功率偏差输出第二PID功能单元输出值；
所述输出加法器将所述第二PID功能单元输出值与所述第一切换控制单元和所述第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于所述执行机构的第二PID功能单元控制信号；所述执行机构根据第二PID功能单元控制信号对所述水轮发电机组进行调频。
作为上述方案的改进，若满足第一切换状态或第二切换状态时，所述输出加法器将所述第二PID功能单元输出值置零，所述第一切换控制单元闭合第二输出端并断开第一输出端，所述第二切换控制单元闭合第二输入端并断开第一输入端，所述系统采用第二PID功能单元调节；
所述第二PID功能单元根据接收到的所述功率偏差计算单元发送的功率偏差输出第二PID功能单元输出值；
所述输出加法器将所述第二PID功能单元输出值与所述第一切换控制单元和所述第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于所述执行机构的第二PID功能单元控制信号；所述执行机构根据第二PID功能单元控制信号对所述水轮发电机组进行调频；
其中，所述第一切换状态具体为所述监控单元下达新的功率给定量，所述第二切换状态具体为所述系统监控单元未下达新的功率给定量但功率偏差超过误差门槛值。
作为上述方案的改进，若同时满足所述功率偏差为零且所述功率偏差为零的时间大于预设时间上限，所述输出加法器将所述第一PID功能单元输出值置零，所述第一切换控制单元闭合第一输出端并断开第二输出端，所述第二切换控制单元闭合第一输入端并断开第二输入端时，所述系统采用第一PID功能单元调节；
所述第一PID功能单元根据接收到的所述频率偏差计算单元发送的频率偏差输出第一PID功能单元输出值；
所述输出加法器将所述第一PID功能单元输出值与所述第一切换控制单元和所述第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于所述执行机构的第一PID功能单元控制信号；所述执行机构根据第一PID功能单元控制信号对所述水轮发电机组进行调频。
作为上述方案的改进，所述发电机电磁功率PE由所述水轮发电机组输出至所述功率偏差计算单元。
本发明实施例提供的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，与现有技术相比，具有如下有益效果：
通过采用用于执行一次调频调节的第一PID功能单元和用于执行AGC调节的第二PID功能单元进行调节，采用切换控制模块进行PID功能单元切换从而实现两种调节模式的相互切换，满足电网运行对AGC调节与一次调频这两种调频方式不同调节速度的要求；当满足监控单元下达新的功率给定量或监控单元未下达新的功率给定量但功率偏差超过误差门槛值时，能够自动执行调节模式切换至AGC调节；当功率偏差为零且所述功率偏差为零的时间大于预设时间上限时，能够自动执行调节模式切换至一次调频调节，有效保障了水轮发电机组的的安全稳定与优质经济运行，从而保障了电力系统的稳定。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统的原理框图。
图2是本发明实施例提供的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统的具体结构示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
参见图1，是本发明实施例提供的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统的原理框图，包括PID调节模块和水轮发电模块，其特征在于，PID调节单元包括监控单元，频率偏差计算单元，功率偏差计算单元，用于执行一次调频调节的第一PID功能单元，用于执行AGC调节的第二PID功能单元，第一切换控制单元，第二切换控制单元和输出加法器；水轮发电单元包括水轮发电机组和执行机构；
频率偏差计算单元的输出端与第一切换控制单元的输入端连接，第一切换控制单元的第一输出端与第一PID功能单元的输入端连接，第一切换控制单元的第二输出端与功率偏差计算单元的输入端连接；
监控单元的输出端与功率偏差计算单元的输入端连接，功率偏差计算单元的输出端与第二PID功能单元的输入端连接，第一PID功能单元的输出端与第二切换控制单元的第一输入端连接，第二PID功能单元的输出端与第二切换控制单元的第二输入端连接；
第二切换控制单元的输出端与输出加法器的输入端连接，输出加法器的输出端与执行机构的输入端连接，执行机构的输出端与水轮发电机组的输入端连接，水轮发电机组的输出端与功率偏差计算单元的输入端连接。
进一步的，频率偏差计算单元根据公式Δf＝fref-fg-fDB计算频率偏差；式中，Δf为频率偏差，fref为频率参考值，fg为水轮发电机组频率，fDB为频率死区值。
进一步的，功率偏差计算单元根据公式ΔP＝Pref+Δf/Ep-PE-PDB计算功率偏差；式中，ΔP为功率偏差，Pref为AGC通过监控系统下达的功率给定值，EP为功率永态调差系数，Δf/EP为一次调频调功量，PE为发电机电磁功率，PDB为功率死区值。
进一步的，当第一切换控制单元闭合第一输出端并断开第二输出端，第二切换控制单元闭合第一输入端并断开第二输入端时，系统采用第一PID功能单元调节；
第一PID功能单元根据接收到的频率偏差计算单元发送的频率偏差输出第一PID功能单元输出值；
输出加法器将第一PID功能单元输出值与第一切换控制单元和第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于执行机构的第一PID功能单元控制信号；执行机构根据第一PID功能单元控制信号对水轮发电机组进行调频。
进一步的，当第一切换控制单元闭合第二输出端并断开第一输出端，第二切换控制单元闭合第二输入端并断开第一输入端时，系统采用第二PID功能单元调节；
第二PID功能单元根据接收到的功率偏差计算单元发送的功率偏差输出第二PID功能单元输出值；
输出加法器将第二PID功能单元输出值与第一切换控制单元和第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于执行机构的第二PID功能单元控制信号；执行机构根据第二PID功能单元控制信号对水轮发电机组进行调频。
进一步的，若满足第一切换状态或第二切换状态时，输出加法器将第二PID功能单元输出值置零，第一切换控制单元闭合第二输出端并断开第一输出端，第二切换控制单元闭合第二输入端并断开第一输入端，系统采用第二PID功能单元调节；
第二PID功能单元根据接收到的功率偏差计算单元发送的功率偏差输出第二PID功能单元输出值；
输出加法器将第二PID功能单元输出值与第一切换控制单元和第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于执行机构的第二PID功能单元控制信号；执行机构根据第二PID功能单元控制信号对水轮发电机组进行调频；
其中，第一切换状态具体为监控单元下达新的功率给定量，第二切换状态具体为系统监控单元未下达新的功率给定量但功率偏差超过误差门槛值。
进一步的，若同时满足功率偏差为零且功率偏差为零的时间大于预设时间上限，输出加法器将第一PID功能单元输出值置零，第一切换控制单元闭合第一输出端并断开第二输出端，第二切换控制单元闭合第一输入端并断开第二输入端时，系统采用第一PID功能单元调节；
第一PID功能单元根据接收到的频率偏差计算单元发送的频率偏差输出第一PID功能单元输出值；
输出加法器将第一PID功能单元输出值与第一切换控制单元和第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于执行机构的第一PID功能单元控制信号；执行机构根据第一PID功能单元控制信号对水轮发电机组进行调频。
进一步的，发电机电磁功率PE由水轮发电机组输出至功率偏差计算单元。
优选的，误差门槛值和预设时间上限可人为进行设定。
参见图2，是本发明实施例提供的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统的具体结构示意图，其中，BP为开度永态调差系数，EP为功率永态调差系数，KP1为一次调频PID比例环节放大倍数，KD1为一次调频PID微分环节放大倍数，KI1为一次调频PID积分环节放大倍数，TD1为一次调频PID微分环节时间常数，KP2为AGC调节PID比例环节放大倍数，KD2为AGC调节PID微分环节放大倍数，KI2为AGC调节PID积分环节放大倍数，TD2为AGC调节PID微分环节时间常数。
本发明实施例提供的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，与现有技术相比，具有如下有益效果：
通过采用用于执行一次调频调节的第一PID功能单元和用于执行AGC调节的第二PID功能单元进行调节，采用切换控制模块进行PID功能单元切换从而实现两种调节模式的相互切换，满足电网运行对AGC调节与一次调频这两种调频方式不同调节速度的要求；当满足监控单元下达新的功率给定量或监控单元未下达新的功率给定量但功率偏差超过误差门槛值时，能够自动执行调节模式切换至AGC调节；当功率偏差为零且所述功率偏差为零的时间大于预设时间上限时，能够自动执行调节模式切换至一次调频调节，有效保障了水轮发电机组的的安全稳定与优质经济运行，从而保障了电力系统的稳定。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，包括PID调节模块和水轮发电模块，其特征在于，所述PID调节单元包括监控单元，频率偏差计算单元，功率偏差计算单元，用于执行一次调频调节的第一PID功能单元，用于执行AGC调节的第二PID功能单元，第一切换控制单元，第二切换控制单元和输出加法器；所述水轮发电单元包括水轮发电机组和执行机构；
所述频率偏差计算单元的输出端与所述第一切换控制单元的输入端连接，所述第一切换控制单元的第一输出端与所述第一PID功能单元的输入端连接，所述第一切换控制单元的第二输出端与所述功率偏差计算单元的输入端连接；
所述监控单元的输出端与所述功率偏差计算单元的输入端连接，所述功率偏差计算单元的输出端与所述第二PID功能单元的输入端连接，所述第一PID功能单元的输出端与所述第二切换控制单元的第一输入端连接，所述第二PID功能单元的输出端与所述第二切换控制单元的第二输入端连接；
所述第二切换控制单元的输出端与所述输出加法器的输入端连接，所述输出加法器的输出端与所述执行机构的输入端连接，所述执行机构的输出端与所述水轮发电机组的输入端连接，所述水轮发电机组的输出端与功率偏差计算单元的输入端连接；
其中，还包括：
当所述第一切换控制单元闭合第一输出端并断开第二输出端，所述第二切换控制单元闭合第一输入端并断开第二输入端时，所述系统采用第一PID功能单元调节；
所述第一PID功能单元根据接收到的所述频率偏差计算单元发送的频率偏差输出第一PID功能单元输出值；
所述输出加法器将所述第一PID功能单元输出值与所述第一切换控制单元和所述第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于所述执行机构的第一PID功能单元控制信号；所述执行机构根据第一PID功能单元控制信号对所述水轮发电机组进行调频；
当所述第一切换控制单元闭合第二输出端并断开第一输出端，所述第二切换控制单元闭合第二输入端并断开第一输入端时，所述系统采用第二PID功能单元调节；
所述第二PID功能单元根据接收到的所述功率偏差计算单元发送的功率偏差输出第二PID功能单元输出值；
所述输出加法器将所述第二PID功能单元输出值与所述第一切换控制单元和所述第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于所述执行机构的第二PID功能单元控制信号；所述执行机构根据第二PID功能单元控制信号对所述水轮发电机组进行调频。
2.如权利要求1所述的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，其特征在于，所述频率偏差计算单元根据公式Δf＝fref-fg-fDB计算频率偏差；式中，Δf为频率偏差，fref为频率参考值，fg为水轮发电机组频率，fDB为频率死区值。
3.如权利要求2所述的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，其特征在于，所述功率偏差计算单元根据公式ΔP＝Pref+Δf/Ep-PE-PDB计算功率偏差；式中，ΔP为功率偏差，Pref为AGC通过所述监控系统下达的功率给定值，EP为功率永态调差系数，Δf/EP为一次调频调功量，PE为发电机电磁功率，PDB为功率死区值。
4.如权利要求3所述的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，其特征在于，若满足第一切换状态或第二切换状态时，所述输出加法器将所述第二PID功能单元输出值置零，所述第一切换控制单元闭合第二输出端并断开第一输出端，所述第二切换控制单元闭合第二输入端并断开第一输入端，所述系统采用第二PID功能单元调节；
所述第二PID功能单元根据接收到的所述功率偏差计算单元发送的功率偏差输出第二PID功能单元输出值；
所述输出加法器将所述第二PID功能单元输出值与所述第一切换控制单元和所述第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于所述执行机构的第二PID功能单元控制信号；所述执行机构根据第二PID功能单元控制信号对所述水轮发电机组进行调频；
其中，所述第一切换状态具体为所述监控单元下达新的功率给定量，所述第二切换状态具体为所述系统监控单元未下达新的功率给定量但功率偏差超过误差门槛值。
5.如权利要求4所述的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，其特征在于，若同时满足所述功率偏差为零且所述功率偏差为零的时间大于预设时间上限，所述输出加法器将所述第一PID功能单元输出值置零，所述第一切换控制单元闭合第一输出端并断开第二输出端，所述第二切换控制单元闭合第一输入端并断开第二输入端时，所述系统采用第一PID功能单元调节；
所述第一PID功能单元根据接收到的所述频率偏差计算单元发送的频率偏差输出第一PID功能单元输出值；
所述输出加法器将所述第一PID功能单元输出值与所述第一切换控制单元和所述第二切换控制单元切换前时刻输入执行机构的开度值Ypre叠加，输出最终作用于所述执行机构的第一PID功能单元控制信号；所述执行机构根据第一PID功能单元控制信号对所述水轮发电机组进行调频。
6.如权利要求3所述的一种功率控制模式下的双PID水轮发电机组调节系统，其特征在于，所述发电机电磁功率PE由所述水轮发电机组输出至所述功率偏差计算单元。
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