CN110571828B - 一种基于目标流量优化的一次调频优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于目标流量优化的一次调频优化方法，该方法通过一次调频试验数据及历史线性度分析确定导致一次调频响应效果不佳的原因，而后通过开展高压调门开启/关闭试验获取实际机组匹配当前运行工况的配汽曲线，同时针对存在流量特性出现欠补偿指令区间段重新设计线性度指令，基于线性区间插值计算，获取目标指令下目标配汽曲线，最终通过数据重新下装DEH系统阀门管理程序完成整个优化过程。本发明适用于因高压调门线性度不佳及调门摆动等流量特性设计不合理导致的一次调频性能不佳的机组。

Description

一种基于目标流量优化的一次调频优化方法

技术领域

本发明属于火力发电机组一次调频优化技术领域，尤其涉及一种基于目标流量优化的一次调频优化方法。

背景技术

一次调频是发电机组保证电网频率稳定在频率允许偏差范围内的重要技术保障，根据GB/T30370-2013《火力发电机组一次调频试验及性能验收导则》要求，对一次调频作出如下要求：1)响应滞后时间小于3s；2)稳定时间小于1min；3)达到75％目标负荷时间不大于15s，达到90％目标负荷时间不大于30s(针对燃煤机组)。

机组并网后应投入一次调频功能，但由于发电机组特性不尽相同，一次调频性能也不尽完善，机组反映在一次调频考核中的大部分存在负荷补偿量不足，甚至有些存在调整滞后问题。

典型一次调频优化方法有参数优化(即一次调频频差曲线修正)、逻辑优化(针对逻辑不完善、不合理导致的一次调频补偿指令偏离预期设定)，随着技术的发展也有一些硬件上的技术优化，其主要包括信号同期校准、储能装置提升一次调频量等方式方法，本技术主要针对非硬件改善的一次调频优化。

目前典型一次调频优化存在的问题有：1)对于参数优化的，需通过一次调频试验反复修改参数测试，流程繁琐，而且优化参数受到试验条件制约只进行4转和6转的测试，并不能够完整得到任意转速偏差对应的负荷调整量，精确度较低；2)对于硬件形式优化的，需要更换设备且投资金额较大，应用推广有一定局限性。

综上所述，典型的一次调频优化技术手段无法真正实现负荷调整量的准确补偿。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于目标流量优化的一次调频优化方法，结合调门流量特性优化试验获取机组当前调门流量特性，重新设定优化目标曲线，得出优化高压调门配汽规律，进而完成一次调频优化。

本发明提供了一种基于目标流量优化的一次调频优化方法，包括如下步骤：

步骤一：进行高压调门流量特性试验，对每个高压调门进行开启和关闭试验，操作速率控制在2％/5s,在调门开度指令小于10％时，操作速率控制在1％/15s；

步骤二：采集记录DCS系统中机前压力TPA、调节级后压力IMPA、综合阀位指令FDEM、高压各调门开度反馈值，数据采集时间间隔为1s；

步骤三：代入公式

其中，G₀、IMP₀、TP₀分别为额定工况下蒸汽流量百分数、额定调节级压力、额定机前压力，获取表征实际的综合流量指令G′序列；

步骤四：令综合阀位指令FDEM为X序列，计算得到的实际流量指令G′为Y序列，分别建立X-X和X-Y二维映射，得到机组历史和理想调门流量特性散点坐标图；

步骤五：考虑计算得出的流量数据是散点分布，对X-Y函数关系进行最小二乘辨识，采用多项式拟合方法，

n代表拟合多项式阶数；其给定数据点为(X_i,Y_i)，其中i＝1，2，…，m，约束条件设置为：

n不超过9，确定多项式系数a_i，其中，i＝0，1，…n；

步骤六：参考电网考核数据和一次调频考核最低投入负荷，通过判断斜率变化率和流量偏差确定优化区间，令

其中，p＝1，2…l-1，ΔX＝0.1由k_p≤1可知，该区间段负荷增幅斜率低于最低限制，会出现负荷欠补偿，由

可知，实际线性度在理想线性度下方，说明流量存在负方向偏差，综合上述说明此区间段需要优化线性度曲线；优化原则为：当k_p≤1且

其中，k为调整因子，需计算得出；对于k_p＞1或

以上一线性段坐标为基础向上平移曲线，最终确定优化线性度目标函数

步骤七：调取DEH系统内综合流量特性曲线，建立GV1、GV2、GV3、GV4坐标向量组；

步骤八：令

由线性插值计算方法确定y所对应的X_p+1，将流量指令X_p+1代入步骤七的四个向量组，重新获取优化目标函数对应的综合流量特性曲线向量组GV1’、GV2’、GV3’、GV4’；

步骤九：将输出的GV1’、GV2’、GV3’、GV4’坐标序列下装至DEH系统阀门管理函数内，至此基于流量特性线性度的一次调频优化完成。

借由上述方案，通过基于目标流量优化的一次调频优化方法，结合调门流量特性优化试验获取机组当前调门流量特性，重新设定优化目标曲线，得出优化高压调门配汽规律，进而完成一次调频优化，适用于因高压调门线性度不佳及调门摆动等流量特性设计不合理导致的一次调频性能不佳的机组。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为实施优化调整前阀门线性度曲线及原配汽规律图；

图2为机组一次调频动作时负荷及主汽流量趋势图；

图3为通过试验数据计算得到新配汽规律散点图(1号机组GV4调门配汽规律曲线图)；

图4为实施优化调整后阀门线性度曲线及新配汽规律图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例针对一次调频典型优化技术手段存在的不足之处，提出了一种基于目标流量优化的一次调频优化方法，它涉及一种通过设计流量线性度改善一次调频品质的系统方法。所述方法是通过一次调频试验数据及历史线性度分析确定导致一次调频响应效果不佳的原因，而后通过开展高压调门开启/关闭试验获取实际机组匹配当前运行工况的配汽曲线，同时针对存在流量特性出现欠补偿指令区间段重新设计线性度指令，基于线性区间插值计算，获取目标指令下目标配汽曲线，最终通过数据重新下装DEH系统阀门管理程序完成整个优化过程。本发明适用于因高压调门线性度不佳及调门摆动等流量特性设计不合理导致的一次调频性能不佳的机组。该方法包括以下步骤：

步骤一：进行高压调门流量特性试验，对每个高压调门进行开启和关闭试验，操作速率控制在2％/5s,在调门开度指令小于10％时，操作速率控制在1％/15s；

步骤二：采集记录DCS系统中机前压力TPA、调节级后压力IMPA、综合阀位指令FDEM、高压各调门开度反馈值，数据采集时间间隔为1s；

步骤三：代入公式

其中，G₀、IMP₀、TP₀分别为额定工况下蒸汽流量百分数、额定调节级压力、额定机前压力，获取表征实际的综合流量指令G′序列；

步骤四：令综合阀位指令FDEM为X序列，计算得到的实际流量指令G′为Y序列，分别建立X-X和X-Y二维映射，得到机组历史和理想调门流量特性散点坐标图；

步骤五：考虑计算得出的流量数据是散点分布，对X-Y函数关系进行最小二乘辨识，采用多项式拟合方法，

n代表拟合多项式阶数；其给定数据点为(X_i,Y_i)，其中i＝1，2，…，m，约束条件设置为：

n不超过9，确定多项式系数a_i，其中，i＝0，1，…n；

步骤六：参考电网考核数据和一次调频考核最低投入负荷，通过判断斜率变化率和流量偏差确定优化区间，令

其中，p＝1，2，…l-1，ΔX＝0.1由k_p≤1可知，该区间段负荷增幅斜率低于最低限制，会出现负荷欠补偿，由

可知，实际线性度在理想线性度下方，说明流量存在负方向偏差，综合上述说明此区间段需要优化线性度曲线；优化原则为：当k_p≤1且

其中，k为调整因子，需计算得出；对于k_p＞1或

以上一线性段坐标为基础向上平移曲线，最终确定优化线性度目标函数

步骤七：调取DEH系统内综合流量特性曲线，建立GV1、GV2、GV3、GV4坐标向量组；

步骤八：令

由线性插值计算方法确定y所对应的X_p+1，将流量指令X_p+1代入步骤七的四个向量组，重新获取优化目标函数对应的综合流量特性曲线向量组GV1’、GV2’、GV3’、GV4’；

步骤九：将输出的GV1’、GV2’、GV3’、GV4’坐标序列下装至DEH系统阀门管理函数内，至此基于流量特性线性度的一次调频优化完成。

以某300MW亚临界四调门机组为例，调门开启顺序为GV1+GV3→GV4→GV2，且该机组一次调频品质不佳，存在一次调频欠补偿情况，通过对其历史数据计算得出线性度曲线见图1。

分析线性度曲线，综合流量指令在80％至87％范围内线性度基于为直线，故在此区间范围内对应的主汽流量和负荷也无显著变化，见图2。

对机组进行调门流量特性试验，试验部分数据见表1。

表1 GV3调门流量关闭特性试验部分数据表

代入公式，计算表征实际流量的综合流量指令G′，得到机组试验调门流量特性散点坐标图，见图3。

利用最小二乘法辨识得到GV3调门表征方程，拟合阶数n取7，参数分别是：a1＝-4.81e-07，a2＝0.0002127，a3＝-0.04017，a4＝4.198，a5＝-262.3，a6＝9795，a7＝-2.025e+05，a0＝1.787e+06，其他调门表征方程同理计算可得。

对历史线性度进行分析，在78％至86％流量指令区间，呈近似线性，斜率为0.734，截距为15.286。在86％至90％区间,斜率为2.83，截距为-166.345。

依照判据，第一区间段斜率小于1且满足实际数值在理想线性度下，故重新确定此区间综合流量指令，其中调整因子k确定方式取历史最低和最高坐标点，确定目标线性度斜率为1.392，截距为-36.448。

原GV1\GV2\GV3\GV4调门配汽规律见表2。

表2 原调门配汽规律表

经过线性插值后，得到新GV1\GV2\GV3\GV4调门配汽规律见表3。

表3 新调门配汽规律表

将上述数据填入DEH系统阀门管理函数后，一周内，调取负荷大幅度调整区间段计算优化后线性度，见图4。

通过图4线性度分析可见，负荷调整连续稳定，且不存在欠补偿现象，结合一次调频频差试验均能够满足规程标准运行要求，达到了改善一次调频品质的目标。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于目标流量优化的一次调频优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：进行高压调门流量特性试验，对每个高压调门进行开启和关闭试验，操作速率控制在2％/5s,在调门开度指令小于10％时，操作速率控制在1％/15s；

步骤二：采集记录DCS系统中机前压力TPA、调节级后压力IMPA、综合阀位指令FDEM、高压各调门开度反馈值，数据采集时间间隔为1s；

步骤三：代入公式

其中，G₀、IMP₀、TP₀分别为额定工况下蒸汽流量百分数、额定调节级压力、额定机前压力，获取表征实际的综合流量指令G′序列；

步骤四：令综合阀位指令FDEM为X序列，计算得到的实际流量指令G′为Y序列，分别建立X-X和X-Y二维映射，得到机组历史和理想调门流量特性散点坐标图；

步骤五：考虑计算得出的流量数据是散点分布，对X-Y函数关系进行最小二乘辨识，采用多项式拟合方法，

n代表拟合多项式阶数，n不超过9，确定多项式系数a_i，其中，i＝0，1，…n；其给定数据点为(X_i,Y_i)，其中i＝1，2，…，m，约束条件设置为：

步骤六：参考电网考核数据和一次调频考核最低投入负荷，通过判断斜率变化率和流量偏差确定优化区间，令

其中，p＝1，2，…l-1，ΔX＝0.1；当k_p≤1时对应的待优化区间段负荷增幅斜率低于最低限制，会出现负荷欠补偿；当

时对应的待优化区间段实际线性度在理想线性度下方，说明流量存在负方向偏差，此待优化区间段需要优化线性度曲线；优化原则为：当k_p≤1且

其中，k为调整因子，需计算得出；对于k_p＞1或

以上一线性段坐标为基础向上平移曲线，最终确定优化线性度目标函数

步骤七：调取DEH系统内综合流量特性曲线，建立GV1、GV2、GV3、GV4坐标向量组；

步骤八：令

由线性插值计算方法确定y所对应的X_p+1，将流量指令X_p+1代入步骤七的四个向量组，重新获取优化目标函数对应的综合流量特性曲线向量组GV1’、GV2’、GV3’、GV4’；

步骤九：将输出的GV1’、GV2’、GV3’、GV4’坐标序列下装至DEH系统阀门管理函数内，至此基于流量特性线性度的一次调频优化完成。

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