CN110707731A - 一种火电机组有功功率振荡的抑制方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种火电机组有功功率振荡的抑制方法、装置及设备，该方法包括：累计预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数，判断预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数是否大于预设次数，若是，则在预设时长内短时退出一次调频功能。本发明实施例的技术方案，在判断预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数大于预设次数时，判定发生了有功功率振荡事件，进而采取在预设时长内短时退出一次调频功能，预设时长结束后自动投入一次调频功能的措施，从而有效抑制了有功功率振荡的问题，同时，该短时退出一次调频的操作保证了一次调频的长期投运，为发电机组和电网的安全运行提供了保障。

Description

一种火电机组有功功率振荡的抑制方法、装置及设备

技术领域

本发明实施例涉及电力系统网源协调技术，尤其涉及一种火电机组有功功率振荡的抑制方法、装置及设备。

背景技术

火力发电是我国主要的发电方式，火电机组的稳定运行是各地区稳定供电的可靠保证。

近年来，在迎峰度夏期间，各省域电网供电普遍呈现“整体偏紧，局部短时紧张”态势，部分输电通道和局部电网重过载问题突出，部分地区可靠供电依赖于当地主力火电机组的稳定运行。此外，由于度夏期间主力机组将长期保持较高负荷水平运行，受夏季气温高、真空低等因素影响，机组、锅炉和辅机设备健康运行水平下降，关键机组的稳定运行直接影响全省的电力备用、主网断面潮流和主网电压控制。

然而，部分火电机组在涉网性能相关设备、控制逻辑，特别是在与一次调频相关的技术和管理方面存在漏洞，例如，一次调频动作时在局部线性灵敏度较高的工作点极易放大功率响应幅度，或者，一次调频逻辑及参数配置不当等，导致发生发电机组本地的有功功率振荡，并由振荡源机组向物理相邻发电机组扩散，对电网的安全稳定运行造成冲击。尽管发电企业采取了多种技术和管理措施，但依然无法有效抑制、规避有功功率振荡现象的发生。

发明内容

本发明实施例提供一种火电机组有功功率振荡的抑制方法、装置及设备，以有效抑制由一次调频动作不当而诱发的有功功率振荡事件。

第一方面，本发明实施例提供了一种火电机组有功功率振荡的抑制方法，该方法包括：

累计预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数；

判断预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数是否大于预设次数；

若是，则在预设时长内短时退出一次调频功能。

进一步地，若预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数小于预设次数，则将汽轮机的转速超出预设幅值的次数清零，并进入下一预设监测周期。

进一步地，预设监测周期为6～20s，预设幅值为3000±2.3rpm，预设次数为6次。

进一步地，预设时长为4～6min。

第二方面，本发明实施例提供了一种火电机组有功功率振荡的抑制装置，该装置包括：

计数模块，用于累计预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数；

判断模块，用于判断预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数是否大于预设次数；

控制模块，用于若预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数大于预设次数，则在预设时长内短时退出一次调频功能。

进一步地，控制模块还用于，若预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数小于预设次数，则将汽轮机的转速超出预设幅值的次数清零，并进入下一预设监测周期。

第三方面，本发明实施例提供了一种设备，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

输出装置，用于提供用户输入机制和结果显示；

当一个或多个程序被一个或多个处理器执行，使得一个或多个处理器实现如上述任一方面提供的抑制方法。

本发明实施例的技术方案，通过累计预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数，并在判断汽轮机的转速超出预设幅值的次数大于预设次数时，判定发生了有功功率振荡事件，进而采取切除一次调频功能预设时长的措施，从而有效抑制了有功功率振荡的问题，同时，该短时退出一次调频的操作保证了一次调频的长期投运，为发电机组和电网的安全运行提供了保障。

附图说明

图1是典型的火电机组有功功率振荡曲线的示意图；

图2是火电机组正常运行工况下电网频率曲线；

图3是本发明实施例提供的一种火电机组有功功率振荡的抑制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种火电机组有功功率振荡的抑制方法的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的有功功率振荡的抑制方法的控制逻辑图；

图6是本发明实施例提供的一种火电机组有功功率振荡的抑制装置的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是典型的火电机组有功功率振荡曲线的示意图，图2是火电机组正常运行工况下电网频率曲线。下面，首先结合图1和图2对火电机组的有功功率振荡和正常运行工况做简要说明。

参见图1，当发生有功功率振荡事件时，火电机组的有功功率随时间的变化曲线呈现出一种短时连续的、幅值逐渐减小的正弦波曲线，需要说明的是，电网频率随时间变化的特点与此一致，在此不再赘述。参见图2，当火电机组正常运行时，电网频率围绕均值上下变化，呈现无规则的“毛刺”状曲线。另外，由于有功功率振荡时的电网频率波动浮动较小，而且正常运行的电网频率的分布区间和有功功率振荡事件下的频率波动区间存在较大的重合区域，导致运行人员很难及时发现有功功率振荡事件的发生。但是，有功功率振荡事件属于偶发事件，其发生概率很低，因此，对于同一时间范围，只有发生有功功率振荡事件时，电网频率才会连续的超过某一特定幅值，而在正常运行时，电网频率则不会频繁的超出特定幅值。由此，可有效区分有功功率振荡事件和正常运行工况。

基于上述分析，本发明实施例提供一种火电机组有功功率振荡的抑制方法，以提供有效判别有功功率振荡事件的判据，并在判断发生有功功率振荡事件后采取抑制措施，具体方案如下：

图3是本发明实施例提供的一种火电机组有功功率振荡的抑制方法的流程示意图，该方法可用于抑制由一次调频动作参数设置不当等原因引起的有功功率振荡事件，防止有功功率振荡事件对电网稳定运行造成的冲击。该方法可由火电机组有功功率振荡的抑制装置执行。如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤110、累计预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数。

上文提到，有功功率振荡工况下，电网频率会呈现出正弦波特性，假设其振荡周期为T，则可以理解的，发生有功功率振荡时，电网频率曲线会连续出现若干个周期约为T的波形，且其幅值均会大于某一特定值。而预设监测周期则是预先设定的一段时间，该时间长度一般长于若干个振荡周期T的总时长。预设幅值则是指若干个振荡周期T的振荡波的幅值均能够超出的幅值大小。需要说明的是，由于电网频率与汽轮机的转速有关，且转速的监测更加容易和直观，因此，本发明实施例以汽轮机的转速为参考量，设定预设幅值，并累计预设监测周期内汽轮机的转速超出该预设幅值的次数，通过该次数的多少，可以判别是否发生有功功率振荡事件，详见步骤120。

步骤120、判断预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数是否大于预设次数。

其中，预设次数是指判别是否发生有功功率振荡事件的临界值，具体的，若预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数大于该预设次数，则表明发生了有功功率振荡，否则，未发生有功功率振荡。可以理解的，若发生有功功率振荡，则汽轮机的转速会在一段时间内连续超出预设幅值，即转速超出预设幅值的次数较多，较频繁；若未发生有功功率振荡事件，汽轮机的转速仅仅会偶尔超出预设幅值。因此，通过合理的设置预设次数，可有效判别出是否发生有功功率振荡事件。

需要说明的是，预设监测周期、预设幅值以及预设次数均是根据火电机组历次出现有功功率振荡事件的数据特征统计分析得到的，本发明实施例对其数值范围不作限定。值得注意的是，预设监测周期的时间长短需适中，过长则会将正常运行工况下偶然发生的转速超出预设幅值的情况涵盖进去，从而导致累计的次数偏多，容易满足汽轮机的转速超出预设幅值的次数大于预设次数，造成有功功率振荡事件的误判；过短则会导致累计的次数偏少，从而遗漏有功功率振荡事件的识别。另外，预设幅值以及预设次数同样需要合理设置，本领域技术人员可根据火电机组的运行情况的统计结果自行设定，在此不再赘述。

步骤130、若是，则在预设时长内短时退出一次调频功能。

具体的，若判断结果为，汽轮机的转速超出预设幅值的次数大于预设次数，表明发生了有功功率振荡事件，则暂时切除一次调频功能。其中，预设时长则是指切除一次调频功能的持续时间，当持续时间达到预设时长后，需要再次投入一次调频功能。可以理解的，一次调频功能是保障发电机组和电网稳定运行的必要调节方式，而有功功率振荡则是偶发的故障事件，且持续较短时间后即可恢复稳定，因此，可以在切除一次调频功能预设时长，保证频率趋于稳定后，再次投入一次调频功能。本领域技术人员可根据实际情况合理设置预设时长的大小，本发明实施例对此不做限定。

本发明实施例的技术方案，通过累计预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数，并在判断汽轮机的转速超出预设幅值的次数大于预设次数时，判定发生了有功功率振荡事件，进而采取切除一次调频功能预设时长的措施，以有效抑制有功功率振荡的问题，同时，该短时退出一次调频的操作保证了一次调频的长期投运，为发电机组和电网的安全运行提供了保障。

图4是本发明实施例提供的另一种火电机组有功功率振荡的抑制方法的流程示意图，对上述抑制方法做了进一步优化。如图4所示，可选的，上述抑制方法的步骤还包括：

步骤140、若预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数小于预设次数，则将汽轮机的转速超出预设幅值的次数清零，并进入下一预设监测周期。

可以理解的，若预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数小于预设次数，则表明该预设监测周期内未发生有功功率振荡事件。因此，可对该周期内的计数结果清零，以进入下一阶段的预设监测周期，并执行同样的操作，实现实时监测火电机组的运行情况的目的。

根据对火电机组运行情况的长期观察和统计，本发明实施例现提供一种可行的有功功率振荡的抑制方法。可选的，预设监测周期为6～20s，预设幅值为3000±2.3rpm，预设次数为6次，预设时长为4～6min。

通过对有功功率振荡事件过程的统计，汽轮机转速的波动幅度基本在2998.8±0.3rpm或3002.2±0.3rpm范围内，振荡周期分布范围为0.9s～2s。通过对正常运行工况的统计，汽轮机转速的均值为2997.54rpm，转速超出一次调频死区3000±0.2rpm的持续时间分布绝大部分位于15s～30s内。分析上述统计结果，为了有效区分正常运行工况和有功功率振荡事件，可将预设幅值设置为3000±2.3rpm，以排除与有功功率振荡时的转速分布重合的正常运行工况。进一步地，根据汽轮机转速的振荡周期范围可设置预设监测周期为6～20s，预设次数为6次，以筛选出连续波动的有功功率振荡事件。另外，有功功率振荡事件一般2～3min后将趋于稳定，因此，可设置切除一次调频的持续时间为4～6min，既实现了有功功率振荡事件的抑制，又能及时地重新投入一次调频功能。

具体的，以预设监测周期为15s，预设时长为5min为例，有功功率振荡的抑制方法具体可表述为：

若15s内汽轮机的转速超出3000±2.3rpm的次数大于6次，则切除一次调频功能5min(即切除一次调频功能5min后再次投入一次调频功能)。若15s内汽轮机的转速超出3000±2.3rpm的次数小于6次，则将计数结果清零，并进行下一个15s的监测。

图5是本发明实施例提供的有功功率振荡的抑制方法的控制逻辑图，下面结合图5和上述具体数据，对本发明实施例的技术方案作进一步说明。

首先，该控制逻辑对于15s预设监测周期以及5min预设时长的定周期动作，采用累积计数的方式实现。示例性的，分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)具有扫描周期，通过计算经过的扫描周期的次数，即可实现计时功能。以15s的定周期动作为例，参见图5中15s定周期模块01所示，假设DCS的扫描周期为100ms，那么，其定周期实现逻辑为：每经过100ms则累计加1，具体的，当计数未达到150时，切换模块“T”70选择“N”，以保持累积计数，直到计数达到150，“T”切换为“Y”，将计数结果清理，开始下一周期的计数。当计数达到150时，15s定周期模块1还会延时3s发出动作脉冲“1”至与门50，通过结合脉冲计数器20的计数结果，可实现对脉冲计数器20的复位功能。需要说明的是，为了防止清零逻辑对计数器结果产生不利影响，所以动作脉冲“1”采用后延时3s的方案，以使动作脉冲保持3s。

图5中“转速差”表示汽轮机的转速与3000rpm的差值，转速为3000rpm时，功率为工频50Hz。具体地，当汽轮机的转速差超出+2.3rpm或-2.3rpm的信号传至或门10后，或门10的输出信号为“1”，通过脉冲实现计数。若在15s内，计数结果大于6，表明发生有功功率振荡事件，脉冲计数器20将输出信号“1”，使SR触发器30处于置位状态，从而实现切除一次调频功能。若达到15s时，计数结果仍小于6，则脉冲计数器20的输出信号为“0”，该输出信号“0”经过非门40后，与15s定周期模块的动作脉冲“1”同时经过与门50，再经过非门60，可形成复位信号“0”，将脉冲计数器20在此15s内的计数结果清零，并开始下一个15s的监测。

基于同样的计数原理，5min定周期模块02在计数结果达到3000时会延时3s发出一次动作脉冲“1”，该动作脉冲“1”传至SR触发器的R端，从而实现对SR触发器的复位功能，即重新投入一次调频功能。同时，在计数结果达到3000时，通过切换模块“T”80将信号由“N”切换至“Y”，可实现对计数结果清零，以重新计时。需要说明的是，无论15s预设监测周期内有功功率振荡事件是否发生，均采用定周期5分钟自动复位SR触发器，以保证每过5min便重新投入一次调频功能，保证机组一次调频的长期投运。

需要说明的是，上述预设监测周期、预设幅值、预设次数以及预设时长的数值均为本发明实施例提供的一种可行的示例，而非限定。另外，该有功功率振荡的抑制方法投入使用后，可通过人工观察的方法，检测上述数值是否合理。例如，若实际无有功功率振荡事件发生，原则上要求一天内逻辑判断有功功率振荡发生次数小于5次。若经观察，逻辑判断结果无法满足该要求，则表明上述参数设置存在不合理之处，例如预设监测周期设置时间过长，造成正常运行情况下汽轮机转速超出预设幅值的情况涵盖进去，造成累积计数结果偏大，逻辑判断有功功率振荡事件发生的次数增多，因此，可通过继续压缩计数器的清零时间，由15s继续向下减小，直到能够满足上述要求。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种火电机组有功功率振荡的抑制装置，该装置包括：

计数模块210，用于累计预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数；判断模块220，用于判断预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数是否大于预设次数；控制模块230，用于若预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数大于预设次数，则在预设时长内短时退出一次调频功能。

可选的，控制模块330还用于，若预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数小于预设次数，则将汽轮机的转速超出预设幅值的次数清零，并进入下一预设监测周期。

本发明实施例提供的抑制装置可执行本发明任意实施例所提供的抑制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

图7是本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。如图7所示，该设备包括处理器310、存储装置320、输入装置330和输出装置340；设备中处理器310的数量可以是一个或多个，图7中以一个处理器310为例；设备中的处理器310、存储装置320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。

存储装置320作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的抑制方法对应的程序指令或模块(例如，抑制装置中的技术模块210、判断模块220以及控制模块230)。处理器310通过运行存储在存储装置320中的软件程序、指令以及模块，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现本发明任意实施例提供的抑制方法。

输入装置330可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与设备的用户设置以及功能控制有关的信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备，提供用户输入机制和结果显示。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (7)

1.一种火电机组有功功率振荡的抑制方法，其特征在于，包括：

累计预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数；

判断所述预设监测周期内所述汽轮机的转速超出预设幅值的次数是否大于预设次数；

若是，则在预设时长内短时退出一次调频功能。

2.根据权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，若所述预设监测周期内所述汽轮机的转速超出预设幅值的次数小于预设次数，则将所述汽轮机的转速超出预设幅值的次数清零，并进入下一所述预设监测周期。

3.根据权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述预设监测周期为6～20s，所述预设幅值为3000±2.3rpm，所述预设次数为6次。

4.根据权利要求1所述的抑制方法，其特征在于，所述预设时长为4～6min。

5.一种火电机组有功功率振荡的抑制装置，其特征在于，包括：

计数模块，用于累计预设监测周期内汽轮机的转速超出预设幅值的次数；

判断模块，用于判断所述预设监测周期内所述汽轮机的转速超出预设幅值的次数是否大于预设次数；

控制模块，用于若所述预设监测周期内所述汽轮机的转速超出预设幅值的次数大于预设次数，则在预设时长内短时退出一次调频功能。

6.根据权利要求5所述的抑制装置，其特征在于，所述控制模块还用于，若所述预设监测周期内所述汽轮机的转速超出预设幅值的次数小于预设次数，则将所述汽轮机的转速超出预设幅值的次数清零，并进入下一所述预设监测周期。

7.一种设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

输出装置，用于提供用户输入机制和结果显示；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-4中任一所述的抑制方法。

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