CN112350333B - 一种适应孤网运行下fcb触发的控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本专利公开了一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法及装置，方法包括：在目标片区电网与主网的联络处于分闸状态，且目标片区电网的频率处于异常状态的情况下，通过电网中的安稳装置生成FCB触发信号；根据FCB触发信号促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，并将励磁调差系数调为零；根据FCB触发信号促使电厂机组的调速系统将调速切换控制方式切换为转速有差闭环控制方式，同时根据当前机组负荷为转速有差闭环控制方式配置给定值。本专利能够解决现有技术无法满足多台机组组建孤网带部分电网负荷运行，且无法有效区分内部故障和外部故障的技术问题。

Description

一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法及装置
技术领域
本专利涉及电网机组控制技术领域，尤其涉及一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法及装置。
背景技术
快速切负荷(FCB：Fast Cut Back)是指机组在高于某一负荷之上运行时，因外部电网故障与电网解列，瞬间甩掉全部对外供电负荷，并保持锅炉在最低负荷运行，维持发电机带厂用电运行的自动控制功能。
在台风等自然灾害条件下，电网将被迫解列成若干孤网运行，电厂将面临全厂停电的威胁，控制不好有可能导致严重的设备损坏。火电厂全厂停电时，机组状态及参数将发生剧烈变化，而且机组的循环冷却水、仪用压缩空气、设备的动力电源等都将失去，机组大部分设备处于失控状态。仅仅是按照预先设计的安全方向自主地改变状态，仅仅依靠后备的蓄电池和柴油发电机来维持主要设备的安全运行，电厂的安全系数大大下降。如果机组FCB功能实现后，就可以在机组最危险的时刻，实现孤网运行或者仅自带厂用电运行。FCB功能有助于发电机组安全停运的同时，更能够作为电网严重故障情况下的启动电源，有助于电网调度机构快速恢复电网的供电。根据南方区域并网发电厂辅助服务管理实施细则，一旦火电机组具备FCB功能，便可享受黑启动电源的补贴，这也是促使火力发电厂FCB功能改造的直接动力。
要实现FCB功能必须进行相关的改造和优化，首先，要求FCB触发信号必须可靠，FCB信号需正确反映机组因外部电网故障与电网解列的突然甩负荷情况；其次，火电厂FCB功能能够使得机组在甩负荷以后自供厂用电，在较长时间内维持稳定运行，为加快电网恢复提供保证。现有技术中，FCB触发后电厂会根据机组自身厂用电的负荷情况预设一个基础负荷，并切换到恒转速控制，为保持电厂的频率为50Hz，恒转速控制模式一般都设置为无差调节，无差调节模式不能适用于多台机组组网运行，因此，不适用多台机组组建孤网并带部分电网负荷运行的要求；且现有技术中的FCB触发信号的选取不当，不能有效的区分内部故障和外部故障。
发明内容
本专利提供了一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法及装置，用于解决现有技术无法满足多台机组组建孤网带部分电网负荷的运行，且无法有效区分内部故障和外部故障的技术问题。
有鉴于此，本专利第一方面提供了一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法，包括：
在目标片区电网与主网的联络处于分闸状态，且所述目标片区电网的频率处于异常状态的情况下，通过电网中的安稳装置生成FCB触发信号；
根据所述FCB触发信号促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，并将励磁调差系数调为零；
根据所述FCB触发信号促使电厂机组的调速系统将调速切换控制方式切换为转速有差闭环控制方式，同时根据当前机组负荷为所述转速有差闭环控制方式配置给定值。
可选的，所述控制方法还包括：
在所述目标片区电网中引入孤网运行下的FCB运行模式的发电机二次控制，所述发电机二次控制包括频率二次控制和电压二次控制。
可选的，所述在所述目标片区电网中引入孤网运行下的FCB运行模式的发电机二次控制，所述发电机二次控制包括频率二次控制和电压二次控制，包括：
当所述目标片区电网的频率偏差在预置频率偏差范围外时，根据所述FCB触发信号调整发电机机组的转速给定值，实现所述频率二次控制；
当所述目标片区电网的电压偏差在预置电压偏差范围外时，根据所述FCB触发信号调整发电机机组的励磁给定值，实现所述电压二次控制。
可选的，所述目标片区电网的频率处于异常状态的具体判断过程包括：
若所述目标片区电网的频率大于预置频率最大值，或者所述目标片区电网的频率小于预置频率最小值，则判断所述目标片区电网的频率处于异常状态。
可选的，所述根据所述FCB触发信号促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，并将励磁调差系数调为零，还包括：
若电厂机组为扩大单元接线模式，则将所述励磁调差系数调整为正调差。
本专利第二方面提供了一种适应孤网运行下FCB触发的控制装置，包括：
生成模块，用于在目标片区电网与主网的联络处于分闸状态，且所述目标片区电网的频率处于异常状态的情况下，通过电网中的安稳装置生成FCB触发信号；
励磁控制模块，用于根据所述FCB触发信号促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，并将励磁调差系数调为零；
调速控制模块，用于根据所述FCB触发信号促使电厂机组的调速系统将调速切换控制方式切换为转速有差闭环控制方式，同时根据当前机组负荷为所述转速有差闭环控制方式配置给定值。
可选的，还包括：
二次控制模块，用于在所述目标片区电网中引入孤网运行下的FCB运行模式的发电机二次控制，所述发电机二次控制包括频率二次控制和电压二次控制。
可选的，所述二次控制模块具体用于：
当所述目标片区电网的频率偏差在预置频率偏差范围外时，根据所述FCB触发信号调整发电机机组的转速给定值，实现所述频率二次控制；
当所述目标片区电网的电压偏差在预置电压偏差范围外时，根据所述FCB触发信号调整发电机机组的励磁给定值，实现所述电压二次控制。
可选的，所述目标片区电网的频率处于异常状态的具体判断过程包括：
若所述目标片区电网的频率大于预置频率最大值，或者所述目标片区电网的频率小于预置频率最小值，则判断所述目标片区电网的频率处于异常状态。
可选的，所述目标片区电网的频率处于异常状态的具体判断过程包括：
若所述目标片区电网的频率大于预置频率最大值，或者所述目标片区电网的频率小于预置频率最小值，则判断所述目标片区电网的频率处于异常状态。
从以上技术方案可以看出，本专利实施例具有以下优点：
本专利中，提供了一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法，包括：在目标片区电网与主网的联络处于分闸状态，且目标片区电网的频率处于异常状态的情况下，通过电网中的安稳装置生成FCB触发信号；根据FCB触发信号促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，并将励磁调差系数调为零；根据FCB触发信号促使电厂机组的调速系统将调速切换控制方式切换为转速有差闭环控制方式，同时根据当前机组负荷为转速有差闭环控制方式配置给定值。
本专利提供的一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法，FCB触发信号是由安稳装置产生的，不仅适用于多台机组组建孤网带电网负荷运行，而且能够真实反映电网故障而引发的机组FCB需求；然后通过FCB触发信号促使励磁系统和调速系统进行相应的控制模式切换，而有差控制方式可以解决无差调节造成无法满足多台组网运行的问题。因此，本专利能够解决现有技术无法满足多台机组组建孤网带部分电网负荷的运行，且无法有效区分内部故障和外部故障的技术问题。
附图说明
图1为本专利实施例提供的一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法的流程示意图；
图2为本专利实施例提供的一种适应孤网运行下FCB触发的控制装置的结构示意图；
图3为本专利实施例提供的安稳装置产生FCB触发信号逻辑示意图；
图4为本专利实施例提供的FCB触发信号对励磁和调速控制逻辑的调整逻辑示意图；
图5为本专利实施例提供的电厂机组的频率二次控制逻辑图；
图6为本专利实施例提供的电厂机组的电压二次控制逻辑图；
图7为本专利实施例提供的适应孤网运行下FCB触发的控制系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本专利方案，下面将结合本专利实施例中的附图，对本专利实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利保护的范围。
在现有技术中，采用发电机主变高压侧开关跳闸信号作为FCB触发信号，而发变组内部故障有可能会导致主变高压侧开关跳闸，而发变组内部故障跳主变高压侧开关时启动机组FCB已没有意义，用发电机主变高压侧开关跳闸信号作为FCB触发信号不能有效区分内部故障和外部故障，不能可靠反应外部电网故障触发机组FCB的要求。
另外，采用机组零功率信号作为FCB触发信号，需要将零功率切机装置动作于停机改为启动FCB信号。判断零功率故障的条件一般有：1)突变量启动：相电流突变量启动或功率突变量启动；2)事故前0.2s时的功率≥事故前功率定值；3)事故后的功率小于事故后功率定值；4)任两相电流小于投运电流定值(事故前功率定值的对应电流值)；5)持续时间大于故障判断延时定值(一般取0至20ms)，以上条件同时满足才判断零功率。由此可见机组零功率判据较多，需要设置的定值也较多，而如何设置恰当的定值来正确判断机组零功率也存在一定的难度。另外用机组零功率信号作为FCB触发信号也不能有效区分内部故障和外部故障，发变组内部故障、汽机、锅炉系统故障也会导致机组零功率动作，同样不能可靠反应外部电网故障触发机组FCB的要求。
因此，本专利提出一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法，采用安稳装置产生能够有效区分并反映内外故障的FCB触发信号，解决现有技术中FCB触发信号的选取不当带来的相关问题。
为了便于理解，请参阅图1，本专利提供的一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法的实施例一，包括：
步骤101、在目标片区电网与主网的联络处于分闸状态，且目标片区电网的频率处于异常状态的情况下，通过电网中的安稳装置生成FCB触发信号。
需要说明的是，目标片区电网与主网的联络处于分闸状态即为系统处于非连通状态，频率处于异常状态是指频率在一个预置的频率范围之外，在预置的频率范围内即为正常状态。同时满足以上两种状态的情况下就会触发安稳装置产生FCB触发信号。安稳装置也称作安全稳定控制装置，其产生的FCB触发信号能够更加真实的反映电网故障而引发机组FCB的需求。
进一步地，目标片区电网的频率处于异常状态的具体判断过程包括：
若目标片区电网的频率大于预置频率最大值，或者目标片区电网的频率小于预置频率最小值，则判断目标片区电网的频率处于异常状态。因此，FCB触发生成的逻辑请参阅图3，其中，fmin为预置频率最小值，fmax为预置频率最大值，在阈值比较过程中满足其中一个条件即为频率异常状态，同时如果电网与主网的联络开关处于分闸状态，就会触发安稳装置生成FCB触发信号，FCB触发信号生成后被发送至片区电网的所有电厂完成FCB指令执行。预置频率最大值和预置频率最小值根据实际情况设定，在此不作赘述。
步骤102、根据FCB触发信号促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，并将励磁调差系数调为零。
需要说明的是，请参阅图4，FCB触发信号具体的励磁调节作用过程为：在电厂机组并网开关处于合闸状态时，也就是机组处于正常工作状态时，如果励磁系统在正常运行，那么FCB触发信号就可以促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，然后将调差系数调为零，从而实现FCB触发对励磁系统的调节。电厂机组励磁系统控制发电机机组的无功功率和电压。
进一步地，还包括：
若电厂机组为扩大单元接线模式，则将励磁调差系数调整为正调差。这一操作是为了确保孤网内发电机机组之间合理的分配无功功率，稳定孤网的电压。
步骤103、根据FCB触发信号促使电厂机组的调速系统将调速切换控制方式切换为转速有差闭环控制方式，同时根据当前机组负荷为转速有差闭环控制方式配置给定值。
需要说明的是，如图4所示，FCB触发信号具体的转速调节作用过程为：在电厂机组并网开关处于合闸状态时，也就是机组处于正常工作状态时，如果调速系统在正常运行，那么FCB触发信号就可以促使电厂机组的调速系统将调速切换逻辑切换为转速有差闭环控制方式，然后根据机组当前负荷设定转速有差闭环控制的给定值nref，以确保主控制方式切换过程的平稳度，转速闭环设置为有差调节方式，退出转速闭环控制PID中的微分、积分环节，转速闭环控制中放大倍数根据机组自身的稳定性能确定每台发电机机组的转速偏差放大倍数，原则上要求每个电厂内所有的机组的转速偏差放大倍数一致，从而保证电厂内的机组共同分担片区电网解网后形成孤网的频率和有功功率偏差。
本专利实施例提供的一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法，FCB触发信号是由安稳装置产生的，不仅适用于多台机组组建孤网带电网负荷运行，而且能够真实反映电网故障而引发的机组FCB需求；然后通过FCB触发信号促使励磁系统和调速系统进行相应的控制模式切换，而有差控制方式也可以解决无差调节造成无法满足多台组网运行的问题。因此，本专利实施例能够解决现有技术无法满足多台机组组建孤网带部分电网负荷的运行，且无法有效区分内部故障和外部故障的技术问题。
作为更进一步地，控制方法还包括：
在目标片区电网中引入孤网运行下的FCB运行模式的发电机二次控制，发电机二次控制包括频率二次控制和电压二次控制。其具体过程为：当目标片区电网的频率偏差在预置频率偏差范围外时，根据FCB触发信号调整发电机机组的转速给定值，实现频率二次控制；当目标片区电网的电压偏差在预置电压偏差范围外时，根据FCB触发信号调整发电机机组的励磁给定值，实现电压二次控制。
需要说明的是，之所以需要进行二次控制是因为一旦片区电网进入孤网运行模式，那么孤网内的所有发电机机组就会进入频率、电压的一次自动控制模式，孤网内的负荷与电源不匹配时，一次控制就会产生偏差，为了控制孤网的频率、电压在额定值附近，需要引入孤网运行的FCB运行模式的发电机机组频率、电压的二次控制。请参阅图5和图6，分别包括了孤网内FCB模式运行机组的频率二次控制和电压二次控制过程；其中，Δfmin、Δfmax即为预置频率偏差范围；ΔUmax、ΔUmin即为预置电压偏差范围。可以发现，根据不同的偏差范围情况，调节给定值的方式不同，在频率二次控制过程中，当片区电网频率偏差超过Δfmax时，是通过减小机组转速给定值nref达到调整目的，当片区电网频率偏差小于Δfmin时，是通过增加机组转速给定值nref达到调整目的；当片区电网电压偏差超过ΔUmax时，通过减小机组励磁给定值Uref达到调整目的，当片区电网电压偏差小于ΔUmin时，通过增加机组励磁给定值Uref达到调整目的。
可以理解的是，如果以系统的形式执行上述适应孤网运行下FCB触发的控制方法，该系统主要包括安稳装置、电厂机组和调度机构，其中，安稳装置用于产生孤网运行的FCB触发信号，FCB触发信号能真实反映电网故障而引发机组FCB的需求；电厂机组用于执行孤网运行的FCB指令，调整电厂机组的励磁和调速两大控制系统的控制逻辑；调度机构用于对孤网的频率和电压进行二次控制调整，保证孤网的稳定运行，具体结构关系请参阅图7。本实施例中控制方法不仅可以实现单台机组FCB后带孤网运行，减少电网的负荷损失，还可以实现多台机组FCB后带孤网运行，提高电网应对自然灾害的能力；而且，还能满足多个孤网快速组建大电网，更加有利于电网的灾后恢复，具有较强的实际应用意义。
为了便于理解，请参阅图2，本专利提供了一种适应孤网运行下FCB触发的控制装置的实施例，包括：
生成模块201，用于在目标片区电网与主网的联络处于分闸状态，且目标片区电网的频率处于异常状态的情况下，通过电网中的安稳装置生成FCB触发信号；
励磁控制模块202，用于根据FCB触发信号促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，并将励磁调差系数调为零；
调速控制模块203，用于根据FCB触发信号促使电厂机组的调速系统将调速切换控制方式切换为转速有差闭环控制方式，同时根据当前机组负荷为转速有差闭环控制方式配置给定值。
进一步地，还包括：
二次控制模块204，用于在目标片区电网中引入孤网运行下的FCB运行模式的发电机二次控制，发电机二次控制包括频率二次控制和电压二次控制。
进一步地，二次控制模块204具体用于：
当目标片区电网的频率偏差在预置频率偏差范围外时，根据FCB触发信号调整发电机机组的转速给定值，实现频率二次控制；
当目标片区电网的电压偏差在预置电压偏差范围外时，根据FCB触发信号调整发电机机组的励磁给定值，实现电压二次控制。
进一步地，目标片区电网的频率处于异常状态的具体判断过程包括：
若目标片区电网的频率大于预置频率最大值，或者目标片区电网的频率小于预置频率最小值，则判断目标片区电网的频率处于异常状态。
进一步地，还包括：
励磁调整模块205，用于若电厂机组为扩大单元接线模式，则将励磁调差系数调整为正调差。
在本专利所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
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单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本专利各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本专利的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本专利各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-OnlyMemory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本专利的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本专利进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本专利各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法，其特征在于，包括：
在目标片区电网与主网的联络处于分闸状态，且所述目标片区电网的频率处于异常状态的情况下，通过电网中的安稳装置生成FCB触发信号；
根据所述FCB触发信号促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，并将励磁调差系数调为零；
根据所述FCB触发信号促使电厂机组的调速系统将调速切换控制方式切换为转速有差闭环控制方式，同时根据当前机组负荷为所述转速有差闭环控制方式配置给定值，所述转速有差闭环控制方式中所述电厂所有机组的转速偏差放大倍数相同。
2.根据权利要求1所述的一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：
在所述目标片区电网中引入孤网运行下的FCB运行模式的发电机二次控制，所述发电机二次控制包括频率二次控制和电压二次控制。
3.根据权利要求2所述的一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法，其特征在于，所述在所述目标片区电网中引入孤网运行下的FCB运行模式的发电机二次控制，所述发电机二次控制包括频率二次控制和电压二次控制，包括：
当所述目标片区电网的频率偏差在预置频率偏差范围外时，根据所述FCB触发信号调整发电机机组的转速给定值，实现所述频率二次控制；
当所述目标片区电网的电压偏差在预置电压偏差范围外时，根据所述FCB触发信号调整发电机机组的励磁给定值，实现所述电压二次控制。
4.根据权利要求1所述的一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法，其特征在于，所述目标片区电网的频率处于异常状态的具体判断过程包括：
若所述目标片区电网的频率大于预置频率最大值，或者所述目标片区电网的频率小于预置频率最小值，则判断所述目标片区电网的频率处于异常状态。
5.根据权利要求1所述的一种适应孤网运行下FCB触发的控制方法，其特征在于，所述根据所述FCB触发信号促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，并将励磁调差系数调为零，还包括：
若电厂机组为扩大单元接线模式，则将所述励磁调差系数调整为正调差。
6.一种适应孤网运行下FCB触发的控制装置，其特征在于，包括：
生成模块，用于在目标片区电网与主网的联络处于分闸状态，且所述目标片区电网的频率处于异常状态的情况下，通过电网中的安稳装置生成FCB触发信号；
励磁控制模块，用于根据所述FCB触发信号促使电厂机组的励磁系统将励磁控制方式切换为恒电压控制方式，并将励磁调差系数调为零；
调速控制模块，用于根据所述FCB触发信号促使电厂机组的调速系统将调速切换控制方式切换为转速有差闭环控制方式，同时根据当前机组负荷为所述转速有差闭环控制方式配置给定值，所述转速有差闭环控制方式中所述电厂所有机组的转速偏差放大倍数相同。
7.根据权利要求6所述的适应孤网运行下FCB触发的控制装置，其特征在于，还包括：
二次控制模块，用于在所述目标片区电网中引入孤网运行下的FCB运行模式的发电机二次控制，所述发电机二次控制包括频率二次控制和电压二次控制。
8.根据权利要求7所述的适应孤网运行下FCB触发的控制装置，其特征在于，所述二次控制模块具体用于：
当所述目标片区电网的频率偏差在预置频率偏差范围外时，根据所述FCB触发信号调整发电机机组的转速给定值，实现所述频率二次控制；
当所述目标片区电网的电压偏差在预置电压偏差范围外时，根据所述FCB触发信号调整发电机机组的励磁给定值，实现所述电压二次控制。
9.根据权利要求6所述的适应孤网运行下FCB触发的控制装置，其特征在于，所述目标片区电网的频率处于异常状态的具体判断过程包括：
若所述目标片区电网的频率大于预置频率最大值，或者所述目标片区电网的频率小于预置频率最小值，则判断所述目标片区电网的频率处于异常状态。
10.根据权利要求6所述的适应孤网运行下FCB触发的控制装置，其特征在于，还包括：
励磁调整模块，用于若电厂机组为扩大单元接线模式，则将所述励磁调差系数调整为正调差。
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