CN112531769A - 一种火力发电厂一次调频控制方法 - Google Patents

一种火力发电厂一次调频控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种火力发电厂一次调频控制方法，电调系统采集到的转速信号与3000r/min的差值通过“频差‑负荷”函数转换成功率偏差，功率偏差经过积分器后输出实际功率偏差，与此同时，发电机的实际功率经过积分器后输出实际功率偏差，二者相减，再与经函数转换输出的功率偏差求和，此结果再经平滑算法、负荷限制、以及切除条件判断后输出最终一次调频指令。采用本发明，解决原有通用的开环算法控制导致不能满足电网一次调频需求问题。

Description

一种火力发电厂一次调频控制方法
技术领域
本发明涉及火力发电厂热工自动化控制领域，尤其涉及一种火力发电厂一次调频控制方法。
背景技术
目前，火力发电厂通用的一次调频算法是采用电网频率偏差(或汽轮机与额定转速3000rpm偏差)加带死区的线性函数算出一次调频理论调节值，一次调频理论调节值直接送给机组协调系统(CCS)系统与汽机液压调节系统(DEH)并分别与两者指令相加，共同实现功率控制的。机组在并网工况下运行，当电网频率偏离额定值时，一次调频理论调节值直接叠加在汽机液压调节系统指令上，直接快速改变调门控制油压，自动控制机组有功功率的增加(频率下降时)或减少(频率升高时)，同时，一次调频理论调节值叠加在机组协调系统CCS改变机组目标功率设定值，从而使目标指令与DEH系统一致并增加或减少燃料以满足对电网一次调频的要求。
然而现有的方案中存在的主要缺点有：
1、一次调频控制算法是简单的纯开环控制，由于受到汽轮机阀门非线性、控制系统的迟延、当前汽轮机主蒸汽温度、当前汽轮机主蒸汽压力变化等的影响，实际发电机功率变化无法按照理论值变化，可能出现在一个一次调频调节过程中增加或减少的功率不够甚至反向，导致一次调频不合格。
2、由于一次调频动作时经常出现频率的快速波动，从而导致汽机调节阀门高速高频大幅波动，而这对调门本身和汽轮机是一种伤害。同时，由于控制系统延迟的存在，这种波动还容易引发发电机功率震荡。功率震荡对电网造成冲击，电厂也会功率震荡受考核。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种火力发电厂一次调频控制方法。可改善一次调频的调节性能，使其既符合电网要求，又减少对电厂设备损害。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种火力发电厂一次调频控制方法，包括以下步骤：
S1：当电网实际频率与额定频率偏差超过门槛值时启动，在频率偏差小于门槛值时结束；
S2：将电网频率偏差按转换函数转为一次调频负荷偏差，并与设定值经积分运算，输出从一次调频起动后需调整的理论积分电量；
S3：将发电机实际功率的瞬时值作为设定值，与发电机的实际功率的偏差进行积分运算，计算后输出发电机的实际调频积分电量；
S4：将所述理论积分电量减去所述实际调频积分电量，所得偏差与所述一次调频负荷偏差直接相加输出为经积分校正后的一次调频指令；
S5：所述一次调频指令经平滑算法后与原指令比较，当调节方向与电网需求一致时大者优先；
S6：对S5的输出进行功率限制。
进一步地，所述步骤S6的功率限制步骤包括：加负荷时最大值由机组所允许最高运行出力值减去现时发电机实际功率，加负荷时最小值由机组最小允许出力值减去机组现时发电机实际功率。
更进一步地，所述步骤S2的转换函数为：
Figure BDA0002788419460000021
其中，x为转速差；y为一次调频负荷。
更进一步地，所述步骤S2与设定值经积分运算的输出公式为：
Figure BDA0002788419460000031
其中，u(t)为控制输出；Kp为比例增益系数；Ki为积分增益系数，等于积分时间的倒数；Kd为微分增益系数；e为误差；t为目前时间。
更进一步地，还包括对以下工况进行积分回路切除：
①当机组发电机实际功率高于机组所允许最高运行出力值或低于机组最小允许出力值时；②当发电机转速大于3050r/min或小于2950r/min；③转速或者功率传感器故障；④发电机变压器组断路器断开；⑤一次调频功能未投。
实施本发明实施例，与传统的火力发电厂的一次调频算法相比，本发明提出的算法增加了实际调频积分电量和理论积分电量偏差校正回路，使得输出的一次调频指令更准确，避免调节过程中增加或减少的功率不够和反向问题；增加指令平滑出力回路，使得一次调频动作更迅速，并且阀门波动幅度及频率减小；增加负荷限制回路，使得一次调频调节功能更有效，可将调节功能稳定在机组所允许的运行出力之内；增加了一次调频功能的切除条件，使得一次调频功能的投入更加合理，避免危险工况的发生，确保电网稳定。
附图说明
图1是一次调频控制算法流程图；
图2是一次调频理论调节值输出部分的示意图；
图3是一次调频积分校正回路的示意图；；
图4是平滑算法的示意图；
图5是负荷限制回路的的示意图；
图6是本发明的整体方法示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
为了解决现有的方法的不足，本发明实施例总体而言通过以下方法实现，如图1所示，电调系统采集到的转速信号与3000r/min的差值通过“频差-负荷”函数转换成功率偏差，功率偏差经过积分器后输出实际功率偏差，与此同时，发电机的实际功率经过积分器后输出实际功率偏差，二者相减，再与经函数转换输出的功率偏差求和，此结果再经平滑算法、负荷限制、以及切除条件判断后输出最终一次调频指令，算法的具体实现分为五个步骤，技术实现方案见下详述。
1)本发明的方法中不改变原来传统算法中“电网频率偏差(或汽轮机转速偏差)加带死区(死区大小为汽轮机转速2rpm或0.033Hz，即一次调频启动的转速差或频差)的线性函数算出一次调频理论调节值”部分，具体说明：如图2中所示，电调系统采集的三支转速信号经过三取中算法块(三支信号进行比较后输出中间值)后与3000r/min相减，所得转速差经过“频差-负荷”函数(转换函数)转换后输出一次调频理论调节值，即一次调频负荷偏差。此部分可保证一次调频动作的快速性。
上述转换函数为：
Figure BDA0002788419460000041
其中，x为转速差；y为一次调频负荷；转速不等率为5％，调频死区为2r/min。
2)当电网实际频率与额定频率(50Hz)偏差超过门槛值0.033Hz(或汽机转速2rpm)时起动，在频率偏差小于门槛值时结束。启动时，电网频率偏差(或汽轮机与额定转速3000rpm偏差)，按“频差-负荷”函数(转换函数)转换成一次调频负荷偏差，即一次调频负荷。该一次调频负荷与设定值0经积分运算(由控制系统的PID算法实现，积分时间根据电网规则调整和实际控制系统调节速度调整，默认为20秒，PID比例增益系数为0，微分时间系数为0，积分公式如式2所示)计算后，输出从一次调频起动后需增加(或减少)的理论积分电量；另将发电机实际功率的瞬时值(一次调频启动时由锁定回路实现)作为设定值，与发电机的实际功率的偏差进行积分(由控制系统的PID算法实现，PID参数设置与一次调频负荷与设定值0积分运算PID相同)运算，计算后输出发电机实际调频积分电量。理论积分电量减去实际发电机调频积分电量，所得偏差与传统算法中一次调频理论调节值直接相加输出，此输出即为经积分校正后的一次调频指令，该回路即为一次调频算法中实际调频积分电量和理论积分电量偏差校正回路。如图3所示。
上述中，与设定值经积分运算的输出公式为
Figure BDA0002788419460000051
其中，u(t)为控制输出；Kp为比例增益系数；Ki为积分增益系数，等于积分时间的倒数；Kd为微分增益系数；e为误差；t为目前时间。
3)经积分校正的一次调频指令经平滑算法(平滑算法采用控制系统原有的平滑算法块或惯性算法模块一般为一个时段内数值取平均，平滑算法默认为2秒)，为防止一次调频动作滞后，增加平滑算法与原指令比较，当调节方向与电网需求一致时大者优先。其回路实现如图4所示。
4)对平滑算法的输出进行功率限制，加负荷时最大值由机组所允许最高运行出力值减去现时发电机实际功率，加负荷时最小值由机组最小允许出力值减去机组现时发电机实际功率，其回路实现如图5所示。功率限制后可避免因平滑算法的输出指令叠加在协调控制系统CCS后可能超出机组所允许的稳定运行出力现象。
经过以上4个步骤后生成最终一次调频指令，一次调频指令同时送机组的协调控制系统和电液调节系统。
5)为防止危险工况，增加在某些工况下积分回路切除。①当机组发电机实际功率高于机组所允许最高运行出力值或低于机组最小允许出力值时；②当发电机转速大于3050r/min或小于2950r/min；③转速或者功率传感器故障；④发电机变压器组断路器断开；⑤一次调频功能未投。满足任一条件，一次调频功能切除。并且为保证机组稳定，二次调频AGC在变负荷期间一次调频积分校正回路切除。如图6中虚线部分所示。
本发明相对于现有的方法主要的技术差别为：
1)在一次调频算法中采用实际调频积分电量和理论积分电量偏差对一次调频指令进行校正。
新算法中不改变原来传统算法中“电网频率偏差(或汽轮机转速偏差)加带死区(死区大小为汽轮机转速2rpm或0.033Hz，即一次调频启动的转速差或频差)的线性函数算出一次调频理论调节值”部分，与此同时增加了实际调频积分电量和理论积分电量偏差校正回路(具体说明见技术方案)，计算所得结果与传统算法中一次调频理论调节值叠加输出，构成经积分校正的一次调频指令。机组协调系统(CCS)系统与汽机液压调节系统(DEH)的功率控制计算是以经积分校正的一次调频指令为基础的而不是单纯的传统算法中的一次调频理论调节值。
传统的一次调频控制算法是简单的纯开环控制，新算法中将理论积分电量与实际发电机调频积分电量做比较，其偏差与传统算法中一次调频理论调节值叠加输出，这样可对实际发电机功率变化是否与理论值变化保持一致进行判断，避免出现一次调频调节过程中增加或减少的功率不够和反向问题。
2)在一次调频算法中采用平滑算法。
经积分校正的一次调频指令输出值经平滑算法(平滑算法采用控制系统原有的平滑算法块或惯性算法模块一般为一个时段内数值取平均，平滑算法默认为2秒)，为防止一次调频动作滞后，增加平滑算法与原指令比较调节方向与电网需求一致时大者优先，此比较结果经负荷限制后直接叠加在DEH系统中汽机液压调节系统指令上，直接快速改变调门控制油压，可使得机组有功功率的增加或减少可快速达到目标值，并且阀门的返回速度减缓，阀门的波动幅度减弱。同时，该比较结果叠加在机组协调系统CCS改变机组目标功率设定值，从而使目标指令与DEH系统一致并增加或减少燃料以满足对电网一次调频的要求。
而传统的算法中直接将经“频差-负荷”函数计算结果直接叠加在DEH系统中的汽机液压调节系统指令上，以及CCS系统中的目标功率设定值上，一旦频率波动较大，会导致汽机调节阀门高速高频大幅波动，甚至引发发电机功率震荡。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种火力发电厂一次调频控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：当电网实际频率与额定频率偏差超过门槛值时启动，在频率偏差小于门槛值时结束；
S2：将电网频率偏差按转换函数转为一次调频负荷偏差，并与设定值经积分运算，输出从一次调频起动后需调整的理论积分电量；
S3：将发电机实际功率的瞬时值作为设定值，与发电机的实际功率的偏差进行积分运算，计算后输出发电机的实际调频积分电量；
S4：将所述理论积分电量减去所述实际调频积分电量，所得偏差与所述一次调频负荷偏差直接相加输出为经积分校正后的一次调频指令；
S5：所述一次调频指令经平滑算法后与原指令比较，当调节方向与电网需求一致时大者优先；
S6：对S5的输出进行功率限制。
2.根据权利要求1所述的火力发电厂一次调频控制方法，其特征在于，所述步骤S6的功率限制步骤包括：加负荷时最大值由机组所允许最高运行出力值减去现时发电机实际功率，加负荷时最小值由机组最小允许出力值减去机组现时发电机实际功率。
3.根据权利要求1所述的火力发电厂一次调频控制方法，其特征在于，所述步骤S2的转换函数为：
Figure FDA0002788419450000011
其中，x为转速差；y为一次调频负荷。
4.根据权利要求3所述的火力发电厂一次调频控制方法，其特征在于，所述步骤S2与设定值经积分运算的输出公式为：
Figure FDA0002788419450000021
其中，u(t)为控制输出；Kp为比例增益系数；Ki为积分增益系数，等于积分时间的倒数；Kd为微分增益系数；e为误差；t为目前时间。
5.根据权利要求1-4任一项所述的火力发电厂一次调频控制方法，其特征在于，还包括对以下工况进行积分回路切除：
①当机组发电机实际功率高于机组所允许最高运行出力值或低于机组最小允许出力值时；②当发电机转速大于3050r/min或小于2950r/min；③转速或者功率传感器故障；④发电机变压器组断路器断开；⑤一次调频功能未投。
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