CN112865134A - 电网频率一次调频控制系统 - Google Patents

Abstract

本说明书实施例公开了一种电网频率一次调频控制系统，包括协调控制系统，所述协调控制系统包括第一加法器、闭锁装置和第一控制器，第一加法器接收汽轮机转速信号，并计算所述汽轮机转速信号对应的实时电网频率与目标电网频率之间的频率差值，以输出一次调频负荷指令；述闭锁装置接收所述一次调频负荷指令，用于在自动发电控制负荷指令与所述一次调频负荷指令反向变化时，闭锁所述自动发电控制负荷指令；第一控制器与闭锁装置连接，用于根据自动发电控制负荷指令和一次调频负荷指令对实时电网频率进行第一协调控制。本说明书实施例可以在提高一次调频的响应速度，提升电网的安全可靠性。

Description

电网频率一次调频控制系统

技术领域

本说明书涉及汽轮机组安全运行领域，尤其涉及一种电网频率一次调频控制系统。

背景技术

近年来，随着电网容量的增加，新能源对燃煤发电的冲击，智能电网的技术革新，电网对电源侧的发电品质和电力系统安全保障也提出了更高的要求，其中包括对燃煤机组一次调频性能提出了新的要求。

如图1所示，传统的一次调频控制程序在协调控制系统(Coordinated ControlSystem,CCS)及数字电液控制系统(Digital Electro-Hydraulic Control System，DEH)内各有一套转速对应一次调频函数(图1中②和⑦)，在接收到汽轮机转速信号后，输入对应的加法器(图1中①和⑥)，计算与基准转速对应的转速与网频偏差。并根据转速不等率，输出修正系数为K1的一次调频指令(图1中③和⑧)，然后与通过人工设定的机组给定负荷对应的负荷指令输入到加法器(图1中④)进行叠加，然后送至CCS控制器(图1中⑤)。CCS控制器将叠加的负荷与一次调频指令K2输入到加法器(图1中

)进行叠加，然后输出至汽轮机调节阀。DEH系统中将对应的一次调频指令(图1中⑥)与通过DEH人工设定的机组给定负荷对应的负荷指令输入第四加法器(图1中⑨)进行叠加，然后送至DEH功率控制器进行比例积分微分PID运算(图1中⑩)，最终输出至汽轮机调节阀。根据综合阀位指令，选择控制方式以执行去电液调节。

传统的一次调频控制程序只有基本对应的一次调频动作量，虽然已有的电源侧一次调频程序可以执行电网所要求的任务，但是实际调频过程中由于网频波动的快速性，因而使得电源侧调节往往滞后于实际电网频率波动，导致一次调频安全性较差，反应在实际一次调频达标测试时，一次调频对于小频差扰动无反应，对于大频差扰动又有可能调节过量。因此，降低了电网的安全可靠性。

发明内容

本说明书实施例提供一种电网频率一次调频控制系统，以解决现有电网频率一次调频导致的电网安全可靠性低的问题。

为了解决上述技术问题，本说明书是这样实现的：

第一方面，本说明书实施例提供了一种电网频率一次调频控制系统，包括协调控制系统，所述协调控制系统包括第一加法器、闭锁装置和第一控制器，

所述第一加法器，接收汽轮机转速信号，并计算所述汽轮机转速信号对应的实时电网频率与目标电网频率之间的频率差值，以输出一次调频负荷指令；

所述闭锁装置，接收所述一次调频负荷指令，用于在自动发电控制负荷指令与所述一次调频负荷指令反向变化时，闭锁所述自动发电控制负荷指令；

第一控制器，与所述闭锁装置连接，用于根据所述自动发电控制负荷指令和所述一次调频负荷指令对所述实时电网频率进行第一协调控制。

可选的，该系统还包括：

第二加法器，连接在所述闭锁装置与所述第一控制器之间，用于接收所述一次调频负荷指令和所述自动发电控制负荷指令，并计算所述第一调频负荷指令与所述自动发电控制负荷指令之和；

所述第一控制器，根据所述第一调频负荷指令与所述自动发电控制负荷指令之和，进行所述第一协调控制。

可选的，该系统还包括频差补偿装置和第三加法器，

所述频差补偿装置与所述第一加法器的输出端连接，用于计算所述频率差值对应的一次调频补偿值；

所述第三加法器，包括与所述频差补偿装置的输出端连接的第一输入端、与所述闭锁装置的输出端连接的第二输入端以及与所述第二加法器的输入端连接的输出端。

可选的，所述频差补偿装置接收所述频率差值，并根据所述频率差值计算电网频率在超出一次调频死区后的频差扰动对应的一次调频补偿值。

可选的，所述第一输入端用于接收所述一次调频补偿值，所述第二输入端用于接收所述一次调频负荷指令，所述输出端用于将所述一次调频补偿值与所述一次调频负荷指令之和作为所述一次调频负荷指令，输出至所述第二加法器。

可选的，该系统还包括数字电液控制系统，所述数字电液控制系统包括第二控制器，

所述频差补偿装置还与所述第二控制器的输入端连接，用于输出所述一次调频补偿值至所述第二控制器；

所述第二控制器，与所述频差补偿装置的输出端连接，用于根据所述一次调频补偿值对所述实时电网频率进行第二协调控制。

可选的，所述第二控制器根据所述一次调频补偿值以及所述第一调频负荷指令与所述自动发电控制负荷指令之和进行所述第二协调控制。

可选的，该系统还包括调频抑制装置和第五加法器，

所述第五加法器，连接在所述第二加法器的输出端与所述第一控制器的输入端之间；

所述调频抑制装置，连接在所述第一加法器的输出端与所述第五加法器的输入端之间，用于对所述实时电网频率进行调频抑制限制。

可选的，所述调频抑制装置根据所述频率差值计算所述一次调频动作的反向速率，以进行所述调频抑制限制。

可选的，所述第一协调控制为协调控制系统的汽轮机调节阀控制，所述第二协调控制为数字电液控制系统的汽轮机调节阀控制。

本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：通过在传统一次调频控制中增加闭锁装置，接收根据汽轮机转速信号对应的实时电网频率与目标电网频率之间的频率差值得到一次调频负荷指令，并在自动发电控制负荷指令与一次调频负荷指令反向变化时，闭锁自动发电控制负荷指令，保证一次调频动作优先，优先输出一次调频指令。由此提高电网频率的一次调频的调控精度，提升一次调频的响应速度，进而提升电网的安全可靠性和发电品质。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。在附图中：

图1为现有的电网频率一次调频控制系统的电路结构示意图。

图2为本说明书实施例的电网频率一次调频控制系统的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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，都属于本说明书保护的范围。

以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。

参考图2，图2为本说明书实施例的电网频率一次调频控制系统的电路结构示意图。

一次调频是指电网的频率一旦偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程。

如图2所示，电网频率一次调频控制系统包括协调控制系统1，协调控制系统1包括第一加法器12、闭锁装置14和第一控制器，即CCS控制器26。

第一加法器12接收汽轮机转速信号，并计算汽轮机转速信号对应的实时电网频率与目标电网频率之间的频率差值，以输出一次调频负荷指令。

实时电网频率与汽轮机转速对应，通过转速不等率折算得到，目标电网频率折算得到图2所示的转速基准。即，汽轮机转速信号与转速基准通过第一加法器12得到的转速偏差，通过折算可以对应的电网频率偏差。转速偏差输入到协调控制系统1内设置的一次调频函数装置20，从而可以得到转速偏差对应的、修正系数为K1的一次调频指令22。

闭锁装置14接收一次调频负荷指令22，用于在自动发电控制(AGC，AutomaticGain Control)负荷指令与一次调频负荷指令22反向变化时，闭锁自动发电控制负荷指令。

AGC负荷指令在机组自动状态下是一直存在的，其变化是在原有基础上增加或减少。AGC负荷指令由例如电网调度中心的上一级发出，到本地汽轮机组后转化为机组负荷给定指令，是电厂接收的最高一级指令。

当一次调频指令22发出时，如果AGC负荷指令存在变化，且变化和一次调频负荷指令22同向，即同为增加或者同为减少，则闭锁装置14此时不闭锁；当一次调频负荷指令22发出时，如果AGC指令存在变化，且变化和一次调频负荷指令22反向，例如一次调频负荷指令增加，AGC负荷指令减少，或者一次调频负荷指令减少，AGC负荷指令增加，此时闭锁装置14才闭锁，即保持原有AGC负荷指令基础不变，后续的反向AGC负荷指令不发出，并保证一次调频负荷指令22发出。

如此，可以保证一次调频负荷指令22的动作正确，积分电量符合要求，不因AGC负荷指令的反向动作带来机组负荷变化，不被电网考核。

第一控制器26与闭锁装置14连接，用于根据AGC负荷指令和一次调频负荷指令22对汽轮机转速信号对应的实时电网频率进行第一协调控制。这里，第一协调控制为协调控制系统的汽轮机调节阀控制。

如图2所示，电网频率一次调频控制系统还包括第二加法器16，第二加法器16连接在闭锁装置14与CCS控制器26之间，用于接收一次调频负荷指令22和自动发电控制负荷指令，并计算第一调频负荷指令22与自动发电控制负荷指令之和。CCS控制器则根据第一调频负荷指令22与自动发电控制负荷指令之和，进行第一协调控制。

如果一次调频负荷指令22发出，如果AGC负荷指令没有变化，则第二加法器16在原有AGC负荷指令基础上叠加一次调频负荷指令22。如果AGC负荷指令存在变化，且变化和一次调频负荷指令22同向，闭锁装置14不闭锁AGC负荷指令，则第二加法器16在AGC负荷指令变化的基础上叠加一次调频负荷指令22；如果AGC负荷指令存在变化，且变化和一次调频负荷指令22反向，闭锁装置14闭锁AGC负荷指令，则第二加法器16在原有AGC负荷指令基础上叠加一次调频负荷指令22。

一旦机组并网，汽轮机转速就跟着电网频率实时变化，转速基准为3000rpm(50HZ)，调频就是调节电网频率向目标值50HZ靠近，根据实时转速信号对应的电网频率和基准电网频率对应的网频偏差，并结合AGC负荷指令，进行电网频率一次调频。

如图2所示，电网频率一次调频控制系统还包括频差补偿装置28和第三加法器24。频差补偿装置28与第一加法器12的输出端连接，用于计算频率差值对应的一次调频补偿值。第三加法器24包括与频差补偿装置28的输出端连接的第一输入端、与闭锁装置14的输出端连接的第二输入端以及与第二加法器16的输入端连接的输出端。

频差补偿装置28接收第一加法器12输出的频率差值，并根据频率差值计算电网频率在超出一次调频死区后的频差扰动对应的一次调频补偿值。

第三加法器24的第一输入端用于接收频差补偿装置28输出的一次调频补偿值，第三加法器24的第二输入端用于接收一次调频负荷指令22，第三加法器24的输出端用于将一次调频补偿值与一次调频负荷指令22之和作为一次调频负荷指令，并输出至第二加法器16。

电网频率一次调频控制系统还包括数字电液控制系统2，数字电液控制系统2包括第二控制器，即图示的DEH控制器40。频差补偿装置28还与DEH控制器40的输入端连接，用于输出一次调频补偿值至DEH控制器40。

DEH控制器40与频差补偿装置28的输出端连接，用于根据频差补偿装置28输出的一次调频补偿值对实时电网频率进行第二协调控制。这里，第二协调控制为数字电液控制系统的汽轮机调节阀控制。

当一次调频动作时，通过计算电网频率在突破死区后的1rpm范围内的小频差扰动，通过频差补偿装置28设计专门的一次调频补偿值送至CCS控制系统1中，与CCS控制系统1的负荷指令叠加，保证发电机组在小于3rpm的小频差扰动时的一次调频动作合格率。

同时，输出一次调频补偿值至DEH系统2中，作为前馈的一次调频补偿指令快速动作汽轮机调节阀，保证一次调频负荷指令的快速响应。

利用高精度小量程转速信号精确测量发电侧转速信号微动作，拟合电网侧频率。并将该信号转化为调节负荷直接附加入负荷调节对性的汽轮机进汽调门上，高精度快速调节预估后的电网波动。达到提前响应的目的。

数字电液控制系统2内也设置有一套转速对应的一次调频函数装置32，在接收到汽轮机转速信号后，输入对应的加法器30，计算汽轮机转速信号与转速基准对应的转速偏差，以获得对应的电网频率偏差。然后，一次调频函数装置32根据转速不等率，输出修正系数为K1的一次调频负荷指令34，然后与通过人工设定的机组给定负荷对应的负荷指令输入到加法器36进行叠加，然后送至DEH控制器40，由DEH控制器40输出控制指令到控制方式选择器42中。

此外，一次调频函数装置32根据转速不等率，输出修正系数为K2的一次调频负荷指令35，并输入到加法器38中，与CCS控制器26输出的控制指令进行叠加，加法器38的输出信号进一步输入到控制方式选择器42中。

控制方式选择器42根据接收的CCS控制器38和DEH控制器40发送的控制信号，最终输出至汽轮机调节阀，以对汽轮机阀门进行相应的控制。对于CCS控制方式，输出综合阀位指令；对于DEH控制方法，输出去电液调节指令。

可选的，电网频率一次调频控制系统还包括调频抑制装置28和第五加法器18。第五加法器18连接在第二加法器16的输出端与CCS控制器26的输入端之间。调频抑制装置28连接在第一加法器12的输出端与第五加法器18的输入端之间，用于对实时电网频率进行调频抑制限制。调频抑制装置28根据第一加法器12输出的电网频率差值计算一次调频动作的反向速率，以进行调频抑制限制。

一次调频是对电网侧的单项网频波动的调节程序，频率回调若快速响应，会对电网频率造成二次干扰，有必要综合考虑当前网频与负荷，对于回调的负荷量加以一定的速率限制，防止调频动作快速回调引起电网频率振荡。本申请通过在现有一次调频指令动作后，增加一次调频动作指令前馈，同时优化一次调频函数，设计新增调频动作反向速率限制功能，可以保证一次调频动作方向正确，加快调节速率，抑制转速波动时非一次调频动作方向上的调节作用。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电网频率一次调频控制系统，其特征在于，包括协调控制系统，所述协调控制系统包括第一加法器、闭锁装置和第一控制器，

所述第一加法器，接收汽轮机转速信号，并计算所述汽轮机转速信号对应的实时电网频率与目标电网频率之间的频率差值，以输出一次调频负荷指令；

所述闭锁装置，接收所述一次调频负荷指令，用于在自动发电控制负荷指令与所述一次调频负荷指令反向变化时，闭锁所述自动发电控制负荷指令；

第一控制器，与所述闭锁装置连接，用于根据所述自动发电控制负荷指令和所述一次调频负荷指令对所述实时电网频率进行第一协调控制。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

第二加法器，连接在所述闭锁装置与所述第一控制器之间，用于接收所述一次调频负荷指令和所述自动发电控制负荷指令，并计算所述第一调频负荷指令与所述自动发电控制负荷指令之和；

所述第一控制器，根据所述第一调频负荷指令与所述自动发电控制负荷指令之和，进行所述第一协调控制。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括频差补偿装置和第三加法器，

所述频差补偿装置与所述第一加法器的输出端连接，用于计算所述频率差值对应的一次调频补偿值；

所述第三加法器，包括与所述频差补偿装置的输出端连接的第一输入端、与所述闭锁装置的输出端连接的第二输入端以及与所述第二加法器的输入端连接的输出端。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述频差补偿装置接收所述频率差值，并根据所述频率差值计算电网频率在超出一次调频死区后的频差扰动对应的一次调频补偿值。

5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一输入端用于接收所述一次调频补偿值，所述第二输入端用于接收所述一次调频负荷指令，所述输出端用于将所述一次调频补偿值与所述一次调频负荷指令之和作为所述一次调频负荷指令，输出至所述第二加法器。

6.如权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括数字电液控制系统，所述数字电液控制系统包括第二控制器，

所述频差补偿装置还与所述第二控制器的输入端连接，用于输出所述一次调频补偿值至所述第二控制器；

所述第二控制器，与所述频差补偿装置的输出端连接，用于根据所述一次调频补偿值对所述实时电网频率进行第二协调控制。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二控制器根据所述一次调频补偿值以及所述第一调频负荷指令与所述自动发电控制负荷指令之和进行所述第二协调控制。

8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括调频抑制装置和第五加法器，

所述第五加法器，连接在所述第二加法器的输出端与所述第一控制器的输入端之间；

所述调频抑制装置，连接在所述第一加法器的输出端与所述第五加法器的输入端之间，用于对所述实时电网频率进行调频抑制限制。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述调频抑制装置根据所述频率差值计算所述一次调频动作的反向速率，以进行所述调频抑制限制。

10.如权利要求1至9中任一项所述的系统，其特征在于，所述第一协调控制为协调控制系统的汽轮机调节阀控制，所述第二协调控制为数字电液控制系统的汽轮机调节阀控制。

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