CN112925193A - 一种多模式切换的水电机组调速系统控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种多模式切换的水电机组调速系统控制方法及系统。其中，该方法包括：根据预先采集的电网参数，确定机组频率ω以及大网频率ω0；根据所述机组频率ω以及所述大网频率ω0，确定切换条件；根据并网运行方式，选择开度模式、功率模式或者孤网模式；当满足所述切换条件时，将所述开度模式或者所述功率模式切换为所述孤网模式。
Description
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域，特别是涉及一种多模式切换的水电机组调速系统控制方法及系统。
背景技术
随着区域互联电网的形成，水电机组一次调频对电力系统稳定控制的影响变得十分敏感，特别是一次调频的控制特性、负荷特性、响应时间等都对联网系统的频率、有功稳定具有重大影响。
一次调频是水电机组调节系统的自身频率/功率特性对电网的控制，是由调速器的频率/功率静态特性通过调速器比例-积分-微分(PID)调节特性来实现的。可在电网突发大负荷变化时快速的提供功率支援，提高电力系统的可靠性；对于短时间的负荷波动的调节可以减少二次调频的动作，优化系统的调度、稳定电网频率。若机组一次调频功能不能发挥其应有的作用，不仅是对电网中保证频率稳定的宝贵资源的浪费，而且仅靠自动发电控制(AGC)很难将电网频率控制水平进一步提高。
然而，目前电力系统分析计算中一次调频模型不够精准，难以全面反映机组正常调节过程中的问题，且调速系统控制模型多为功率模式与开度模式，虽可满足大多数情况下的机组调频，但鲜有关于正常运行模式到孤网模式切换的研究。
发明内容
本公开的实施例提供了一种多模式切换的水电机组调速系统控制方法及系统，以至少解决现有技术中存在的目前电力系统分析计算中一次调频模型不够精准，难以全面反映机组正常调节过程中的问题，且调速系统控制模型多为功率模式与开度模式，虽可满足大多数情况下的机组调频，但鲜有关于正常运行模式到孤网模式切换的研究的技术问题。
根据本公开实施例的一个方面，提供了一种多模式切换的水电机组调速系统控制方法，包括：根据预先采集的电网参数，确定机组频率ω以及大网频率ω0；根据所述机组频率ω以及所述大网频率ω0，确定切换条件；根据并网运行方式，选择开度模式、功率模式或者孤网模式；当满足所述切换条件时，将所述开度模式或者所述功率模式切换为所述孤网模式。
根据本公开实施例的另一方面，还提供了一种多模式切换的水电机组调速系统控制系统，包括：确定频率模块，用于根据预先采集的电网参数，确定机组频率ω以及大网频率ω0；确定切换条件模块，用于根据所述机组频率ω以及所述大网频率ω0，确定切换条件；选择模式模块，用于根据并网运行方式，选择开度模式、功率模式或者孤网模式；切换孤网模式模块，用于当满足所述切换条件时，将所述开度模式或者所述功率模式切换为所述孤网模式。
在本发明中，提供了一种多模式切换的水电机组调速系统控制模型，将水电厂监控系统调节功率作用考虑到调速系统中来，精细化了一次调频模型，适用于电力系统各类稳定分析计算。机组可在功率模式、开度模式、孤网模式三种控制模式间进行切换，功率模式和开度模式同时具备两套PID参数可供选择，满足电力系统不同运行工况下对调速系统一次调频情况的精确模拟，能够正确反映水电厂机组一次调频实际过程。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本公开的进一步理解，构成本申请的一部分，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1是根据本公开实施例所述的一种多模式切换的水电机组调速系统控制方法的流程示意图；
图2是根据本公开实施例所述的多模式切换的水电机组调速系统控制模型示意图；
图3是根据本公开实施例所述的调速系统液压系统传递函数状态变量示意图；
图4是根据本公开实施例所述的混流式水轮机传递函数状态变量示意图；
图5是根据本公开实施例所述的一种多模式切换的水电机组调速系统控制系统的示意图；
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
根据本实施例的第一个方面，提供了一种多模式切换的水电机组调速系统控制方法100。参考图1所示，该方法100，包括：
S102:根据预先采集的电网参数，确定机组频率ω以及大网频率ω0；
S104:根据所述机组频率ω以及所述大网频率ω0，确定切换条件；
S106:根据并网运行方式，选择开度模式、功率模式或者孤网模式；
S108:当满足所述切换条件时，将所述开度模式或者所述功率模式切换为所述孤网模式。
具体地，本发明提出了一种多模式切换的水电机组调速系统控制模型，如图2所示。图3为调速系统液压系统传递函数状态变量示意图，图4为混流式水轮机传递函数状态变量示意图。
在图2中，参数KYCO和KYCC分别为开启方向开度给定积分器放大系数和关闭方向开度给定积分器放大系数，参数大小影响到开度给定Yref增减速度的大小；YjkMAX和YjkMIN分别为开度给定积分器输入的最大、最小幅度限制值，一般根据水轮机导叶最大开限和最小开限进行设置；KFR1为开度模式下的开度增减信号前馈系数，KFR2为功率模式下的开度增减信号前馈系数，参数大小影响到调速器对开度给定增减或功率给定增减的响应速度；Y为水轮机导叶开度；PE为有功功率；T1、T2和T3为延时时间，反映了调速器输入量测量值作用于调速器的时间延时；TR1、TR2和TR3为测量时间常数，与频率测量单元，开度测量单元以及功率测量单元的硬件性能有关；A、B、C选择开关决定了调速器的控制模式选择。其中A、C具有相同的模型结构，分别表示调速系统投入开度模式或孤网模式，两种模式可以独立配置参数并根据模式选择分别调用，B表示调速系统投入功率模式；R1表示将信号送至调速系统功率闭环调节的功率给定值参考点上；DB1为一次调频死区；DB2为功率偏差死区；DB3为开度偏差死区；ep和bp分别为调差率和永态转差系数；KP、KD和KI为开度模式或孤网模式下的PID调节比例系数、微分系数和积分系数；T1V和T2V为微分时间常数；INTMAX和INTMIN为积分调节输出上、下限，为区分相同模型结构下不同控制模式，开度模式参数以“—Y”表示，孤网模式参数以“—I”表示；KP2、KD2和KI2为功率模式下的PID调节比例系数、PID调节微分系数和PID调节积分系数；KW为频差放大倍数，反映了不同工况下水轮机工作效率。
在图3中，KP1、KD1和KI1分别为液压系统PID调节比例系数、微分系数和积分系数；VELO和VELC分别为油动机最大开启速度和油动机最大关闭速度；To和Tc分别为油动机开启时间常数和油动机关闭时间常数；Pmax和Pmin分别为原动机最大输出功率和原动机最小输出功率；Tf为功率延时时间。
(4)在图4中，曲线Q＝f(y)近似模拟了导叶开度y与水轮机流量的非线性关系；TW为水轮机水锤效应时间常数；a和b为调节系数，该参数反映了水轮机不同工况下的动态调节特性。
(5)模型的详细介绍如下：
图2所述模型有3种运行模式：开度模式、功率模式和孤网模式，其中开度模式和功率模式手动选择，正常并入大网的机组应选择开度模式A或功率模式B运行。正常运行模式可根据切换条件自动切换为孤网模式C，孤网模式具有与开度模式相同的模型结构。
控制模式切换以机组频率ω与大网频率ω0偏差量作为切换条件。当频率变化满足切换条件时，则将1或2方框内参数切换至孤网模式及参数运行。
1)开度模式：机组并网运行选择开度模式作为基本模式进行机组运行调节，用于维持水轮机导叶开度Y至开度给定值Yref，实现导叶开度的闭环控制。当调速器在某些运行工况下，如功率模式运行时因水力因素导致机组转速不稳定、机组明显振动、机组功率大幅度波动或振荡，频率大幅度波动或振荡将切换至开度模式运行。开度模式下独立设置大网、小网2套调节参数(主要涉及参数有：方框1中的PID调节参数KP—Y、KD—Y和KI—Y，方框2中的死区DB1—Y和限幅MAX1—Y，MIN1—Y、永态转差系数bp—Y)以应对电网不同运行状态下的调节特性需要，当接入到大规模同步电网时选择开度模式大网参数，当接入到较小规模同步电网或区域异步电网时选择开度模式小网参数。
2)功率模式：机组并网运行选择功率模式作为基本模式进行机组运行调节，用于维持发电机功率至功率给定值Pref，实现功率闭环控制。功率模式下独立设置大网、小网2套调节参数(主要涉及参数有：一次调频死区DB1、一次调频限幅MIN1及MAX1、方框3中的PID调节参数KP2、KD2和KI2、调差率e)以应对电网不同运行状态下的调节特性需要，当接入到大规模同步电网时选择功率模式大网参数，当接入到较小规模同步电网或区域异步电网时选择功率模式小网参数。
3)孤网模式：孤网模式不作为水轮发电机组正常并网运行时的控制模式，是在电力系统遇到大的频率扰动后水轮发电机组并网下维持系统频率稳定的一种后备运行方式。根据频差切换条件可由开度模式或功率模式自动切入孤网模式运行，也可根据运行需要人工切入该模式运行。其模型结构和开度模式一致，采用独立的调节参数(主要涉及参数有：方框1中的PID调节参数KP—I、KD—I和KI—I，方框2中的死区DB1—I和限幅MAX1—I，MIN1—I、永态转差系数bp—I)。
频差切换条件涉及的参数主要有：1)切换频差ωc+，ωc-；2)开度模式或功率模式自动切换至孤网模式延时时间Tdelay1；3)孤网自动切换至开度模式或功率模式延时时间Tdelay2。
切换原则为：当机组频率ω与大网频率ω0偏差量满足ω-ω0≥ωc+或ω-ω0≤ωc-且持续时间大于Tdelay1时，功率控制模式或开度控制模式模式可以自动切换为孤网模式，当ωc-≤ω-ω0≤ωc+且持续时间大于Tdelay2时，孤网模式自动切换回开度控制模式。
从而，提供了一种多模式切换的水电机组调速系统控制模型，将水电厂监控系统调节功率作用考虑到调速系统中来，精细化了一次调频模型，适用于电力系统各类稳定分析计算。机组可在功率模式、开度模式、孤网模式三种控制模式间进行切换，功率模式和开度模式同时具备两套PID参数可供选择，满足电力系统不同运行工况下对调速系统一次调频情况的精确模拟，能够正确反映水电厂机组一次调频实际过程。
可选地，根据并网运行方式，选择开度模式、功率模式或者孤网模式，包括：根据并网运行方式，选择所述开度模式作为第一基本模式进行机组运行调节，所述开度模式用于维持水轮机导叶开度Y至开度给定值Yref，实现导叶开度的闭环控制；根据并网运行方式，选择所述功率模式作为第二基本模式进行机组运行调节，所述选择功率模式用于维持发电机功率至功率给定值Pref，实现功率闭环控制；根据并网运行方式，选择所述孤网模式作为水轮发电机组非正常并网运行的控制模式，所述孤网模式为电力系统遇到大的频率扰动后水轮发电机组并网下维持系统频率稳定的一种后备运行方式。
可选地，根据并网运行方式，选择所述开度模式作为第一基本模式进行机组运行调节，包括：在所述开度模式下，设置开度模式大网调节参数以及开度模式小网调节参数应对电网不同运行状态下的调节特性需求；当接入到大规模同步电网时，选择开度模式大网调节参数；当接入到小规模同步电网或者区域异步电网时，选择开度模式小网调节参数。
可选地，根据并网运行方式，选择所述功率模式作为第二基本模式进行机组运行调节，包括：在所述功率模式下，设置功率模式大网调节参数以及功率模式小网调节参数应对电网不同运行状态下的调节特性需求；当接入到大规模同步电网时，选择功率模式大网调节参数；当接入到小规模同步电网或者区域异步电网时，选择功率模式小网调节参数。
可选地，根据并网运行方式，选择所述孤网模式作为水轮发电机组非正常并网运行的控制模式，包括：在所述孤网模式下，设置独立调节参数应对电网调节。
根据本实施例的另一个方面，还提供了一种多模式切换的水电机组调速系统控制系统500。该系统500，包括：确定频率模块510，用于根据预先采集的电网参数，确定机组频率ω以及大网频率ω0；确定切换条件模块520，用于根据所述机组频率ω以及所述大网频率ω0，确定切换条件；选择模式模块530，用于根据并网运行方式，选择开度模式、功率模式或者孤网模式；切换孤网模式模块540，用于当满足所述切换条件时，将所述开度模式或者所述功率模式切换为所述孤网模式。
可选地，选择模式模块530，包括：选择开度模式子模块，用于根据并网运行方式，选择所述开度模式作为第一基本模式进行机组运行调节，所述开度模式用于维持水轮机导叶开度Y至开度给定值Yref，实现导叶开度的闭环控制；选择功率模式子模块，用于根据并网运行方式，选择所述功率模式作为第二基本模式进行机组运行调节，所述选择功率模式用于维持发电机功率至功率给定值Pref，实现功率闭环控制；选择孤网模式子模块，用于根据并网运行方式，选择所述孤网模式作为水轮发电机组非正常并网运行的控制模式，所述孤网模式为电力系统遇到大的频率扰动后水轮发电机组并网下维持系统频率稳定的一种后备运行方式。
可选地，选择开度模式子模块，包括：设置开度模式单元，用于在所述开度模式下，设置开度模式大网调节参数以及开度模式小网调节参数应对电网不同运行状态下的调节特性需求；选择开度模式大网参数单元，用于当接入到大规模同步电网时，选择开度模式大网调节参数；选择开度模式小网参数单元，用于当接入到小规模同步电网或者区域异步电网时，选择开度模式小网调节参数。
可选地，选择功率模式子模块，包括：设置功率模式单元，用于在所述功率模式下，设置功率模式大网调节参数功率模式小网调节参数应对电网不同运行状态下的调节特性需求；选择功率模式大网参数单元，用于当接入到大规模同步电网时，选择功率模式大网调节参数；选择功率模式小网参数单元，用于当接入到小规模同步电网或者区域异步电网时，选择功率模式小网调节参数。
可选地，选择孤网模式子模块，包括：设置独立参数单元，用于在所述孤网模式下，设置独立调节参数应对电网调节。
本发明的实施例的一种多模式切换的水电机组调速系统控制系统500与本发明的另一个实施例的一种多模式切换的水电机组调速系统控制方法100相对应，在此不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种多模式切换的水电机组调速系统控制方法，其特征在于，包括：
根据预先采集的电网参数，确定机组频率ω以及大网频率ω0；
根据所述机组频率ω以及所述大网频率ω0，确定切换条件；
根据并网运行方式，选择开度模式、功率模式或者孤网模式；
当满足所述切换条件时，将所述开度模式或者所述功率模式切换为所述孤网模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据并网运行方式，选择开度模式、功率模式或者孤网模式，包括：
根据并网运行方式，选择所述开度模式作为第一基本模式进行机组运行调节，所述开度模式用于维持水轮机导叶开度Y至开度给定值Yref，实现导叶开度的闭环控制；
根据并网运行方式，选择所述功率模式作为第二基本模式进行机组运行调节，所述选择功率模式用于维持发电机功率至功率给定值Pref，实现功率闭环控制；
根据并网运行方式，选择所述孤网模式作为水轮发电机组非正常并网运行的控制模式，所述孤网模式为电力系统遇到大的频率扰动后水轮发电机组并网下维持系统频率稳定的一种后备运行方式。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据并网运行方式，选择所述开度模式作为第一基本模式进行机组运行调节，包括：
在所述开度模式下，设置开度模式大网调节参数以及开度模式小网调节参数应对电网不同运行状态下的调节特性需求；
当接入到大规模同步电网时，选择开度模式大网调节参数；
当接入到小规模同步电网或者区域异步电网时，选择开度模式小网调节参数。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据并网运行方式，选择所述功率模式作为第二基本模式进行机组运行调节，包括：
在所述功率模式下，设置功率模式大网调节参数以及功率模式小网调节参数应对电网不同运行状态下的调节特性需求；
当接入到大规模同步电网时，选择功率模式大网调节参数；
当接入到小规模同步电网或者区域异步电网时，选择功率模式小网调节参数。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据并网运行方式，选择所述孤网模式作为水轮发电机组非正常并网运行的控制模式，包括：
在所述孤网模式下，设置独立调节参数应对电网调节。
6.一种多模式切换的水电机组调速系统控制系统，其特征在于，包括：
确定频率模块，用于根据预先采集的电网参数，确定机组频率ω以及大网频率ω0；
确定切换条件模块，用于根据所述机组频率ω以及所述大网频率ω0，确定切换条件；
选择模式模块，用于根据并网运行方式，选择开度模式、功率模式或者孤网模式；
切换孤网模式模块，用于当满足所述切换条件时，将所述开度模式或者所述功率模式切换为所述孤网模式。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，选择模式模块，包括：
选择开度模式子模块，用于根据并网运行方式，选择所述开度模式作为第一基本模式进行机组运行调节，所述开度模式用于维持水轮机导叶开度Y至开度给定值Yref，实现导叶开度的闭环控制；
选择功率模式子模块，用于根据并网运行方式，选择所述功率模式作为第二基本模式进行机组运行调节，所述选择功率模式用于维持发电机功率至功率给定值Pref，实现功率闭环控制；
选择孤网模式子模块，用于根据并网运行方式，选择所述孤网模式作为水轮发电机组非正常并网运行的控制模式，所述孤网模式为电力系统遇到大的频率扰动后水轮发电机组并网下维持系统频率稳定的一种后备运行方式。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，选择开度模式子模块，包括：
设置开度模式单元，用于在所述开度模式下，设置开度模式大网调节参数以及开度模式小网调节参数应对电网不同运行状态下的调节特性需求；
选择开度模式大网参数单元，用于当接入到大规模同步电网时，选择开度模式大网调节参数；
选择开度模式小网参数单元，用于当接入到小规模同步电网或者区域异步电网时，选择开度模式小网调节参数。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，选择功率模式子模块，包括：
设置功率模式单元，用于在所述功率模式下，设置功率模式大网调节参数以及功率模式小网调节参数应对电网不同运行状态下的调节特性需求；
选择功率模式大网参数单元，用于当接入到大规模同步电网时，选择功率模式大网调节参数；
选择功率模式小网参数单元，用于当接入到小规模同步电网或者区域异步电网时，选择功率模式小网调节参数。
10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，选择孤网模式子模块，包括：
设置独立参数单元，用于在所述孤网模式下，设置独立调节参数应对电网调节。
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2021
- 2021-01-22 CN CN202110088640.2A patent/CN112925193A/zh active Pending
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