CN113258613A - 用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法及系统 - Google Patents

用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法及系统 Download PDF

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范小波
何伟焕
杨欢
杨城
叶剑
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Abstract

本发明公开了用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法及系统，涉及水利水电领域，方法包括S1采集实际有功功率和一次调频动作信号，S2判断一次调频是否动作，动作进S3、未动作进S4，S3判断设定命令是否有效，有效进S5，无效返S2，S4判断设定命令是否有效，有效进S5，无效进S6；S5判断目标值和实际值与控制死区的关系，控制导叶执行机构动作；S6判断设定值和实际值与控制死区的关系，控制导叶执行机构动作；系统包括采集模块、用于导叶开度调整的调速器、PLC控制器和机组LCU；通过本发明的方法实现调速器在开度模式下的功率闭环与一次调频动作相互叠加同时进行调节的目的，提升水电站发电机功率控制的准确性和电网的抗干扰能力。

Description

用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法及系统
技术领域
本发明涉及水利水电领域，尤其涉及一种用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法及系统。
背景技术
随着大型水电站的建设，水电机组在电网中的占比也在不断的提高，水电机组影响电力系统频率稳定性的问题也逐渐体现出来，水电机组的调节品质的优劣和运行的可靠性直接影响到水轮发电机组乃至电力系统的安全可靠运行和电能质量。由于水电站调速器在开度模式下运行相对稳定，有助于延长执行机构使用寿命，因此水电站调速器一般都选择运行在开度模式下，但调速器开度模式是以水轮机导叶开度给定值为目标值进行闭环调节，对于水头变化较大的机组，在开度模式下有功功率波动明显，且在一次调频动作期间，无法实现有功功率的闭环调节，不利于电网稳定。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题设计了一种用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法及系统。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法，包括以下步骤：
S1、采集机组实际有功功率和调速器一次调频动作信号；
S2、判断一次调频是否动作；若动作，进入S3；若未动作，进入S4；
S3、判断机组LCU有功功率设定命令是否有效，若有效，令机组LCU有功功率调节目标值等于当下机组LCU有功功率设定增量+机组LCU有功功率设定命令有效时的有功功率实际值，并进入S5，若无效，调速器根据当下一次调频动作频差确定导叶开度动作量，并返回S2；
S4、判断机组LCU有功功率设定命令是否有效，若有效，令机组LCU有功功率调节目标值等于当下机组LCU有功功率设定值，并进入S5，若无效，并进入S6；
S5、判断机组LCU有功功率调节目标值和当下机组有功功率实际值与控制死区之间的关系，发送相关控制命令至调速器，调速器控制导叶执行机构进行相应的开关动作，直到机组LCU有功功率调节目标值与当下机组有功功率实际值在控制死区范围内，复归有功功率设定命令，若由S3进入S5，则返回S3；若由S4进入S5，则返回S4；
S6、判断当下机组LCU有功功率设定值和当下机组有功功率实际值与控制死区之间的关系，发送相关控制命令至调速器，调速器控制导叶执行机构进行相应的开关动作，直到当下机组LCU有功功率设定值与当下机组有功功率实际值在控制死区范围内。
用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制系统，包括：
采集模块；采集模块用于采集机组实际有功功率和调速器一次调频动作信号；
用于导叶开度调整的调速器；调速器的控制信号输出端与导叶执行机构的控制信号输入端连接；
PLC控制器；PLC控制器用于根据一次调频动作频差计算导叶开度动作量以及控制调速器的工作状态，PLC控制器的控制信号输出端与调速器的控制信号输入端连接；
机组LCU；机组LCU用于判断整个机组的工作状态并根据工作状态输出控制命令至PLC控制器，机组LCU的数据信号输入端与采集模块的数据信号输出端连接，机组LCU的控制信号输出端与PLC控制器的控制信号输入端连接。
本发明的有益效果在于：通过本发明的控制方法实现了调速器在开度模式下的功率闭环与一次调频动作相互叠加同时进行调节的目的，提升了水电站发电机功率控制的准确性和电网的抗干扰能力，有利于电网的稳定可靠性。
附图说明
图1是本发明用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法的流程示意图；
图2是本发明用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。
如图1所示，用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法，包括以下步骤：
S1、采集机组实际有功功率和调速器一次调频动作信号。
S2、判断一次调频是否动作；若一次调频动作，进入S3；若一次调频未动作，进入S4。
S3、判断机组LCU有功功率设定命令是否有效，若有效，令机组LCU有功功率调节目标值等于当下机组LCU有功功率设定增量+机组LCU有功功率设定命令有效时的有功功率实际值，并进入S5，若无效，调速器根据当下一次调频动作频差确定导叶开度动作量，并返回S2。
S4、判断机组LCU有功功率设定命令是否有效，若有效，令机组LCU有功功率调节目标值等于当下机组LCU有功功率设定值，并进入S5，若无效，并进入S6。
S5、判断机组LCU有功功率调节目标值和当下机组有功功率实际值与控制死区之间的关系，发送相关控制命令至调速器，调速器控制导叶执行机构进行相应的开关动作，直到机组LCU有功功率调节目标值与当下机组有功功率实际值在控制死区范围内，复归有功功率设定命令，若由S3进入S5，则返回S3；若由S4进入S5，则返回S4，具体步骤为：
S51、判断机组LCU有功功率调节目标值与当下机组有功功率实际值之差是否大于控制死区的最大值；
S52、若是，则发送开导叶命令至调速器，并返回S51；若不是，则进入S53；
S53、判断机组LCU有功功率调节目标值与当下机组有功功率实际值之差是否小于控制死区的最小值；
S54、若是，则发送关导叶命令至调速器，并返回S53；若不是，则进入S55；
S55、若由S3进入S5，则返回S3；若由S4进入S5，则返回S4。
S6、判断当下机组LCU有功功率设定值和当下机组有功功率实际值与控制死区之间的关系，发送相关控制命令至调速器，调速器控制导叶执行机构进行相应的开关动作，直到当下机组LCU有功功率设定值与当下机组有功功率实际值在控制死区范围内，具体步骤为：
S61、判断当下机组LCU有功功率设定值与当下机组有功功率实际值之差是否大于控制死区的最大值；
S62、若是，则发送开导叶命令至调速器，并返回S61；若不是，则进入S63；
S63、判断当下机组LCU有功功率设定值与当下机组有功功率实际值之差是否小于控制死区的最小值；
S64、若是，则发送关导叶命令至调速器，并返回S63；若不是，则结束。
通过本发明的控制方法实现了调速器在开度模式下的功率闭环与一次调频动作相互叠加同时进行调节的目的，提升了水电站发电机功率控制的准确性和电网的抗干扰能力，有利于电网的稳定可靠性。
如图2所示，用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制系统，包括：
采集模块；采集模块用于采集机组实际有功功率和调速器一次调频动作信号；
用于导叶开度调整的调速器；调速器的控制信号输出端与导叶执行机构的控制信号输入端连接；
PLC控制器；PLC控制器用于控制调速器的工作状态，PLC控制器的控制信号输出端与调速器的控制信号输入端连接；
机组LCU；机组LCU用于判断机组的工作状态并根据工作状态输出控制命令至PLC控制器，机组LCU的数据信号输入端与采集模块的数据信号输出端连接，机组LCU的控制信号输出端与PLC控制器的控制信号输入端连接。
机组LCU包括中央控制器、人机交互界面、数据分析模块和逻辑判断模块，中央控制器用于接收人机交互界面输入的命令信号、接收逻辑判断结果、发送命令信号至PLC控制器，数据分析模块用于计算有功功率设定值或有功调节目标值与实际有功功率之间的差值以及根据一次调频动作频差计算导叶开度动作量，逻辑判断模块用于判断差值与控制死区范围之间的大小关系、一次调频是否动作以及机组LCU有功功率设定命令是否有效，人机交互界面的信号端与中央控制器的信号端连接，数据分析模块的信号端与中央控制器的信号端连接，逻辑判断模块的数据信号输出端与中央控制器的数据信号输入端连接，中央控制器的控制信号输出端与PLC控制器的控制信号输入端连接。
控制系统还包括有功功率变送器，有功功率变送器用于测量机组的有功功率以及将有功功率隔离变送成线性的直流模拟信号，有功功率变送器的数据信号输出端与采集模块的数据信号输入端连接。
有有功功率变送器测量机组的有功功率，并将其变送成线性的直流模拟信号后传输至采集模块，采集模块采集调速器的一次调频动作信号，将一次调频动作信号和当前接收到的实际有功功率传输至机组LCU，逻辑判断模块判断一次调频是否动作和机组LCU有功功率设定命令是否有效，并将判断结果传输至中央控制器和数据分析模块，数据分析模块计算有功调节目标值与当前实际有功功率的差值、当下有功功率设定值与当前实际有功功率的差值或根据一次调频动作频差计算导叶开度动作量；差值结果或导叶开度动作量传输至中央控制器，中央控制器将差值结果传输至逻辑判断模块，逻辑判断模块判断差值结果是否处于控制死区范围内，并输出判断结果至中央控制器，中央控制器根据该判断结果或导叶开度动作量输出控制命令至PLC控制器，PLC控制器控制调速器使导叶执行机构动作，实现调整导叶开度的目的。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集机组实际有功功率和调速器一次调频动作信号；
S2、判断一次调频是否动作；若动作，进入S3；若未动作，进入S4；
S3、判断机组LCU有功功率设定命令是否有效，若有效，令机组LCU有功功率调节目标值等于当下机组LCU有功功率设定增量+机组LCU有功功率设定命令有效时的有功功率实际值，并进入S5，若无效，调速器根据当下一次调频动作频差确定导叶开度动作量，并返回S2；
S4、判断机组LCU有功功率设定命令是否有效，若有效，令机组LCU有功功率调节目标值等于当下机组LCU有功功率设定值，并进入S5，若无效，并进入S6；
S5、判断机组LCU有功功率调节目标值和当下机组有功功率实际值与控制死区之间的关系，发送相关控制命令至调速器，调速器控制导叶执行机构进行相应的开关动作，直到机组LCU有功功率调节目标值与当下机组有功功率实际值在控制死区范围内，复归有功功率设定命令，若由S3进入S5，则返回S3；若由S4进入S5，则返回S4；
S6、判断当下机组LCU有功功率设定值和当下机组有功功率实际值与控制死区之间的关系，发送相关控制命令至调速器，调速器控制导叶执行机构进行相应的开关动作，直到当下机组LCU有功功率设定值与当下机组有功功率实际值在控制死区范围内。
2.根据权利要求1所述的用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法，其特征在于，在S5中包括：
S51、判断机组LCU有功功率调节目标值与当下机组有功功率实际值之差是否大于控制死区的最大值；
S52、若是，则发送开导叶命令至调速器，并返回S51；若不是，则进入S53；
S53、判断机组LCU有功功率调节目标值与当下机组有功功率实际值之差是否小于控制死区的最小值；
S54、若是，则发送关导叶命令至调速器，并返回S53；若不是，则进入S55；
S55、若由S3进入S5，则返回S3；若由S4进入S5，则返回S4。
3.根据权利要求1所述的用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制方法，其特征在于，在S6中包括：
S61、判断当下有功功率设定值与当下实际有功功率之差是否大于控制死区的最大值；
S62、若是，则发送开导叶命令至调速器，并返回S61；若不是，则进入S63；
S63、判断当下有功功率设定值与当下实际有功功率之差是否小于控制死区的最小值；
S64、若是，则发送关导叶命令至调速器，并返回S63；若不是，则结束。
S61、判断当下机组LCU有功功率设定值与当下机组有功功率实际值之差是否大于控制死区的最大值；
S62、若是，则发送开导叶命令至调速器，并返回S61；若不是，则进入S63；
S63、判断当下机组LCU有功功率设定值与当下机组有功功率实际值之差是否小于控制死区的最小值；
S64、若是，则发送关导叶命令至调速器，并返回S63；若不是，则结束。
4.用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制系统，其特征在于，包括：
采集模块；采集模块用于采集机组实际有功功率和调速器一次调频动作信号；
用于导叶开度调整的调速器；调速器的控制信号输出端与导叶执行机构的控制信号输入端连接；
PLC控制器；PLC控制器用于控制调速器的工作状态，PLC控制器的控制信号输出端与调速器的控制信号输入端连接；
机组LCU；机组LCU用于判断机组的工作状态并根据工作状态输出控制命令至PLC控制器，机组LCU的数据信号输入端与采集模块的数据信号输出端连接，机组LCU的控制信号输出端与PLC控制器的控制信号输入端连接。
5.根据权利要求4所述的用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制系统，其特征在于，机组LCU包括中央控制器、人机交互界面、数据分析模块和逻辑判断模块，中央控制器用于接收人机交互界面输入的命令信号、接收逻辑判断结果、发送命令信号至PLC控制器，数据分析模块用于计算有功功率设定值或有功调节目标值与实际有功功率之间的差值以及根据一次调频动作频差计算导叶开度动作量，逻辑判断模块用于判断差值与控制死区范围之间的大小关系、一次调频是否动作以及机组LCU有功功率设定命令是否有效，人机交互界面的信号端与中央控制器的信号端连接，数据分析模块的信号端与中央控制器的信号端连接，逻辑判断模块的数据信号输出端与中央控制器的数据信号输入端连接，中央控制器的控制信号输出端与PLC控制器的控制信号输入端连接。
6.根据权利要求4或5所述的用于水电站发电机功率闭环和一次调频的控制系统，其特征在于，控制系统还包括有功功率变送器，有功功率变送器用于测量机组的有功功率以及将有功功率隔离变送成线性的直流模拟信号，有功功率变送器的数据信号输出端与采集模块的数据信号输入端连接。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114204571A (zh) * 2021-11-05 2022-03-18 华能澜沧江水电股份有限公司 一种基于调节目标设定抑制重复调节的一次调频方法

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