CN113281988B - 一种双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制方法，可用于双轴联合循环机组汽机实际运行过程中的一次调频自动控制。本发明一方面采用闭环控制方式，根据网频偏差动态实时修正热网温度设定值，有效避免热网温度闭环控制对一次调频的反调，确保在该方式下机组的一次调频性能具备精确性；另一方面，在热网控制逻辑中增加一次调频前馈控制，确保在该方式下机组的一次调频性能具备快速性，整体满足涉网考核规则要求。本发明可有效降低运行人员的劳动强度，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平，并且实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。

Description

一种双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制方法
技术领域
本发明涉及双轴联合循环机组自动控制技术领域，尤其是一种双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制方法。
背景技术
近年来随着新能源电力和风电的大规模接入，网源结构越来越复杂。为了保证电网安全，各区域电网相继出台了“两个细则”，明确要求上网机组必须具备一次调频功能，并对机组一次调频性能进行严格考核。
联合循环是一种使用多种热力学循环串联来获得更高热效率的方式，燃气-蒸汽联合循环机组是在燃机发电基础上，利用燃机排气排入余热锅炉加热蒸汽，进而驱动汽机联合发电的机组。双轴布置的燃气-蒸汽联合循环发电供热机组由燃机及其发电机、汽机及其发电机和热网系统组成。目前双轴联合循环机组仅燃机发电机具备一次调频功能，由于正常运行时汽机在IPC模式下工作，进汽调门始终处于全开状态，无法实现汽机发电机的功率调节，因此不具备汽机发电机的一次调频功能。但对于电网来讲，联合循环机组中燃机发电机及汽机发电机属于两台独立的上网机组，需要同时具备一次调频的能力，并对一次调频的性能进行考核，因此，实现联合循环机组汽机发电机的一次调频功能具有十分重要的意义。
近些年众多研究机构和发电企业对联合循环机组一次调频控制方法的分析研究主要集中在燃机发电机的一次调频控制方法，对汽机发电机一次调频的控制方法鲜有报道。中国专利《一种基于联合循环燃机系统模型的调速方法》（专利申请号CN201410360669.1）中提出了联合循环燃机系统模型，在调节系统模型单元中同时采用了前馈控制和PID无差反馈控制，降低了稳态误差，提高系统精度。文献《华北电力技术》的《双轴燃气蒸汽联合循环机组协调控制策略研究》中提出采用以基本比例为基础，引入PID算法进行辅助修正的负荷分配方案，完成对联合循环机组总功率的协调控制，AGC功能基于负荷分配回路，实现网调对联合循环机组总功率的直接控制，针对燃机负荷响应快速的特点，设计由燃机单一承担联合机组的一次调频任务。
上述专利及文献均是针对双轴联合循环机组中燃机发电机进行一次调频功能的优化，未考虑到汽机发电机的一次调频功能，因此有必要对联合循环机组中汽机发电机的一次调频控制方法进行深入研究，实现联合循环机组汽机发电机的一次调频功能。
发明内容
本发明的目的在于实现双轴联合循环机组汽机发电机的一次调频功能，而提出一种双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制方法，采用闭环控制方式，通过调整热网供热调门的开度改变汽机的进汽量，间接调节汽机发电机负荷，根据网频偏差动态实时修正供热温度设定值，有效避免热网温度闭环控制对一次调频的反调，同时增加一次调频前馈控制，确保在该方式下机组的一次调频性能同样具备快速性和精确性，实现了双轴联合循环机组汽机发电机的一次调频功能，满足电网考核要求，填补了该领域技术的空白。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制方法，包括以下步骤：
第一步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频负荷拉回控制逻辑，用于计算一次调频热网温度设定值修正量Pf；增加一次调频前馈控制逻辑，用于计算一次调频前馈控制量Cf；
第二步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频温度设定值修正量控制回路接口，并将一次调频负荷拉回控制逻辑的输出引入到此回路接口中；在热网温度控制回路组态中增加一次调频前馈控制回路接口，并将一次调频前馈控制逻辑的输出引入到此回路接口中；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定供热方式下双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。
进一步的，所述一次调频热网温度设定值修正量Pf由PID闭环控制器计算得出；设定值为一次调频动作开始时的机组实际负荷瞬时值MWact与一次调频负荷增量指令MWf之和，被调量过程值为机组实际负荷MW；出于安全考虑，计算输出经过PID控制器内部限幅后输出Pf，其中上限幅值、下限幅值可根据机组实际需要设定。
进一步的，所述一次调频前馈控制量Cf为一次调频负荷增量指令MWf对应的热网控制指令，对应曲线关系可根据机组一次调频响应快速性实际需要设定。
进一步的，所述一次调频负荷拉回控制逻辑和一次调频前馈控制逻辑中，机组实际负荷MW、一次调频负荷增量指令MWf等模拟量输入信号以及一次调频动作等数字量输入信号均可直接从机组分散控制系统DCS实时数据库中读取；用于计算热网温度设定值修正量Pf的PID闭环控制器采用正作用，其参数可根据实时曲线在线整定，整定的原则是保证机组在运行过程中满足一次调频性能要求。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
（1）通过调整热网供热调门的开度改变汽机的进汽量，间接调节汽机负荷，实现了双轴联合循环机组汽机发电机一次调频的功能，填补了该领域技术的空白。
（2）不需要进行大量的静态试验，采用闭环控制方式，确保在该方式下双轴联合循环机组汽机发电机的一次调频性能具备快速性和精确性，满足了电网考核要求。
（3）采用一次调频过程前馈控制，优化一次调频动作过程的性能与控制目标，确保机组的一次调频性能具备快速性，整体满足了电网考核要求。
（4）可有效降低运行人员的劳动强度，且控制效果不依赖于运行人员的技术水平。
（5）实时性好，现场调试过程简单，便于工程实现。
附图说明
图1是本发明实施例中一次调频控制逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
本实施例中，一种双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制方法，包括以下步骤：
第一步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频负荷拉回控制逻辑，用于计算一次调频热网温度设定值修正量Pf；增加一次调频前馈控制逻辑，用于计算一次调频前馈控制量Cf；
第二步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频温度设定值修正量控制回路接口，并将一次调频负荷拉回控制逻辑的输出引入到此回路接口中；在热网温度控制回路组态中增加一次调频前馈控制回路接口，并将一次调频前馈控制逻辑的输出引入到此回路接口中；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定供热方式下双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果。
本发明算法逻辑图，即本发明实施例的一次调频控制逻辑图，如图1所示。其中：
一次调频热网温度设定值修正量Pf由PID闭环控制器计算得出；设定值为一次调频动作开始时的机组实际负荷瞬时值MWact与一次调频负荷增量指令MWf之和，被调量过程值为机组实际负荷MW；出于安全考虑，计算输出经过PID控制器内部限幅后输出Pf，其中上限幅值、下限幅值可根据机组实际需要设定。
一次调频前馈控制量Cf为一次调频负荷增量指令MWf对应的热网控制指令，对应曲线关系可根据机组一次调频响应快速性实际需要设定。
一次调频负荷拉回控制逻辑和一次调频前馈控制逻辑中，机组实际负荷MW、一次调频负荷增量指令MWf等模拟量输入信号以及一次调频动作等数字量输入信号均可直接从机组分散控制系统DCS实时数据库中读取；用于计算热网温度设定值修正量Pf的PID闭环控制器采用正作用，其参数可根据实时曲线在线整定，整定的原则是保证机组在运行过程中满足一次调频性能要求。
下面以某9HA双轴联合循环机组为例，介绍算法参数整定结果。
机组概况：该机组为国内首台9HA双轴联合循环机组。汽轮机数字电液调节系统（DEH）、燃机控制系统（TCS）都采用GE的Mark VI控制系统；DCS采用国电南自的Max-DNA分散控制系统，整套系统包括数据采集系统（DAS）、模拟量控制系统（MCS）、顺序控制系统（SCS）、旁路控制系统（BPS）等各项控制功能。
一次调频供热温度设定值修正量Pf由PID闭环控制器计算得出，修正量上、下限幅值设定为±5℃。
汽机实际负荷MW，一次调频负荷指令增量等模拟量输入信号以及一次调频动作等数字量输入信号由DCS实时数据库中读取，用于计算温度设定值修正量Pf的PID闭环控制器采用正作用，比例、积分控制律。完成一种双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制方法控制回路逻辑组态，将系统投入实际运行，根据机组运行曲线，反复在线整定PID控制器参数，保证机组运行过程中满足一次调频要求。现场调试过程简单，便于工程实现。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制方法，其特征是，包括以下步骤：
第一步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频负荷拉回控制逻辑，用于计算一次调频热网温度设定值修正量Pf；增加一次调频前馈控制逻辑，用于计算一次调频前馈控制量Cf；
第二步：在机组分散控制系统DCS的热网温度控制回路组态中增加一次调频温度设定值修正量控制回路接口，并将一次调频负荷拉回控制逻辑的输出引入到此回路接口中；在热网温度控制回路组态中增加一次调频前馈控制回路接口，并将一次调频前馈控制逻辑的输出引入到此回路接口中；
第三步：控制系统投入实际运行，根据实时运行曲线，在线整定供热方式下双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制回路相关参数，最终达到预期的控制效果；
所述一次调频热网温度设定值修正量Pf由PID闭环控制器计算得出；设定值为一次调频动作开始时的机组实际负荷瞬时值MWact与一次调频负荷增量指令MWf之和，被调量过程值为机组实际负荷MW；出于安全考虑，计算输出经过PID控制器内部限幅后输出Pf，其中上限幅值、下限幅值根据机组实际需要设定；
所述一次调频前馈控制量Cf为一次调频负荷增量指令MWf对应的热网控制指令，对应曲线关系根据机组一次调频响应快速性实际需要设定。
2.根据权利要求1所述的双轴联合循环机组汽机发电机一次调频控制方法，其特征是，所述一次调频负荷拉回控制逻辑和一次调频前馈控制逻辑中，模拟量输入信号以及数字量输入信号均直接从机组分散控制系统DCS实时数据库中读取；用于计算热网温度设定值修正量Pf的PID闭环控制器采用正作用，其参数根据实时曲线在线整定，整定的原则是保证机组在运行过程中满足一次调频性能要求。
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