CN114597915A - 一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，它包括：步骤1、在变速恒频的水电机组并网正常运行过程中，机组调速器通过采集系统实时采集当前各个模拟量值；步骤2、根据系统频率值确定调速器当前导叶开度调节目标值；解决了现有水电机组在系统频率变化时需要快速的有功功率支持的同时不出现机组较大的功率反调特性，实现机组对电网频率的快速稳定响应问题。

Description

一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法

技术领域

本发明属于水轮机调节方法技术领域，尤其涉及一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法。

技术背景

水电机组由于其调节灵活，响应速度快在发电系统中得到广泛应用，但目前，水电机组由于水流惯性问题，在快速频率调节过程中，容易出现反调现象，这给电力系统带来了短时反向功率更不利于系统的稳定运行。随着变频技术的发展，变速水轮机组由于其工况适应性强也得到了广泛应用。全功率变速水轮机组是通过对三相电源的逆变和整流后与电力系统进行连接，保证输出频率为50Hz的基础上实现了水轮机的转速变化，因此实现机组工况适应性强的特性，新型的全功率变速水电机组转速与电网频率之间不存在直接耦合关系，因此可以通过控制变流器方法快速调节有功出力，通过释放一部分机械转动能量抑制系统频率波动，再配合调速器相应的导叶控制规律实现机组调频功能，同时有效的抑制了在快速调频过程中，机组由于水流惯性问题带来的机组功率反调问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，以解决现有水电机组在系统频率变化时需要快速的有功功率支持的同时不出现机组较大的功率反调特性，实现机组对电网频率的快速稳定响应问题。

本发明技术方案：

一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，它包括：

步骤1、在变速恒频的水电机组并网正常运行过程中，机组调速器通过采集系统实时采集当前各个模拟量值；

步骤2、根据系统频率值确定调速器当前导叶开度调节目标值。

步骤1所述各个模拟量值包括：当前上游水位值h(i)、电网当前频率值f(i)、机组当前有功功率p(i)、调速器当前计算给定导叶开度值y_g和机组额定工况上游水位h_g。

步骤2所述根据系统频率值确定调速器当前导叶开度调节目标值包括：实时判断系统频率值，当49.5Hz<f(i)<50.5Hz时，

调速器当前导叶开度调节目标值y(i)＝y_g；调速器的导叶开度跟随给定值，y_g为调速器当前计算给定导叶开度值。

步骤2所述根据系统频率值确定调速器当前导叶开度调节目标值包括：

实时判断系统频率值，当f(i)<49.5Hz时，机组进入调频模式，机组功率变流器向系统增加功率输出，输出功率p(i)＝p₀+p_g*(50-f(i))/50*e_p,式中：p₀为进入调频模式前有功功率初始值，e_p为功率调差系数，p_g为机组额定功率；

同时机组调速器进行调频动作，调速器当前导叶开度调节目标值y(i)＝y₀+100*(50-f(i))/50*b_p

式中y₀为进入调频模式前导叶初始值，b_p为永态转差系数。

为防止机组出现反调现象，导叶动作规律计算公式为：

y(k)＝y(k-1)+(z^k/z^q){K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数、△t为采样周期、K_p为调速器频率调节下的比例增益、K_i为调速器频率调节下的环积分增益、e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差、z为动作缓慢系数、q为动作缓慢时间系数；

e(k)＝y(i)-y(k)；

当k＝q时，进入动作后期，动作规律如下：

y(k)＝y(k-1)+{K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数，△t为采样周期，K_p为调速器频率调节下的比例增益；K_i为调速器频率调节下的环积分增益；e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差；

e(k)＝y(i)-y(k)。

步骤2所述根据系统频率值确定调速器当前导叶开度调节目标值包括：

实时判断系统频率值，当f(i)>50.5Hz时，机组进入调频模式；机组功率变流器向系统减少功率输出，输出功率p(i)＝p₀-p_g*(f(i)-50)/50*e_p；

式中：p₀为进入调频模式前有功功率初始值，e_p为功率调差系数p_g为机组额定功率；

同时机组调速器进行调频动作，调速器当前导叶开度调节目标值y(i)＝f₀-100*(f(i)-50)/50*b_p；

式中f₀为进入调频模式前导叶初始值，b_p为永态转差系数。

为防止机组出现反调现象，导叶动作规律为

y(k)＝y(k-1)-(z^k/z^q){K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数、△t为采样周期、K_p为调速器频率调节下的比例增益、K_i为调速器频率调节下的环积分增益、e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差、z为动作缓慢系数、q为动作缓慢时间系数；

e(k)＝y(i)-y(k)；

当k＝q时，进入动作后期，动作规律如下：

y(k)＝y(k-1)-{K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数，△t为采样周期，K_p为调速器频率调节下的比例增益；K_i为调速器频率调节下的环积分增益；e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差；

e(k)＝y(i)-y(k)。

本发明有益效果：

本发明通过改变导叶在调频模式下的动态控制方法，有效的降低水轮机在调频模型初期的反调特性，通过释放和吸收水电机组转动部分相应惯性能量使得在调频初期不需要导叶快速动作，而调频后期再通过调速器导叶控制实现功率的调节，解决了现有技术中存在的水轮机调速器在快速调频模式下出现反调而影响电网稳定性问题。

具体实施方式：

一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，它包括：变速恒频的水电机组并网正常运行过程中，机组调速器通过采集系统实时采集当前各个模拟量值，在某个负荷工况下运行时，y(i)为调速器当前导叶开度调节目标值(单位％)，h(i)为当前上游水位值(单位m)，f(i)电网当前频率值，p(i)为机组当前有功功率(单位MW)，y_g为调速器当前计算给定导叶开度值(单位％)，机组额定工况上游水位h_g。

实时判断系统频率值，49.5Hz<f(i)<50.5Hz时，

控制调速器当前导叶开度值为y(i)＝y_g；调速器的导叶开度跟随给定值。

y_g为调速器当前计算给定导叶开度值(单位％)

实时判断系统频率值，f(i)<49.5Hz时，机组进入调频模式。机组功率变流器向系统增加功率输出，其输出功率p(i)＝p₀+p_g*(50-f(i))/50*e_p,机组转速相应下降。

式中p₀为进入调频模式前有功功率初始值，e_p为功率调差系数，p_g为机组额定功率。

同时机组调速器进行调频动作，其动作目标计算值为y(i)＝y₀+100*(50-f(i))/50*b_p。

式中y₀为进入调频模式前导叶初始值，b_p为永态转差系数。

动作前期导叶动作速度较快，为防止机组出现反调现象，导叶计算公式为：

y(k)＝y(k-1)+(z^k/z^q){K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数，△t为采样周期，K_p为调速器频率调节下的比例增益；K_i为调速器频率调节下的环积分增益；e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差；z为动作缓慢系数，；q为动作缓慢时间系数，系数越大缓慢上升时间越长。

e(k)＝y(i)-y(k)；

当k＝q时，进入动作后期，导叶动作速度需要快速调整，其动作规律如下：

y(k)＝y(k-1)+{K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数，△t为采样周期，K_p为调速器频率调节下的比例增益；K_i为调速器频率调节下的环积分增益；e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差。

e(k)＝y(i)-y(k)；

实时判断系统频率值，f(i)>50.5Hz时，机组进入调频模式。机组功率变流器向系统减少功率输出，其输出功率p(i)＝p₀-p_g*(f(i)-50)/50*e_p,机组转速相应上升。

式中p₀为进入调频模式前有功功率初始值，e_p为功率调差系数p_g为机组额定功率。

同时机组调速器进行调频动作，其动作目标计算值为y(i)＝f₀-100*(f(i)-50)/50*b_p。

式中f₀为进入调频模式前导叶初始值，b_p为永态转差系数。

动作前期导叶动作速度较低防止机组出现反调现象，动作规律

y(k)＝y(k-1)-(z^k/z^q){K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数，△t为采样周期，K_p为调速器频率调节下的比例增益；K_i为调速器频率调节下的环积分增益；e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差；z为动作缓慢系数，；q为动作缓慢时间系数，系数越大缓慢上升时间越长。

e(k)＝y(i)-y(k)；

当k＝q时，进入动作后期，导叶动作速度需要快速调整，其动作规律如下：

y(k)＝y(k-1)-{K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数，△t为采样周期，K_p为调速器频率调节下的比例增益；K_i为调速器频率调节下的环积分增益；e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差。

e(k)＝y(i)-y(k)。

Claims (7)

1.一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，它包括：

步骤1、在变速恒频的水电机组并网正常运行过程中，机组调速器通过采集系统实时采集当前各个模拟量值；

步骤2、根据系统频率值确定调速器当前导叶开度调节目标值。

2.根据权利要求1所述的一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，其特征在于：步骤1所述各个模拟量值包括：当前上游水位值h(i)、电网当前频率值f(i)、机组当前有功功率p(i)、调速器当前计算给定导叶开度值y_g和机组额定工况上游水位h_g。

3.根据权利要求1所述的一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，其特征在于：步骤2所述根据系统频率值确定调速器当前导叶开度调节目标值包括：实时判断系统频率值，当49.5Hz<f(i)<50.5Hz时，调速器当前导叶开度调节目标值y(i)＝y_g；调速器的导叶开度跟随给定值，y_g为调速器当前计算给定导叶开度值。

4.根据权利要求1所述的一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，其特征在于：步骤2所述根据系统频率值确定调速器当前导叶开度调节目标值包括：

实时判断系统频率值，当f(i)<49.5Hz时，机组进入调频模式，机组功率变流器向系统增加功率输出，输出功率p(i)＝p₀+p_g*(50-f(i))/50*e_p,式中：p₀为进入调频模式前有功功率初始值，e_p为功率调差系数，p_g为机组额定功率；

同时机组调速器进行调频动作，调速器当前导叶开度调节目标值y(i)＝y₀+100*(50-f(i))/50*b_p

式中y₀为进入调频模式前导叶初始值，b_p为永态转差系数。

5.根据权利要求4所述的一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，其特征在于：为防止机组出现反调现象，导叶动作规律计算公式为：

y(k)＝y(k-1)+(z^k/z^q){K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数、△t为采样周期、K_p为调速器频率调节下的比例增益、K_i为调速器频率调节下的环积分增益、e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差、z为动作缓慢系数、q为动作缓慢时间系数；

e(k)＝y(i)-y(k)；

当k＝q时，进入动作后期，动作规律如下：

y(k)＝y(k-1)+{K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数，△t为采样周期，K_p为调速器频率调节下的比例增益；K_i为调速器频率调节下的环积分增益；e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差；

e(k)＝y(i)-y(k)。

6.根据权利要求1所述的一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，其特征在于：步骤2所述根据系统频率值确定调速器当前导叶开度调节目标值包括：

实时判断系统频率值，当f(i)>50.5Hz时，机组进入调频模式；机组功率变流器向系统减少功率输出，输出功率p(i)＝p₀-p_g*(f(i)-50)/50*e_p；

式中：p₀为进入调频模式前有功功率初始值，e_p为功率调差系数p_g为机组额定功率；

同时机组调速器进行调频动作，调速器当前导叶开度调节目标值y(i)＝f₀-100*(f(i)-50)/50*b_p；

式中f₀为进入调频模式前导叶初始值，b_p为永态转差系数。

7.根据权利要求6所述的一种全功率直驱变速水电机组频率快速响应导叶控制方法，其特征在于：为防止机组出现反调现象，导叶动作规律为

y(k)＝y(k-1)-(z^k/z^q){K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数、△t为采样周期、K_p为调速器频率调节下的比例增益、K_i为调速器频率调节下的环积分增益、e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差、z为动作缓慢系数、q为动作缓慢时间系数；

e(k)＝y(i)-y(k)；

当k＝q时，进入动作后期，动作规律如下：

y(k)＝y(k-1)-{K_p[e(k)-e(k-1)]+K_ie(k)△t}

式中：k为采样次数，△t为采样周期，K_p为调速器频率调节下的比例增益；K_i为调速器频率调节下的环积分增益；e(k)为调节过程中导叶调节值与调节目标之间的误差；

e(k)＝y(i)-y(k)。