一种通过发电机负荷突变开始时刻屏蔽干扰信号抑制功率反调的方法
【专利摘要】本发明公开了一种通过发电机负荷突变开始时刻屏蔽干扰信号抑制功率反调的方法。本发明的基本思想是根据功率反调的扰动信号是在发电机负荷突变刚开始发生时引入负荷控制器的，并且扰动信号呈现出前强后弱、快速衰减的特性，由此对调速系统的负荷控制器进行改造，在发电机负荷突变开始发生到扰动信号衰减至零这段时间内屏蔽干扰信号，让扰动信号不进入负荷控制器，以消除汽轮机功率反调。
【专利说明】一种通过发电机负荷突变开始时刻屏蔽干扰信号抑制功率 反调的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力系统调速系统控制领域，具体涉及为汽轮发电机组提供一种在发 电机负荷突变时防止汽轮机功率反调的方法。
【背景技术】
[0002] 调速系统应用于发电厂中，用于控制汽轮机的转速和功率。调速系统主要由调频 控制器、负荷控制器和调节级压力控制器组成，当机组在负荷控制状态的时候，它主要是由 调频控制器和负荷控制器来完成。
[0003] 调频控制器是一个采用比例控制规律的控制器，为发电机组在负荷控制状态下参 与电网一次调频而建立的。调频控制器根据汽轮机转速信号计算生成反映电网频率波动的 频差信号，频差信号经过比例控制运算，并以其运算结果作为发电机功率给定指令的一次 调频校正值，以控制发电机组的出力适应电网频率的要求。，调频控制器考虑了输入死区设 置、控制运算和输出限幅。
[0004] 负荷控制器是协调控制系统的功率控制回路，采用了具有比例积分规律的控制 器。负荷控制器是利用经调频控制器输出的一次调频校正值修正后的汽轮机功率给定指令 与发电机功率信号的偏差，进行比例积分控制运算，并以其运算结果作为校正因子进一步 校正汽轮机功率给定指令，以控制发电机的实发功率。
[0005] 由于汽轮机的功率信号比较难以测量，实际应用中调速系统常采用发电机功率信 号代替汽轮机功率信号，从静态角度看二者是没有区别的，但是从动态角度来分析，二者的 差别是很大的。由于在调速系统中引入了发电机负荷信号的负值，即外扰负信号参与汽轮 机的调节，因此，在发电机突增突减负荷时出现了功率的反调。此反调的出现对机组及电力 系统的安全运行，带来很大的危害。由于所取信号的不同，不同系统的稳定性不同，而且更 重要的是系统的甩负荷特性就有很大差别。产生差别的根本原因是汽轮机功率信号是反馈 信号，而发电机功率信号是扰动信号，这个信号在甩负荷时的作用力方向使得调节汽阀打 开，因此恶化了过渡过程。对于以上所述两种调节系统进行仿真计算，可以看出测量发电机 功率作为功率信号时，其转速飞升要比测量汽轮机功率时高的多而且在过渡过程的初始阶 段，油动机的运动方向不仅不是关小调节汽阀，相反却是开大调节汽阀，只有在转速升高到 一定数值时才能克服这一现象。
[0006] 随着新疆与西北主网750kV联网工程的实施，新疆电网750kV电压等级网架进一 步延伸，系统规模也不断扩大，承受故障冲击的能力也逐步增强。但是新疆电网750kV主网 架仍处于初步形成阶段，各地区电网之间的联系比较薄弱，750kV变电站多为单主变，加上 新疆地域辽阔，新疆西北部、乌昌地区和南疆均以长链型并入东疆，东疆接入西北主网的河 西走廊也为长链型结构。为了防止系统严重故障后出现暂稳、动稳、热稳等问题，新疆省内 多个750/220kV电磁环网已经实现解环，局部电网与主网之间仅通过单点或两点联络，因 此在系统750kV网架发生N-1或者N-2故障后，局部电网将与主网解列孤岛运行，从而给局 部电网带来频率稳定问题。
[0007] 新疆电科院经过多台机组的现场试验测试以及模型研究，并在电网仿真计算分析 中发现，不少电厂均存在不同程度的反调现象，如果不改变调速系统的结构，消除反调，将 对机组及电力系统的安全运行带来不利影响。如果发生局部电网解列运行时，多个电厂发 生功率反调，只会使事故工况更加恶化，所以消除调速系统的反调现象也迫在眉睫。
[0008] 现有消除反调的方法主要基于以下理论：
[0009] 根据汽轮机的力矩平衡方程式
[0010]
【权利要求】
1. 一种通过发电机负荷突变开始时刻屏蔽干扰信号抑制功率反调的方法，其特征在 于： 在发电机负荷突变开始发生到干扰信号首次衰减至零这段时间内屏蔽干扰信号，让干 扰信号不进入调速系统的负荷控制器，以消除汽轮机功率反调。
2. -种通过发电机负荷突变开始时刻屏蔽干扰信号抑制功率反调的方法，其特征在 于，所述方法包含以下四个步骤： (1) 实时测量发电机功率信号、汽轮机转速信号，并从调速系统实时获取汽轮机功率给 定指令，计算发电机功率瞬时变化率、汽轮机功率给定指令瞬时变化率、汽轮机功率给定指 令在一设定时间内的变化量、汽轮机转速瞬时变化率； (2) 根据以下判断条件识别发电机功率突变是否由发电机负荷突变引起，所述判断条 件包括： 判断条件一：发电机功率瞬时变化率是否超过规定的发电机功率瞬时变化率阈值范 围， 判断条件二：汽轮机功率给定指令瞬时变化率是否在规定的汽轮机功率给定指令瞬时 变化率阈值范围内， 判断条件三：汽轮机功率给定指令在一设定时间内的变化量是否在规定的变化量阈值 范围内， 判断条件四：汽轮机转速瞬时变化率是否超过规定的汽轮机转速瞬时变化率阈值范 围； (3) 当步骤（2)中4个判断条件均为真时，即发电机功率瞬时变化率超过规定的发电机 功率瞬时变化率阈值范围，并且汽轮机功率给定指令瞬时变化率在规定的汽轮机功率给定 指令瞬时变化率阈值范围内，并且汽轮机功率给定指令在一设定时间内的变化量在规定的 变化量阈值范围内，并且汽轮机转速瞬时变化率超过规定的汽轮机转速瞬时变化率阈值范 围时，则判断发电机功率突变是由发电机负荷突变引起的，给调速系统的负荷控制器下达 输出保持指令，以屏蔽干扰信号抑制发电机功率反调，同时对调速系统的调频控制器按照 频差正常调节； (4) 当步骤（2)中4个判断条件不同时为真时，判断发电机功率突变不是由发电机负荷 突变引起的，对调速系统的负荷控制器按照负荷控制器偏差输入正常调节，同时对调速系 统的调频控制器按照频差正常调节。
3. 根据权利要求2所述的屏蔽干扰信号抑制功率反调的方法，其特征在于： 所述步骤（2)的判断条件一中，当发电机功率瞬时变化率绝对值大于规定的发电机功 率瞬时变化率阈值绝对值时，则认为超过了规定的发电机功率瞬时变化率阈值范围，该判 断条件一为真； 当发电机功率瞬时变化率阈大于零时，即发电机功率瞬时变化率正方向越限，此时的 阈值可以在+〇. 5%到+6%发电机额定有功功率/秒的范围内取值； 当发电机功率瞬时变化率阈小于零时，即发电机功率瞬时变化率负方向越限，此时的 阈值可以在-〇. 5%到-6%发电机额定有功功率/秒的范围内取值。
4. 根据权利要求2所述的屏蔽干扰信号抑制功率反调的方法，其特征在于： 所述步骤（2)的判断条件二中，当汽轮机功率给定指令瞬时变化率绝对值不大于规定 的汽轮机功率给定指令瞬时变化率阈值绝对值时，则认为所述汽轮机功率给定指令瞬时变 化率在规定的汽轮机功率给定指令瞬时变化率阈值范围内，该判断条件二为真； 当汽轮机功率给定指令瞬时变化率大于零时，表示汽轮机功率给定指令瞬时变化率正 方向越限，此时汽轮机功率给定指令瞬时变化率阈值可以在+0. 05%到+4%发电机额定有 功功率/秒的范围内取值，优选汽轮机功率给定指令瞬时变化率阈值为+2%发电机额定有 功功率/秒； 当汽轮机功率给定指令瞬时变化率小于零时，表示汽轮机功率给定指令瞬时变化率负 方向越限，此时汽轮机功率给定指令瞬时变化率阈值可以在-0. 05%到-4%发电机额定有 功功率/秒的范围内取值，优选汽轮机功率给定指令瞬时变化率阈值为-2%发电机额定有 功功率/秒。
5. 根据权利要求2所述的屏蔽干扰信号抑制功率反调的方法，其特征在于： 所述步骤（2)的判断条件三中，当汽轮机功率给定指令的变化量的绝对值不大于规定 的变化量阈值的绝对值时，则认为所述汽轮机功率的变化量在规定的变化量阈值范围内， 该判断条件三为真； 当汽轮机功率给定指令变化量大于零时，汽轮机功率给定指令变化量正方向越限，此 时所设定时间为1秒到20秒，优选为5秒，所述变化量阈值在+0. 5%到+8%发电机额定有 功功率范围内取值，优选为+4%发电机额定有功功率； 当汽轮机功率给定指令变化量小于零时，汽轮机功率给定指令变化量负方向越限，此 时所设定时间为1秒到20秒，优选为5秒，所述变化量阈值在-0. 5%到-8%发电机额定有 功功率范围内取值，优选为-4%发电机额定有功功率。
6. 根据权利要求2所述的屏蔽干扰信号抑制功率反调的方法，其特征在于： 所述步骤（2)的判断条件四中，当所述汽轮机转速瞬时变化率绝对值大于规定的汽轮 机转速瞬时变化率阈值的绝对值时，则认为汽轮机转速瞬时变化率超过了规定的汽轮机转 速瞬时变化率阈值范围，该判断条件四为真； 当汽轮机转速瞬时变化率大于零时，汽轮机转速瞬时变化正方向越限，所述汽轮机转 速瞬时变化率阈值在+1到+60转/分/分之间取值，优选+10转/分/分； 当汽轮机转速瞬时变化率小于零时，汽轮机转速瞬时变化负方向越限，所述汽轮机转 速瞬时变化率阈值在-1到-60转/分/分之间取值，优选-10转/分/分。
7. 根据权利要求2所述的屏蔽干扰抑制功率反调的方法，其特征在于： 所述步骤（3)中的输出保持指令在步骤（2)中四个判断条件首次同时为真时开始下 达，输出保持指令的持续时间根据预设的持续时间参数执行，预设的持续时间参数取值范 围为0. 1秒到1. 0秒，输出保持指令在持续时间结束后撤销，并且在预设的闭锁时间内不能 再次给负荷控制器下达输出保持指令，预设的闭锁时间参数取值范围为10秒到300秒。
8. 根据权利要求2所述的屏蔽干扰信号抑制功率反调的方法，其特征在于： 所述步骤（3)中，可以通过将常数0代替负荷控制器偏差输入而使调速系统的负荷控 制器输出保持不变。
【文档编号】H02P9/10GK104158453SQ201410427599
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月27日 优先权日:2014年8月27日
【发明者】于永军, 李晖, 张文景, 焦春雷, 刘建琴, 郑巍, 易海琼, 梁新艳, 钱华东, 刘娜 申请人:国家电网公司, 国网新疆电力公司电力科学研究院, 国网北京经济技术研究院, 国网河南省电力公司, 北京四方继保自动化股份有限公司