无死区且速度变动率自动可变的火电机组一次调频方法与流程

本发明属于发电机组一次调频技术领域，具体地说是一种无死区且速度变动率自动可变的火电机组一次调频方法。

背景技术：

当今全国范围内发电结构发生变化，风电、光电和核电比重逐年增高，这些能源形式由于其自身特点，不参与电网的一次调频甚至会影响电网频率质量；西电东输项目大规模落地，通过特高压直流输电向东部多省份传输电能，特高压输电技术难度高，不能参与当地电网的一次调频；同时我国正处于经济结构转型升级的关键时期，经济结构的调整带来社会用电结构发生较大变化。在这种情况下，火电机组一次调频的任务将更加艰巨，火电机组的一次调频能力需要进一步提高。

火电机组的一次调频能力有两个重要的指标参数：一次调频死区和速度变动率。

一次调频死区Δf_BD人为设置在额定电网频率较小频差范围内，使机组的调速系统不产生一次调频动作，一般设置为±0.033Hz，即±2r/min。由于调频死区的存在，如果电力系统负荷变化引起的电网频率变化小于±0.033Hz时，即使调速器感受到转速变化，调节阀门也不会动作，此时机组不能响应外界的负荷变化。因此，死区的存在无疑在某种程度上减弱了机组的一次调频能力；同时死区的存在会导致在某稳定负荷下，机组的转速在死区内漂移，引起机组转速的波动。但是，设置死区的优点在于，避免调速系统过于频繁的动作，提高了系统的稳定性，并减少了调节阀门和油动机等设备的疲劳损伤。目前没有研究论文和专利文献针对这一矛盾提出无死区的解决方法。

速度变动率δ，是在额定蒸汽参数下，汽轮机空负荷时所对应的最大转速n_max和额定负荷时所对应的最小转速n_min之差，与额定转速n₀的比值。

速度变动率越大，单位转速变化所引起的功率改变就越小，一次调频越不灵敏。如果设置速度变动率太大，一次调频能力就会下降，事故发生时机组甩负荷后稳定转速会过高，一般设置不能高于6％；如果设置速度变动率太小，功率变化太剧烈，影响机组稳定运行和寿命安全，一般设置不能低于3％。另外，当机组滑参数运行，新蒸汽参数低于额定参数时，机组一次调频能力降低，相同条件下机组需要更小的速度变动率才能获得与额定参数下一样的调频能力。目前实际生产中采用的方法是，通过仿真实验在3-6％范围内选取一个合适的常值作为速度变动率的设定值。中国专利申请号为201310054553.0的“汽轮机一次调频控制方法”，其把调频频率区间分割为四段，在每一段上设置一个合理的常数作为速度变动率的值；中国专利申请号为201510689291.4的“一种一次调频转速不等率函数的设置方法”，其提出了转速不等率补偿函数，使小频率波动下的调频功率增量趋于一致，增强机组稳定性。目前的研究中，还没有在全频域上设置速度变动率函数，尤其是缺少死区内部的研究。

技术实现要素：

本发明针对无死区情况下一次调频能力增强和频繁动作导致系统不稳定且损伤设备的矛盾、速度变动率参数选择既要增强一次调频能力又要考虑机组稳定寿命安全的矛盾、在非额定参数下速度变动率实际一次调频能力降低三个问题，提供一种无死区且速度变动率自动可变的火电机组一次调频方法。

为此，本发明采用如下的技术方案：无死区且速度变动率自动可变的火电机组一次调频方法，其通过消除死区、在全频域上构造速度变动率函数，使得死区内一部分严重工况被筛选出来进行调频，在死区外速度变动率随频率成线性变化，并考虑主蒸汽压力和温度的影响。

本发明通过消除死区、创建速度变动率在全频域上的取值函数，提高了火电机组一次调频能力，同时不会带来调速系统过于频繁动作损伤、不会减弱机组稳定安全性能。

进一步地，所述的速度变动率自动取值函数Δf是电网实时频率和额定频率50Hz的差值的绝对值；是实时频率对时间的导数，代表频率变化快慢；P,T分别为实时主蒸汽压力和温度；

当Δf≤0.025Hz，δ＝∞；

当0.025Hz<Δf≤0.033Hz且δ＝6％+G(P,T)；

当0.025Hz<Δf≤0.033Hz且δ＝∞；

当0.033Hz<Δf≤Δf_max，

当Δf≥Δf_max，δ＝3％+G(P,T)；

其中，δ为速度变动率，K为频率变化预判系数，Δf_max是机组一次调频最大功率调整限度±ΔP_max对应的频差的绝对值，当频差绝对值大于Δf_max时机组功率变化量不再继续增加；G(P,T)是自变量为主蒸汽压力和温度的修正函数，每台机组函数曲线不一样，需要进行试验得到，意义为主蒸汽参数不为额定参数时想要达到目标一次调频出力需要增加的理论速度变动率增量。

更进一步地，所述频率变化预判系数K的求取过程包括以下步骤：

步骤一：在本机组处采集的电网频率随时间波动历史数据库中，随机选取一定数量不同时段的波形，来代表所有时间上的波形波动情况；

步骤二：在这些波形中选取峰值超过±0.033Hz的波峰，代表需要调频的情况；

步骤三：求取这些波峰左侧从Δf＝0.025Hz到0.033Hz两点间线段的斜率的绝对值，这些数字构成集合A；

步骤四：令K等于集合A中的中位数。

本发明具有以下有益效果：

(1)在传统意义上的死区内也针对部分情况进行调频，通过速度变动率函数在0.033Hz以内的分段函数筛选出死区内一小部分极大概率会冲破死区的情况，进行死区内调频；同时，由于K取值的科学性，使得死区内调频动作不会过于频繁，仅筛选出最大可能冲破死区的一部分情况；使得一次调频能力在微小波动下得以增强，可以提前预判大幅波动并且提前进行调频动作，并且不会造成无死区不稳定和设备频繁磨损。

(2)速度变动率函数在调节范围内设置成为自动随频率可变，在Δf＝0.033Hz时为6％，在Δf＝Δf_max时是3％，并在此区间里随频率线性变化。小频差下情况不严重，系统不需要特别快速一次调频能力，但对系统的稳定性要求更高；大频差下情况更严重，甚至可能是故障发生，系统需要很强一次调频能力，稳定性要求相对较低。本发明随频率自动可变的速度变动率恰好满足这两个条件，可以说在很大程度上解决了机组上调频能力和稳定性这一对矛盾。

(3)在速度变动率函数中考虑主蒸汽和压力的影响，解决了非额定参数下实际速度变动率与理论设置值的较大偏差，进一步提升了机组实际的一次调频能力。

附图说明

图1是电网频率波动选取众多时段的其中一个波动图。

图2是图1的放大选段图，筛选出频率变化超出传统死区的峰谷图。

图3是图2的放大选段图，筛选出需要统计斜率的各段。

图4是一次调频功率变化量-频差图。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及实施例对本发明作进一步的说明。

在给火电机组设定一次调频参数时候，不设置死区，速度不等率不设置成定值常数，而是设置成为一个分段函数，函数如下：

当Δf≤0.025Hz，δ＝∞；

当0.025Hz<Δf≤0.033Hz且δ＝6％+G(P,T)；

当0.025Hz<Δf≤0.033Hz且δ＝∞；

当0.033Hz<Δf≤Δf_max，

当Δf≥Δf_max，δ＝3％+G(P,T)；

所以关键在于求取这个函数。

其中，G(P,T)需要对机组进行试验或者根据历史数据分析得出整定函数，即在非额定参数下，速度变动率实际值和额定参数下设定值的差。Δf_max根据电网管理规定的调频上限确定。

K值的确定，需要计算机的大量统计计算，此处选取示意性的统计过程进行说明。

(1)在本机组处采集的电网频率随时间波动历史数据库中，随机选取一定数量不同时段的波形，来代表所有时间上的波形波动情况。为了选取的各个时段可以尽量充分代表机组所有频率波动的特点，应从至少一年时间范围内等间距选取，选取区段应包含一天的白天黑夜、上班和下班峰谷改变时刻。按照这个原则，选取出一定数量的时间段的波形数据。

(2)图1代表选取众多时段的其中一个，以此作为说明对每个时段如何进行统计。图2为这一时段的放大便于观察和说明。波形中选取峰值超过±0.033Hz的波峰，也就是传统意义上超出死区的峰谷，代表需要调频的情况。

(3)图3为图2的进一步放大。求取这些波峰波谷左侧从Δf＝0.025Hz和0.033Hz两点间线段的斜率的绝对值。

(4)按照这个方法把所有选段上的数值求取出来，即为可以大概率代表会超出死区的Δf＝0.025Hz到0.033Hz间的斜率集合A。它的中位数作为K值。

图4中线1为按照本发明的方法设置速度变动率的一次调频功率响应，线2为按照传统方法将速度变动率设置为6％的一次调频功率响应。线1贴近横坐标轴有一小段为虚线，表示死区内部的调频贡献量。对比两个方式可以看出，本发明在死区内可以起到预先调频的效果，在死区外响应图线是开口向上的抛物线，在大频差下动作特别灵敏，小频差下相对不灵活更稳定。相同频差情况下，比较传统模式下(线2)的效果，线1的功率响应贡献更大。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。