一种发电机组调速系统远端线路甩负荷的控制方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发电技术领域，尤其是一种发生远端线路甩负荷时发电机组的调速方 法。
【背景技术】
[0002] 甩负荷（load shedding)分为两种，一种是主动甩负荷：当电网提供的有功大大 小于系统需要的有功，主动甩掉部分不重要的负荷，提高电网供电质量。一种是故障甩负 荷，例如远端线路甩负荷（特指远程高压输电线路中靠近用电用户一侧的高压线路出口短 路器断开引起的甩负荷）中的负荷突然减小。
[0003] 在水电站中甩负荷是经常发生的。水轮发电机组发生甩负荷后，巨大的剩余能量 使机组转速上升很快，需要尽快关闭导叶，降低机组频率（或者称为机组转速），使机组的 发电量与发生甩负荷后的负荷量相适应，以防机组过速引起事故停机。
[0004] 远端线路甩负荷后的调速器控制策略是随着高电压远程输电而带来的新课题，目 前这方面研究比较少，也没有现成的技术资料，大多数调速器厂家的调速器都不具备该工 况下的调速功能，或者只采取临时措施加以处理，包括许多国际知名发电设备公司。
[0005] 现有技术中所有厂家都是利用频差进行远端线路甩负荷判断、调速的，其原理如 下：远端线路甩负荷时，由于机组出口断路器GCB闭合，机组调速器运行工况仍处于发电 态，机组开度/功率给定值仍然起作用，所以机组将保持远端线路甩负荷前的开度不变，弓丨 起机组频率迅速上升，当频差（实际频率与设定频率的差值）大于频率死区后，调速器开 始对机组频率进行调节，导叶开始下关。但由于机组频率的上升不能突变，频差变化相对 缓慢，因此调速器控制量的输出在线路甩负荷初期非常小，容易引起机组过速，产生事故停 机。
[0006] 可见该方法具有响应严重滞后等缺点，因此引起调速的滞后，引起线路甩负荷机 组过速停机。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种能大大提高甩负 荷判断速度的发电机组远端线路甩负荷的控制方法，使得甩负荷调速能及时进行，有效避 免了因调速滞后引起机组过速停机的问题。
[0008] 本发明提供了一种发电机组调速系统远端线路甩负荷的控制方法，包括：
[0009] 步骤1 :采集发电机组的频率；
[0010] 步骤2 :计算所述频率相对于时间的变化率，将所述变化率与正常调速时的机组 频率变化率比较，当所述变化率大于正常调速时的机组频率变化率时认为出现了甩负荷现 象并记录最大频率变化率；
[0011] 步骤3 :根据"最大频率变化率-甩负荷变化量"曲线得到所述变化率对应的远端 线路甩负荷时负荷变化量；
[0012] 步骤4 :根据所述负荷变化量对机组进行调速。
[0013] 进一步，所述发电机组为水轮发电机组；所述步骤4包括：
[0014] 当发生远端线路甩负荷前对机组的调速模式为功率调节时，则将功率给定值更新 为甩负荷前的功率给定值减去所述负荷变化量；当发生远端线路甩负荷前对机组的调速模 式为开度调节时，根据"水头-负荷-开度曲线"计算出甩负荷后可维持机组稳定运行的开 度信号，并用所述开度信号更新机组的开度给定值。
[0015] 进一步，在所述步骤2中当所述变化率大于正常调速时的机组频率变化率大于正 常调速时机组频率变化率的1. 2倍时，则认为出现了甩负荷现象。
[0016] 进一步，所述步骤3中，通过查找"最大频率变化-甩负荷变化量"曲线得到所述 变化率对应的甩负荷变化量，或者根据所述"最大频率变化率-甩负荷变化量"曲线拟合出 反应最大频率变化率与甩负荷时负荷变化量关系的方程，将所述变化率带入到所述方程中 求得所述变化率对应的甩负荷变化量。
[0017] 进一步，反应最大频率变化率与甩负荷时负荷变化量关系的方程为 m 其中AM为甩负荷时负荷变化量；α为系数；f为机组频率。
[0018] 本发明还提供了一种发电机组调速系统远端线路甩负荷量获取方法，包括：
[0019] 步骤1 :采集发电机组的频率；
[0020] 步骤2 :计算所述频率相对于时间的变化率，将所述变化率与正常调速时的机组 频率变化率比较，当所述变化率大于正常调速时的机组频率变化率时认为出现了甩负荷现 象并记录最大频率变化率；
[0021] 步骤3 :根据"最大频率变化率-甩负荷变化量"曲线得到所述变化率对应的远端 线路甩负荷时负荷变化量。
[0022] 本发明对应上述方法还分别提出了一种发电机组调速系统远端线路甩负荷的控 制系统及一种发电机组调速系统远端线路甩负荷量获取系统。
[0023] 综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0024] 1.由于本发明的甩负荷判断不是依据频差而是依据频率变化率，因此本发明相对 现有技术中的线路甩负荷判断策略更加迅速，经实验确定本发明判断甩负荷时间可缩短到 0. 03~0.1 s (因电站调速器频率更新速率及采样速率而异）。
[0025] 2.本发明根据频率变化率与甩负荷变化量之间的数值关系这一发现拟合出反应 频率变化率与甩负荷变化量之间的数值方程，计算出的甩负荷量与实际甩负荷量之间的偏 差保持在0. 3 %以内，实现了负荷变化的精确预测。
[0026] 3.本发明还提出了根据甩负荷变化量的调速策略，实现了线路甩负荷的稳定控 制。
【附图说明】
[0027] 本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0028] 图1为本发明流程图。
[0029] 图2为水轮发电机组甩25 %负荷时频率变化率。
[0030] 图3为水轮机组依次甩25%、50%、75 %及100 %负荷时的频率变化率。
【具体实施方式】
[0031] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0032] 本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的 替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子 而已。
[0033] 如图1，本发明包括：
[0034] 步骤1 :采集发电机组的频率；
[0035] 步骤2 :计算所述频率相对于时间的变化率，将所述变化率与正常调速时的机组 频率变化率比较，当所述变化率大于正常调速时的机组频率变化率时认为出现了甩负荷现 象并记录最大频率变化率；
[0036] 步骤3 :根据"最大频率变化率-甩负荷变化量"曲线得到所述变化率对应的远端 线路甩负荷时负荷变化量；
[0037] 步骤4 :根据所述负荷量变化量对机组进行调速。
[0038] 在其他实施例中，所述甩负荷变化量用发电机负荷力矩变化量表示，也可以通过 频率变化加速度来确定是否发生了甩负荷现象，以及利用频率变化加速度与发电机负荷力 矩变化率的比例关系，推导出机组远端甩负荷变化量的大小。
[0039] 本发明提出的远端线路甩负荷时的调速方法可适用于水轮发电机组、火电发电机 组、核电发电机组及风电发电机组。
[0040] 为了更好的理解本发明原理，实施例中均结合水轮发电机组为例进行阐述。
[0041] 当发电机组为水轮发电机组时，步骤4的调速过程为：当发生远端线路甩负荷前 对机组的调速模式为功率调节时，则将功率给定值更新为甩负荷前的功率给定值减去所述 负荷变化量；当发生远端线路甩负荷前对机组的调速模式为开度调节时，根据"水头-负 荷-开度曲线"计算出甩负荷后可维持机组稳定运行的开度信号，并用所述开度信号更新机 组的开度给定值。
[0042] 在具体实施例中，甩负荷判断控制器具有两种输入形式，一种直接取自机组频率， 再进行频率变化率计算并进行甩负荷判断计算，另一种是直接取机组频率PID运算微分环 节的输出的频率变化率，进而直接进行甩负荷判断计算。两种方案原理一样，下面只以第一 种为例进行控制过程说明。实现步骤如下：
[0043] 1、数据准备
[0044] 在甩负荷试验中，甩负荷量的大小及最大频率变化率的关系（如图3,展示了当远 端线路分别不同程度的甩负荷时频率变化率，其中曲线的峰值为最大频率变化率）被记录 在"最大频率变化率-甩负荷变化量"关系曲线数组中，该曲线反应的是最大频率变化率与 远端线路甩负荷时负荷变化量的关系。这个数据可在水轮发电机组安装后投入使用前的甩 负荷试验得到，也可在机组投入使用后记录得到。数据准备步骤并非本控制策略的必要步 骤，只要能获得"最大频率变化率-甩负荷变化量"关系曲线即可，至于其在那个时期获取 并不是本发明关心的改进点，最大频率变化率-甩负荷变化量关系的发现是本发明方法的 基础，将在后续详细介绍。
[0045] 当发电机组为其他类型时，也可通过甩负荷试验得到"最大频率变化率-甩负荷 变化量"关系曲线。
[0046] 2、机组频率采集
[0047] 本实施例中使用调速器频率采集速率采集机组频率，并存储在频率数组中。
[0048] 3、计算频率变化率
[0049] 本实施例以50ms