一种基于频率下垂调节方法的一次调频控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及火力发电机组一次调频技术领域，具体是一种基于频率下垂调节方法 的一次调频控制系统及方法。
【背景技术】
[0002] 电网频率作为衡量电能质量的三个基本指标之一，关系着电气设备的正常运行以 及用户的用电质量。在电力系统运行时，电力系统负荷的实时、随机变化，会引起电网频率 的实时、随机波动，因此，将电力系统的电网频率稳定在额定值附近运行，是电力系统安全 稳定运行的主要目标之一。
[0003] 电力系统一次调频控制功能是用于消除因电力系统第一类负荷变化所造成的电 网频率波动现象，它是提高电能质量的一种重要手段，也是汽轮发电机组并网运行的必备 功能。它由一次调频控制系统具体实现，其原理是：当电网由于发电功率和负荷功率不平衡 引起电网的频率发生变化后，由于现在的一次调频设有死区，当频率超过死区后，各发电机 的调速系统开始动作，根据频偏差和机组的转动惯量调整机械处理，系统频率下降变缓，随 着发电机机械出力的增加，频率开始恢复。
[0004] 大型火力发电机组通常都是以单元制运行方式。汽轮机在采用机械液压调速系统 时，一次调频是汽轮机本身固有的一种特性，不能手动切除，转速不等率无法随意改变。在 采用电液调速系统后，汽轮机的一次调频固有特性可以通过一次调频开关、一次调频特性 函数的设置而实现可选特性。
[0005] 火电机组典型一次调频控制方式包括：汽轮机侧的数字式电液控制系统（DEH) - 次调频（方式一）、机组协调控制（CCS) -次调频（方式二）、DHl和CCS共同作用下的一 次调频（方式三）三种方式。
[0006] 目前电力系统并网机组的一次调频控制系统设计普遍采用DHl和CCS的共同作用 的一次调频方式，如图1所示。调频方法是：将经过发电机组调频死区作用目标频差指令 (以50Hz为基准）转换成负荷增减量信号后，一方面是将其叠加于汽轮机调节阀控制指令， 以改变调节阀开度，利用锅炉蓄热快速增减机组出力，以减缓频率下降；另一方面是改变锅 炉主控指令，使机组的燃料、空气和水供给跟上负荷变化，维持主蒸汽压力在安全范围内。
[0007] 电力系统控制性能标准（control performance standard，CPS)制定时认为区域 控制偏差（Area Control Error，ACE)符合正态分布。由于现在的一次调频设有死区，出现 频率概率分布双峰现象，使电网频率偏离正态分布，因此，现有的一次调频控制方式会影响 CPS指标的正确性。
【发明内容】
[0008] 本发明提供一种基于频率下垂调节方法的一次调频控制系统及方法，可以实现一 次调频控制快速稳定系统频率并改善由调频死区所带来的频率概率分布双驼峰现象，为电 网频率安全提供了有效保障。
[0009] -种基于频率下垂调节方法的一次调频控制系统，包括依次相连的负荷协调控制 部分、基础控制部分、机组部分，其特征在于：负荷协调控制部分包括绝对值计算单元、频率 变化范围判断单元、下垂控制负荷指令计算单元、不等率负荷指令计算单元、机炉负荷控制 单元、下垂特性基准频率计算单元，
[0010] 绝对值计算单元，用于将电网实际频率f与额定基准频率fc的差值，即瞬时电网 频率相对变化量△ fk，进行绝对值计算得到瞬时电网频率相对变化量绝对值
[0011] 频率变化范围判断单元，用于依据瞬时电网频率相对变化量绝对值4Λ选择开通 下垂控制负荷指令计算单元或不等率负荷指令计算单元，垂控制负荷指令计算单元和不等 率负荷指令计算单元不同时开通；
[0012] 下垂特性基准频率计算单元，用于将系统功率缺额转化为目标频差指令
.其中f为电网实际频率，^为下垂特性频率基准值，
f。为 额定基准频率，其值为50H，m为下垂系数，为一个正值，△ P为一次调频过程的系统功率缺 额；
[0013] 下垂控制负荷指令计算单元，用于在开通时将目标频差指令AfV1转化为实际负 荷指令P M;
[0014] 不等率负荷指令计算单元，用于在开通时将固定基准频率控制方法的一次调频控 制输入指令Af rf= f-f。转化为实际负荷指令Pra，其中f为电网实际频率，f。为额定基准 频率；
[0015] 机炉负荷控制单元，用于将下垂控制负荷指令计算单元和不等率负荷指令计算单 元转化的实际负荷指令PcdP实际负荷指令P C2转化为锅炉主控指令0 B和汽轮机主控指令 Ot后输出给基础控制部分；
[0016] 基础控制部分，用于根据锅炉主控指令Ob和汽轮机主控指令0 τ控制机组部分进行 相应动作以进行一次调频。
[0017] 如上所述的基于频率下垂调节方法的一次调频控制系统，频率变化范围判断单元 依据瞬时电网频率相对变化量绝对值Δ/T选择开通下垂控制负荷指令计算单元或不等率负 荷指令计算单元具体为：
则频率变化范围判断单元输出瞬时一次调频系统负荷指令的控 制代码C1 (0, 1)，下垂控制负荷指令计算单元接收信号后保持开通状态，不等率负荷指令计 算单元接收信号后被闭锁，此时为频率下垂调节方法；
则频率变化范围判断单元输出瞬时一次调频系统负荷指令的 控制代码C2 (1，0)，闭锁下垂控制负荷指令计算单元105,开通下垂控制负荷指令计算单元， 此时为固定基准频率控制方法。
[0020] 一种基于频率下垂调节方法的一次调频控制方法，其特征在于包括如下步骤：
[0021] 步骤Sll :计算电网实际频率f与额定基准频率f。的差值Δ fk，即瞬时电网频率相 对变化量，其中f。= 50Hz ;
[0022] 步骤S12 :绝对值计算单元对瞬时电网频率相对变化量△ &进行绝对值计算，求 △ &的绝对值
即瞬时电网频率相对变化量绝对值；
[0023] 步骤S13 :频率变化范围判断单元对瞬时电网频率相对变化量绝对值Δ/；进行
的判断，若是，则进入步骤S14 ;若否，则进入步骤S16 ;
[0024] 步骤S14 :频率变化范围判断单元开通下垂控制负荷指令计算单元，闭锁不等率 负荷指令计算单元；
[0025] 步骤S15 :下垂特性基准频率计算单元将系统功率缺额转化为一次调频控制输入 指4
其中f为电网实际频率，I为下垂特性频率基准值，
为额定基准频率，其值为50Hz，m为下垂系数，为一个正值，△ P为一次调频过程的系统功率 缺额；
[0026] 步骤S16 :频率变化范围判断单元闭锁下垂控制负荷指令计算单元，开通不等率 负荷指令计算单元；
[0027] 步骤S17 :计算得到固定基准频率控制方法的一次调频控制输入指令Δ frf = f-f〇, f〇= 50Hz ；
[0028] 步骤S18 :下垂控制负荷指令计算单元开通时将步骤S15中的一次调频控制输入 指令AfV1转化为实际负荷指令P m;不等率负荷指令计算单元开通时将目标频差指令Af =f-心转化为实际负荷指令P
[0029] 步骤S19 :根据实际负荷指令锅炉侧的控制机组部分进行相应动作以进行一次调 频。
[0030] 如上所述的基于频率下垂调节方法的一次调频控制方法，步骤S19具体为：机炉 负荷控制单元根据实际负荷指令分别对锅炉子控制系统和汽轮机子控制系统发出控制指 令，锅炉子控制系统接收指令后，控制送煤机电机、锅炉给水栗、送风机电机，改变锅炉燃烧 率，汽轮机子控制系统接收指令后，控制汽轮机增减出力，进行功率补偿。
[0031] 本发明采用频率下垂调节和固定基准频率控制方法互相配合的一次调频控制策 略，将发电机组的调频死区设为零，实现一次调频控制快速稳定系统频率并改善由调频死 区所带来的频率概率分布双驼峰现象，为电网频率安全提供了有效保障。
【附图说明】
[0032] 图1是现有技术一次调频控制系统的结构框图；
[0033] 图2是本发明基于频率下垂调节方法的一次调频控制系统的结构框图；
[0034] 图3是频率下垂特性不意图；
[0035] 图4是发明基于频率下垂调节方法的一次调频控制方法的流程示意图；
[0036] 图5是发明的仿真实验结果。
[0037] 图中：