一种确保一次调频动作方向的优化控制方法及系统与流程

本发明涉及火电机组调频领域，尤其涉及一种确保一次调频动作方向的优化控制方法及系统。

背景技术：

随着新能源并网、负荷增长和电网规模的不断增大，在特高压电网和大区电网互联的新形势下，各级电网联系日渐紧密，电网和机组之间协调配合的要求也越来越高，厂网协调功能中的一次调频成为稳定电网的有效手段之一。发电机组一次调频功能是汽轮发电机组固有的功能，主要是通过调节DEH系统的进汽调节门，利用锅炉蓄热，在电网出现异常的情况下，快速响应电网的要求，稳定电网频率，以弥补电网负荷差距，维持电网的安全。一次调节对系统频率变化的响应快，根据IEEE的统计，电力系统综合的一次调节特性时间常数一般在10秒左右；由于发电机的一次调节仅作用于汽轮机的阀门位置，而未作用于火力发电机组的燃烧系统，当阀门开度增大时，是锅炉中的蓄热暂时改变了原动机的功率，由于燃烧系统中的化学能量没有发生变化，随着蓄热量的减少，发电机的功率又会回到原来的水平。因而，火力发电机组一次调节的作用时间是短暂的。不同类型的火力发电机组，由于蓄热量的不同，一次调节的作用时间为0.5到2分钟不等。

目前，电网调度管理对机组的一次调频性能考核计算参数来源于调度计划和EMS(能量管理系统)。机组对应的频率、有功等测点信息定义在WAMS(广域监测系统)遥测定义表中，根据WAMS中定义遥测信息从PMU(同步向量测量装置)实时库中获取一次调频扰动计算的频率、有功、转速、一次调频前后指令等遥测数据。在电网调度的考核标准中规定：频率超出一次调频死区(50±0.033Hz)且持续在10秒及以上，同时最大频率偏差达到50±0.04Hz定义为有效扰动；发生有效扰动后，计算频率偏差超过死区时至一次调频计算结束点之间的有功功率变化量，有功功率变化量的积分值大于0，则认为一次调频正确动作，否则认为一次调频不正确动作；在一次有效扰动内，P3s和P0正向偏差小于机组铭牌出力的3‰，则记为该次一次调频动作不合格，其中频率越过死区时的机组有功出力记为P0，3s后有功出力记为P3s，正向偏差定义为有功变化对频率起正确作用。

实际运行中，机组运行在协调控制(CCS)方式，一次调频的调节主要为CCS和数字电液控制(DEH)共同动作来完成，如图1所示，将频率测量值与频率标准值50Hz进行求差，并通过电网规定的一次调频补偿量函数换算成需要补偿的功率量，一路送至CCS侧叠加至负荷指令值上生成新的负荷指令值，通过汽轮机PID控制器进行调节；一路送至DEH侧，经过线性转换成对应的阀门开度变化量，叠加至原有阀门开度指令上生成最终的阀门开度指令值，调节阀门执行器的开度。

由于电厂机组用于负荷控制的是功率变送器测量所得功率值，而电网考核所用为PMU所发的功率值，两者之间存在小幅差异；同时虽然国网规定调频动作死区为±0.033Hz，但各区域电网调频考核的具体限值各有不同，考核调频动作效果的频差值一般高于±0.033Hz，在实际一次调频考核中，经常出现频率超出考核死区瞬间，PMU所测功率出现小幅反调现象，造成考核指标不合格。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种确保一次调频动作方向的优化控制方法及系统，本发明能有效确保电网频率波动导致一次调频动作时机组负荷的变动方向，防止出现功率反调现象，有效改善机组调频的性能，提高火电机组对调度一次调频响应的准确性，提高其动作合格率，降低电网系统的频率波动。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种确保一次调频动作方向的优化控制方法，包括以下步骤：

设置电网调度考核动作频率阈值，计算电网频率偏差信号，当电网频率偏差信号超过调频死区频率阈值，且未达到区域电网调度考核动作频率阈值时，机组协调控制和数字电液控制各自保持原有动作方向和幅值，当电网频率偏差信号超过调频死区频率阈值，且达到区域电网调度考核动作频率阈值时机组CCS和DEH在保持应有动作幅值的同时，依据频差大小进行闭锁增或闭锁减调控。

通过模拟量发生器设定区域电网调度考核动作频差值。

所述调频死区为国家电网规定的标准，调频死区频率值为±0.033Hz。

进一步的，令电网频率偏差信号为Δf，调频死区频率阈值为Y，电网调度考核动作频率阈值为A，其中，A、Y均为正值，则：

(1)若Δf>A>Y，则机组协调控制侧汽轮机PID控制器闭锁减，且数字电液控制侧速率限制模块的负向速率限制端NR置数为0，亦相当于闭锁减；

(2)若Δf<-A<-Y，则机组协调控制侧汽轮机PID控制器闭锁增，且数字电液控制侧速率限制模块的正向速率限制端PR置数为0，亦相当于闭锁增；

(3)若A>Δf>Y或-A<Δf<-Y时，机组协调控制和数字电液控制各自保持原有动作方向和幅值，无闭锁。

一种确保一次调频动作方向的优化控制系统，包括：高低限报警模块、汽轮机PID控制器、第一模拟量切换器、第二模拟量切换器和速率限制模块，其中，高低限报警模块接收频率偏差值，高低限报警模块的越高限报警管脚输出端连接汽轮机PID控制器的闭锁减输入端和第一模拟量切换器的置位端，高低限报警模块的越低限报警管脚输出端连接汽轮机PID控制器的闭锁增输入端和第二模拟量切换器的置位端，第一模拟量切换器和第二模拟量切换器输出端分别接入不同的小选模块的输入端Z1，两个小选模块的输出端分别连接速率限制模块的正向速率限制端和负向速率限制端。

进一步的，用于设定区域电网调度考核动作频率阈值的模拟量发生器接入高低限报警模块的高限值输入端，模拟量发生器乘以-1后接入高低限报警模块的低限值输入端。

所述第一模拟量切换器和第二模拟量切换器的输入端Z1均设置为0，输入端Z2均设置为100。

所述小选模块的输入端Z2设置为100。

所述汽轮机PID控制器的PV端接收协调控制侧的实测负荷值，SP端接收协调控制侧负荷指令值与协调控制侧一次调频功率补偿量之和。

本发明的有益效果为：

(1)并网机组的一次调频性能的好坏直接影响电网频率的稳定，通过本发明能够有效确保电网频率波动导致一次调频动作时机组负荷的变动方向，防止出现功率反调现象，有效改善机组调频的性能，提高火电机组对调度一次调频响应的准确性，提高一次调频动作合格率，确保机组的调频能力达到调度考核标准的要求；

(2)本发明可以解决火电机组一次调频考核指标差等实际难题，能够有效满足电网对于机组一次调频的要求，满足调频调峰需求，一方面保持机组的安全运行，一方面能进一步提高电网频率的稳定性，进而确保广大用户的电气设备及电力设备的安全、有效运行。

附图说明

图1为常规一次调频动作控制示意图；

图2为本发明一次调频优化控制系统示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图2所示，一种有效确保一次调频动作方向的优化控制方法，包括：

电网频率偏差信号Δf接入高低限报警模块HLALM，HLALM的越高限报警管脚输出端D1分别接入汽轮机PID控制器的闭锁减输入端LD和模拟量切换器AXSEL1的置位端S，HLALM的越低限报警管脚输出端D2分别接入汽轮机PID控制器的闭锁增输入端LI和模拟量切换器AXSEL2的置位端S；模拟量切换器AXSEL1和模拟量切换器AXSEL2的输出端分别接入小选模块TWOSEL1和小选模块TWOSEL2的输入端Z1；速率限制模块RTLMT的负向速率限制端NR和正向速率限制端PR分别接受小选模块TWOSEL1和小选模块TWOSEL2的输出值。

区域电网调度考核动作频差值在模拟量发生器中A中设定，模拟量发生器A接入高低限报警模块HLALM的高限值输入端，模拟量发生器A乘以-1后接入高低限报警模块HLALM的低限值输入端。模拟量切换器AXSEL1和模拟量切换器AXSEL2的输入端Z1均设置为0，输入端Z2均设置为100。小选模块TWOSEL1和小选模块TWOSEL2的输入端Z2设置为100。

100为模块自身默认数值，根据各DCS厂家的不同可能存在差异，其设置原则为不影响正常调节速率即可。

当电网频率不稳定时，频率测量值与频率标准值50Hz之间会产生一偏差Δf，假设此时偏差为|Δf|>0.033，经按照国网要求设置的一次调频补偿量函数F(x)计算后，产生一个负荷补偿量ΔP，一路送至CCS侧叠加至负荷指令值上生成新的负荷指令值，通过汽轮机PID控制器进行调节；一路送至DEH侧，经过线性转换成对应的阀门开度变化量，叠加至原有阀门开度指令上生成最终的阀门开度指令值，调节阀门执行器的开度。

(1)若Δf>A>0.033，则高低限报警模块HLALM的越高限报警管脚输出端D1输出数字量指令“1”，使CCS侧汽轮机PID控制器闭锁减输入端LD为“1”，闭锁减；同时，模拟量切换器AXSEL1的置位端S为“1”，其输出为输入端Z1管脚的模拟量值0，经小选模块TWOSEL1后输出模拟量值0，使速率限制模块RTLMT的负向速率限制端NR的值为0，相当于闭锁减DEH侧阀门开度指令值；

(2)若Δf<-A<-0.033，则高低限报警模块HLALM的越低限报警管脚输出端D2输出数字量指令“1”，使CCS侧汽轮机PID控制器的闭锁增输入端LI为“1”，闭锁增；同时，模拟量切换器AXSEL2的置位端S为“1”，其输出为输入端Z1管脚的模拟量值0，经小选模块TWOSEL2后输出模拟量值0，使速率限制模块RTLMT的正向速率限制端PR的值为0，相当于闭锁增DEH侧阀门开度指令值；

(3)若A>Δf>0.033或-A<Δf<-0.033Hz时，机组CCS和DEH各自保持原有动作方向和幅值，无闭锁。

具体示例1：以山东电网考核标准为例，其有效扰动定义为频率超出一次调频死区(50±0.033Hz)且持续在6秒及以上，同时最大频率偏差达到50±0.038Hz，模拟量发生器中A中设定的区域电网调度考核动作频差值为0.038。

(1)若Δf>0.038>0.033，则高低限报警模块HLALM的越高限报警管脚输出端D1输出数字量指令“1”，使CCS侧汽轮机PID控制器闭锁减输入端LD为“1”，闭锁减；同时，模拟量切换器AXSEL1的置位端S为“1”，其输出为输入端Z1管脚的模拟量值0，经小选模块TWOSEL1后输出模拟量值0，使速率限制模块RTLMT的负向速率限制端NR的值为0，相当于闭锁减DEH侧阀门开度指令值；

(2)若Δf<-0.038<-0.033，则高低限报警模块HLALM的越低限报警管脚输出端D2输出数字量指令“1”，使CCS侧汽轮机PID控制器的闭锁增输入端LI为“1”，闭锁增；同时，模拟量切换器AXSEL2的置位端S为“1”，其输出为输入端Z1管脚的模拟量值0，经小选模块TWOSEL2后输出模拟量值0，使速率限制模块RTLMT的正向速率限制端PR的值为0，相当于闭锁增DEH侧阀门开度指令值；

(3)若0.038>Δf>0.033或-0.038<Δf<-0.033Hz时，机组CCS和DEH各自保持原有动作方向和幅值，无闭锁。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。