一种火电机组一次调频性能考核指标计算方法及其系统与流程

本发明涉及一种基于改进积分电量算法的火电机组一次调频性能考核指标计算方法及其系统，属于电力系统及其自动化技术领域。

背景技术：

随着全国经济的快速发展，各地区有功功率负荷需求不断增大，保证电能的供需平衡是频率稳定的重要条件。同时，随着我国跨区域互联电网的不断发展，大容量远距离输电成为我国电网的一个重要特点。随着单回输电线路输电容量的不断增加，系统发生导致频率大幅度波动事故的风险不断加大，使得电网运行调度更加关注机组一次调频的性能。当电力系统中出现功率缺额时，电力系统的频率低于额定值，具备一次调频功能的机组利用锅炉中的蓄热，根据系统的频率变化量自发的快速调整出力，改善系统的频率稳定性。

在功率扰动故障下，当系统频率偏差较小未达到调速器的限幅时，调速器的调门信号为关于频率变化的线性曲线，其幅值由系统的频率偏差和调差系数共同决定；当系统频率偏差达到调速器的限幅时，调门指令为固定值，不随频率变化而变化。在调门信号下，火电机组调速器通过改变汽门开度的大小来调节火电机组的实际出力，但是，由于汽轮机释放蓄热需要一定的延时，机组实际出力并未不能立刻跟随调门指令的变化，从而导致目前采用的积分电量的计算方法得出的机组一次调频理论电量远大于机组的实际动作电量，以两者的比值作为一次调频效果指标得到的结果普遍较小，作为性能考核的指标参考价值不大。

而且目前电力公司普遍采用的积分电量更侧重的是在频率扰动故障期间，从一次调频辅助服务市场的角度出发，体现的是整个过程中机组增发电量的价值。

技术实现要素：

针对现有一次调频考核方法的不足，充分考虑在系统频率跌落和恢复初期机组出力的重要贡献，本发明提供一种基于改进积分电量算法的火电机组一次调频性能考核指标计算方法及其系统，不仅实现了系统在功率扰动故障扰动后火电机组一次调频性能考核，而且能够提高机组一次调频能力，抑制频率的快速变化和支持频率的快速恢复。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种火电机组一次调频性能考核指标计算方法，包括以下步骤：

一种火电机组一次调频性能考核指标计算方法，包括以下步骤：根据系统的相关电气量信息计算积分电量的附加权重系数；根据所述附加权重系数，计算一次调频机组的一次调频实际增加出力的积分电量和一次调频理论增加出力的积分电量；基于所述一次调频实际增加出力的积分电量和一次调频理论增加出力的积分电量计算机组的一次调频性能考核指标值。

进一步地，所述根据系统的相关电气量信息计算积分电量的附加权重系数之前，还包括获取相关计算参数，确定是否要对并网的火电机组进行一次调频性能考核，具体方法如下：

利用wams系统(广域监测系统)的一次调频在线监测系统，获得扰动过程中系统频率f(t)和机组有功出力p(t)；

当电网频率超出50±δfsq且持续时间超过20秒时，则考核在该次扰动过程中火电机组的一次调频性能，其中，δfsq为机组频率的控制死区；电网频率首次超出50±δfsq的时刻记为0，首次返回50±δfsq之内的时刻记为tz，若tz≥60秒，则tz按60秒考虑；考核的扰动过程时间范围为0-tz；

根据发电机组并网要求，获得火电机组的一次调频的最大调整负荷限幅为δpmax和额定功率为pn，调速器的调差系数为δ。

所述积分电量的附加权重系数的计算方法如下；

对f(t)进行求导得到频率变化率的表达式为

将系统频率f(t)和频率的变化率f'(t)进行归一化处理，得到一次调频过程中的贡献指标系数分别为f^*(t)和f'^*(t)；其中，δt为采样的时间间隔。

进而得到综合的附加权重系数为

k(t)＝f^*(t)+f'^*(t)(1)。

将系统频率f(t)和频率的变化率f'(t)进行归一化处理，得到一次调频过程中的贡献指标系数分别为f^*(t)和f'^*(t)，具体方法如下：

式中：f(t)max和f'(t)max为系统频率和频率变化率的值在时间0-tz之间的最大值，f(t)min和f'(t)min为系统频率和频率变化率的值在时间0-tz之间的最小值，t的范围为0-tz。

一次调频机组附加权重后的一次调频实际增加出力的积分电量为

所述一次调频理论增加出力的积分电量为

当[f(t)-fn]×pn/fn/δ≥δpmax时，则dpj(t)＝δpmax；

当[f(t)-fn]×pn/fn/δ<δpmax时，则δpj(t)＝[f(t)-fn]×pn/fn/δ；

当k(t)≥1时，令η＝k(t)；

当k(t)<1时，令η＝1；

式中，p(0)为机组在0时刻的实际出力；fn为系统的额定频率。

所述机组的一次调频性能考核指标值的计算方法如下：

本发明实施例还提供一种火电机组一次调频性能考核指标计算系统，系统包括网络接口、存储器和处理器；其中，

网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；

存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；

处理器，用于在运行所述计算机程序指令时，执行上述火电机组一次调频性能考核指标计算方法的步骤。

本发明的有益效果如下：

本发明方法是针对目前采用的火电机组一次调频性能考核指标的不足，提出了根据机组一次调频贡献程度附加不同权重的积分电量算法以及一次调频性能考核指标算法，有助于提高并网机组参与一次调频辅助服务功能的积极性，规范机组的一次调频性能。本发明考虑将频率偏移量和频率变化率作为综合系数指标，当频率响应的综合贡献系数大于1时，将机组实际出力与该系数的乘积结果作为机组贡献出力，并将其与初始出力之差的积分电量与实际理论积分电量的比值作为考核的标准，通过在机组实际出力改变量的基础上叠加一定的补偿电量，鼓励机组更快更多的调整出力，抑制频率的快速变化和支持频率的快速恢复。

附图说明

图1是本发明方法的工作流程图。

图2是归一化的曲线；

图3是综合的附加权重系数图。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明方法的基本原理是：在系统有功功率扰动故障下，对于火电机组的一次调频增加的出力，其在频率的变化速率越快、频率偏差越大的时刻，机组增发电量的贡献越大。因此，考虑将频率偏移量和频率变化率作为综合的附加权重系数指标，首先将频率偏移量和频率变化率的值进行归一化的处理，当频率响应的综合贡献系数大于1时，将机组实际出力与该系数的乘积结果作为机组贡献出力，并将其与初始出力之差的积分电量与实际理论积分电量的比值作为考核的标准。其具体实施步骤如图1所示。

1)利用wams系统(广域监测系统)的一次调频在线监测系统，获得扰动过程中系统频率f(t)和机组有功出力p(t)。当电网频率超出50±δfsq且持续时间超过20秒时，则考核在该次扰动过程中火电机组的一次调频贡献，其中，δfsq为机组频率的控制死区。电网频率首次超出50±δfsq的时刻记为0，首次返回50±δfsq之内的时刻记为tz，若tz≥60秒，则tz按照60秒考虑。考核的扰动过程时间范围为0-tz。

另外，根据发电机组并网要求，获得火电机组的一次调频的最大调整负荷限幅为δpmax和额定功率为pn，调速器的调差系数为δ。

2)计算积分电量的附加权重系数。

对f(t)进行求导得到频率变化率的表达式为

其中，δt为采样的时间间隔。

将系统频率f(t)和频率的变化率f'(t)进行归一化处理

式中：f(t)max和f'(t)max为系统频率和频率变化率的值在时间0-tz之间的最大值，f(t)min和f'(t)min为系统频率和频率变化率的值在时间0-tz之间的的最小值，t的范围为0-tz。归一化的曲线如图2所示。

进而得到综合的附加权重系数(如图3所示)为

k(t)＝f^*(t)+f'^*(t)(1)

3)计算一次调频机组实际增发出力的考虑附加权重的积分电量和相应时间内理论计算积分电量。

附加权重的一次调频实际增加出力的积分电量为

一次调频理论增加出力的积分电量为

当[f(t)-fn]×pn/fn/δ≥δpmax时，则δpj(t)＝δpmax；

当[f(t)-fn]×pn/fn/δ<δpmax时，则δpj(t)＝[f(t)-fn]×pn/fn/δ。

当k(t)≥1时，令η＝k(t)；

当k(t)<1时，令η＝1。

式中，p(0)为机组在0时刻的实际出力；fn为系统的额定频率。

4)计算出机组的一次调频性能考核指标。

一种火电机组一次调频性能考核指标计算系统，系统包括网络接口、存储器和处理器；其中，

网络接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；

存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序指令；

处理器，用于在运行计算机程序指令时，执行上述火电机组一次调频性能考核指标计算方法的步骤。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。