基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法及系统，包括：当机组转速偏差信号Δn的绝对值在设定范围之内时，未达到系统调度考核动作值，系统输出为机组转速偏差信号Δn经过一次调频补偿量函数f(x)补偿后，产生的负荷补偿量ΔP1；当机组转速偏差信号Δn的绝对值在设定范围之外时，达到系统调度考核动作值，根据机组转速偏差信号Δn的正负确定系统的最终输出量，并根据设定的滞后时间确定系统最终输出量的持续时间。本发明有益效果：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。
【专利说明】基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法及系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及火电机组调频领域，尤其涉及一种基于幅值保持的火电机组一次调频 优化控制方法及系统。
【背景技术】
[0002] 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，网厂 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DH1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。
[0003] -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原动机的阀门位置，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，原动机的功率又会 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。
[0004] 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。发电机的一次调节采用的调整方法是有差特性法，其优点是所有机组的调整只与 一个参变量有关（即与系统频率有关），机组之间互相影响小。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。
[0005] 由于一次调频存在的快速性、短暂性等特性，其调整曲线在电厂机组侧主要以尖 脉冲形式体现，同时，由于WAMS数据采样精度较高（40ms)，实际频率、功率等参数曲线含有 较多毛刺，调度侧进行了滤波处理，因此实际的一次调频反应经过各个系统的转换计算以 及网络传输等因素的影响，必然会存在一定的衰减，造成在实际考核中的反应幅值达不到 考核标准要求。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种基于幅值保持的火电机组一次 调频优化控制方法及系统，该方法能有效改善机组调频的性能，提高火电机组对调度一次 调频响应的快速性和准确性，进而确保其调频能力，降低电网系统的频率波动。
[0007] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0008] -种基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法，包括：
[0009] 当机组转速偏差信号Λη的绝对值在设定范围之内时，未达到系统调度考核动作 值，系统输出为机组转速偏差信号Λη经过一次调频补偿量函数f( x)补偿后，产生的负荷 补偿量Λ PI。
[0010] 当机组转速偏差信号Λη的绝对值在设定范围之外时，达到系统调度考核动作 值，根据机组转速偏差信号Λη的正负确定系统的最终输出量，并根据设定的滞后时间确 定系统最终输出量的持续时间。
[0011] 所述设定范围由调度考核的转速偏差量决定。
[0012] 当机组转速偏差信号Λ η的绝对值在设定范围之外时：
[0013] (1)若Λη>〇,则系统的输出为系统实际输出量ΛΡ2与机组转速偏差信号Λη经 一次调频补偿量函数f( X)补偿后的的功率补偿量ΛΡ1之间的高值。
[0014] (2)若Λη〈〇,则系统的输出为系统实际输出量ΛΡ2与机组转速偏差信号Λη经 一次调频补偿量函数f( X)补偿后的的功率补偿量ΛΡ1之间的低值。
[0015] 一种基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法的系统，包括：
[0016] 机组转速偏差信号Λη经过一次调频补偿量函数f(x)后，产生负荷补偿量ΛΡ1， 负荷补偿量ΛΡ1分别接入选择器TW0SEL1和选择器TW0SEL2的输入端二，负荷补偿量ΛΡ1 还接入模拟量切换器AXSEL2的输入端二，模拟量切换器AXSEL2的输出端分别接入选择器 TW0SEL1和选择器TW0SEL2的输入端一，选择器TW0SEL1和选择器TW0SEL2的输出端分别接 入模拟量切换器AXSEL1的输入端一和输入端二，模拟量切换器AXSEL1的输出端接入模拟 量切换器AXSEL2的输入端一。
[0017] 机组转速偏差信号Δη接入比较器CMP的输入端一后，其输出接入模拟量切换器 AXSEL1的输入端三。
[0018] 机组转速偏差信号Λ η依次经过高低限报警模块HLALM和滞后复位定时器Timer 后接入模拟量切换器AXSEL2的输入端三。
[0019] 模拟量发生器A1接入高低限报警模块HLALM的高限值输入端，模拟量发生器A1 乘以-1后接入高低限报警模块HLALM的低限值输入端。
[0020] 用于设置滞后时间的模拟量发生器A2接入滞后复位定时器Timer的DT输入端。
[0021] 比较器CMP的输入端二接零。
[0022] 所述选择器TW0SEL1和选择器TW0SEL2分别设置为选高值和选低值。
[0023] 本发明的有益效果是：
[0024] (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 有效降低实际一次调频反应过程中各个系统的转换计算以及网络传输等因素造成的不良 影响，提高机组对电网频率变化响应的快速性和准确性，确保机组的调频能力达到调度考 核标准的要求。
[0025] (2)通过一次调频功率变化值的大小、正负判断，能有效保证机组在一次调频时迅 速达到所要求的最大值，确保不误动、拒动，并能有效保证动作的有效性。
[0026] (3)通过转速偏差幅值大小的判断实现电网大小幅频率波动的不同反应，既保证 机组不频繁动作，又确保需要动作时的动作幅值达到要求，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。
[0027] (4)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。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1为本发明一次调频优化控制系统示意图；
[0029] 图2为本发明滞后复位型定时器工作示意图。
【具体实施方式】：
[0030] 下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
[0031] 如图1所示，一种基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制系统，包括：
[0032] 机组转速偏差信号Λη经过一次调频补偿量函数f(x)后，产生负荷补偿量ΛΡ1， Λ P1分别接入TW0SEL1和TW0SEL2的X2输入端，模拟量切换器AXSEL2的输出量Λ P2分别 接入TW0SEL1和TW0SEL2的XI输入端，TW0SEL1和TW0SEL2的输出端分别接入模拟量切换 器AXSEL1的Ζ1输入端和Ζ2输入端。
[0033] 机组转速偏差信号Λ η接入CMP的XI输入端，CMP的Χ2输入端接零，CMP的输出 端接入模拟量切换器AXSEL1的S输入端。
[0034] 机组转速偏差信号Λ η分别接入高低限报警模块HLALM的X输入端和CMP的XI输 入端，模拟量发生器Α1以及模拟量发生器Α1的值取负值后分别接入高低限报警模块HLALM 的高低限值输入端，高低限报警模块HLALM的输出端接入滞后复位定时器Timer的S输入 端，模拟量发生器A2接入滞后复位定时器Timer的DT输入端。
[0035] 滞后复位定时器Timer的输出端接入模拟量切换器AXSEL2的S输入端，模拟量切 换器AXSEL1的输出端接入模拟量切换器AXSEL2的Z1输入端，机组转速偏差信号Λ η经过 一次调频补偿量函数f (X)后，产生负荷补偿量ΛΡ1接入模拟量切换器AXSEL2的Ζ2输入 端。
[0036] 当电网频率不稳定时，发电机的转速会产生一个偏差，假设此时偏差为 Λη(| Λη|>2)，经信号函数f(x)补偿后，产生一个负荷补偿量ΛΡ。
[0037] (1)根据Λ η经过高低限报警模块HLALM生成数字量指令"0"或"1"，其中高低限 报警模块的高低限值由调度考核的转速偏差量决定，如某区域电网要求的一次调频动作考 核值为±2. 4转，则在模拟量发生器A1中设置常数2. 4,即此时HLALM的高限值Η为2. 4， 低限值L为-2. 4。
[0038] (2)当Λη的绝对值小于2. 4时，HLALM输出为"0"，即未达至IJ调度考核动作值时， 则Timer的输出为"0"，即不对偏差量进行保持；当HLALM输出为"1"，即达到调度考核动作 值时，则Timer的输出为"1"，本例中A2中设置的数值为2s。
[0039] (3)根据机组转速偏差信号Λ η的正负来决定模拟量切换器AXSEL1的输出，当 Λη>0时，AXSEL1的输出由Ζ1管脚输入决定，即为AXSEL2的输出ΛΡ2和额定输出转速偏 差值对应的功率补偿量ΛΡ1两者之间的高值；当Λη〈〇时，AXSEL1的输出由Ζ2管脚输入 决定，即为ΛΡ2和ΛΡ1两者之间的低值。
[0040] (4)根据Timer和AXSEL1的输出决定模拟量切换器AXSEL2的输出，当AXSEL2的 s端输入为"1"即达到调度考核动作值时，AXSEL2输出为Z1即AXSEL1的输出；当AXSEL2 的S端输入为"0"时，AXSEL2输出为Z2即额定输出转速偏差值对应的功率补偿量ΛΡ1。
[0041] 滞后复位型定时器工作原理如图2所示：当Set置位信号从0变到1时，输出D跟 随到1，在输出D未被复位前，贝u在最后一个Set信号的下降沿延时DT后，输出D才被复位， 也就是说此种工况下D的实际输出时间长度为Set信号的时间长度叠加 DT后之和；Rst复 位信号的上升沿一到，输出D立即复位。
[0042] 具体示例1 :当Δη = 3>2. 4时，一次调频补偿量函数f (X)的输出为ΔΡ1 = 2， HLALM输出为"1"且持续0. 5s，因 Timer中的滞后时间DT = 2, Timer中的置位端S为开关 量" 1"，即Timer的输出保持" 1"延续2+0. 5 = 2. 5s，则AXSEL2的输出保持Z1管脚输入值 且持续时间为2. 5s ;因此时Λη = 3>0,故此时AXSEL1的输出为其Z1管脚的输入值，即为 Λ Ρ1和Λ Ρ2的大值，因一次调频变化前转速偏差基本为0,对应功率补偿量也为0,因此此 时AXSEL1的输出为ΛΡ1 = 2 ;也就是说，在这一个一次调频的调整过程中AXSEL2的输出 Λ Ρ2保持幅值2,且持续2. 5s，有效确保了该值的有效性，避免了因系统扫描周期、滤波等 造成的幅值不达标；当2. 5s之后，Λ n〈2. 4时，HLALM输出为0, Timer中的输出为"0"，因 此，AXSEL2的输出为Z2输入的实际功率补偿量。
[〇〇43] 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。
【权利要求】
1. 一种基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法，其特征是，包括： 当机组转速偏差信号Λη的绝对值在设定范围之内时，未达到系统调度考核动作值， 系统输出为机组转速偏差信号Λη经过一次调频补偿量函数f(x)补偿后，产生的负荷补偿 量 ΛΡ1 ; 当机组转速偏差信号Λη的绝对值在设定范围之外时，达到系统调度考核动作值，根 据机组转速偏差信号Λη的正负确定系统的最终输出量，并根据设定的滞后时间确定系统 最终输出量的持续时间。
2. 如权利要求1所述的基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法，其特征是， 所述设定范围由调度考核的转速偏差量决定。
3. 如权利要求1所述的基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法，其特征是， 当机组转速偏差信号△ η的绝对值在设定范围之外时： (1) 若Λη>〇,则系统的输出为系统实际输出量ΛΡ2与机组转速偏差信号Λη经一次 调频补偿量函数f(x)补偿后的的功率补偿量ΛΡ1之间的高值； (2) 若Λη〈〇,则系统的输出为系统实际输出量ΛΡ2与机组转速偏差信号Λη经一次 调频补偿量函数f(x)补偿后的的功率补偿量ΛΡ1之间的低值。
4. 一种实现如权利要求1所述的基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法的 系统，其特征是，包括： 机组转速偏差信号Λη经过一次调频补偿量函数f(x)后，产生负荷补偿量ΛΡ1，负 荷补偿量ΛΡ1分别接入选择器TW0SEL1和选择器TW0SEL2的输入端二，负荷补偿量ΛΡ1 还接入模拟量切换器AXSEL2的输入端二，模拟量切换器AXSEL2的输出端分别接入选择器 TW0SEL1和选择器TW0SEL2的输入端一，选择器TW0SEL1和选择器TW0SEL2的输出端分别接 入模拟量切换器AXSEL1的输入端一和输入端二，模拟量切换器AXSEL1的输出端接入模拟 量切换器AXSEL2的输入端一； 机组转速偏差信号Λη接入比较器CMP的输入端一后，其输出接入模拟量切换器 AXSEL1的输入端三； 机组转速偏差信号Λ η依次经过高低限报警模块HLALM和滞后复位定时器Timer后接 入模拟量切换器AXSEL2的输入端三。
5. 如权利要求4所述的一种实现基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法的 系统，其特征是，模拟量发生器A1接入高低限报警模块HLALM的高限值输入端，模拟量发生 器A1乘以-1后接入高低限报警模块HLALM的低限值输入端。
6. 如权利要求4所述的一种实现基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法的 系统，其特征是，用于设置滞后时间的模拟量发生器A2接入滞后复位定时器Timer的DT输 入端。
7. 如权利要求4所述的一种实现基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法的 系统，其特征是，比较器CMP的输入端二接零。
8. 如权利要求4所述的一种实现基于幅值保持的火电机组一次调频优化控制方法的 系统，其特征是，所述选择器TW0SEL1和选择器TW0SEL2分别设置为选高值和选低值。
【文档编号】H02J3/24GK104052072SQ201410227689
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年5月27日 优先权日:2014年5月27日
【发明者】李军, 李慧聪, 王昭鑫 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院, 国网山东省电力公司