本发明涉及一种基于电网频率变化的发电机组负荷串级控制方法及系统。
背景技术：
随着电力系统中新技术、新设备的发展成熟，目前电源建设中大容量发电机组已占电源供给的主导地位，风力发电、光伏发电以及核能发电发展迅速，同时长距离、大容量的特高压输电线路也得到了广泛应用，整个电力系统结构发生了较大的变化。
新型的电力系统结构在推动电力技术发展、资源节能降耗、改善环境等方面经济社会效益显著，但是新的电力结构形势下，电网优质稳定运行的压力也越来越大，比如大容量发电机组的非计划停运、特高压线路的保护闭锁均对区域电网的安全稳定运行带来不利影响，风力发电集中地区的供电负荷会存在反调峰现象，因此如何在新的电力系统结构形式下，及时优化改进电力设备控制技术方案，提升电网稳定运行能力是今后一段时间内的一个重要技术课题。
技术实现要素：
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于电网频率变化的发电机组负荷串级控制方法及系统，本发明能够在发电机组负荷在电网频率波动时，提升发电机组快速改变自身发电出力，调整电网运行频率回归正常运行范围的能力。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于电网频率变化的发电机组负荷串级控制系统，包括频率pid控制器、跟踪判断模块和负荷pid控制器，其中：
所述跟踪判断模块，被配置为接收频率设定值和实时值，根据两者偏差确定频率pid控制器运行状态判断条件，确定频率pid控制器的工作状态；
所述频率pid控制器，被配置为接收频率设定值和实时值，接收跟踪判断模块的判断条件结果，切换自身状态，根据两者偏差动态和自身状态调整输出，确定机组负荷pid控制器的负荷设定值；
所述负荷pid控制器，被配置为接收频率pid控制器输出的负荷设定值，结合接收的负荷实时值，生成对应的负荷调整指令。
进一步的，所述跟踪判断模块，当频率设定值和实时值的偏差达到设定阈值条件时，频率pid控制器完成从跟踪状态到自动调节状态的切换。
进一步的，当频率pid控制器处于自动调节状态时，根据电网频率设定值和电网频率实时值的偏差动态调整pid控制器的输出，修正机组负荷pid控制器的负荷设定值；当电网频率pid控制器处于跟踪状态时，输出为0，电网频率pid控制器不修正机组负荷pid控制器的负荷设定值。
进一步的，所述频率pid控制器利用投入开关切换不同的输出结果。
进一步的，所述频率pid控制器的输出经过限幅模块后，输入给负荷pid控制器。
更进一步的，限幅后的频率pid控制器的输出值与初始设定的负荷设定值通过add模块相加求和后传输给负荷pid控制器，作为最终的负荷设定值。
进一步的，所述负荷pid控制器根据机组负荷设计设定值和机组负荷实时值偏差进行动态调节，输出指令至发电机组的负荷调整装置，改变机组负荷出力，使机组实际负荷等于实际负荷设定值，完成机组负荷的快速调节。
基于上述系统的工作方法，包括以下步骤：
(1)电网频率设定值与电网频率实时值分别送电网频率pid控制器和跟踪判断模块；
(2)根据电网频率设定值和电网实时值得偏差自动计算频率pid控制器运行状态判断条件；当二者偏差达到某一阈值条件时，频率pid控制器完成从跟踪到自动调节的切换；
(3)当电网频率pid控制器处于自动调节状态时，根据电网频率设定值和电网频率实时值的偏差动态调整pid控制器的输出，修正机组负荷pid控制器的负荷设定值；当电网频率pid控制器处于跟踪状态时，输出为0，电网频率pid控制器不修正机组负荷pid控制器的负荷设定值；
(4)负荷pid控制器接收频率pid控制器输出的负荷设定值，结合接收的负荷实时值，生成对应的负荷调整指令。
进一步的，电网频率设定值动态设定，频率实时值为电网实时运行频率。
优选为50hz。
切换阈值为(0-0.2]。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明将电网频率变化引入机组负荷的闭环控制系统中，形成机组负荷的串级控制，在电网频率波动时，根据频率波动偏差的大小动态修正机组负荷调整回路，提升了机组负荷的调整速度，增强电网的调频调峰能力。本发明控制系统参数仅以机组的发电负荷和电网的运行频率为参考，因此该技术方案在火力发电、风力发电等发电设备中具有广泛适用性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为基于电网频率变化的发电机组负荷串级控制系统结构原理图。
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。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
针对发电机组负荷在电网频率波动时，如何提升发电机组快速改变自身发电出力，调整电网运行频率回归正常运行范围的能力，本发明提供了一套基于电网频率变化的发电机组负荷串级控制系统，其结构原理图如图1所示，主要包括电网频率pid控制器、机组负荷pid控制器、频率调节投切开关等模块。
工作步骤如下：
(1)电网频率设定值与电网频率实时值分别送电网频率pid控制器和跟踪判断模块。电网频率设定值可动态设定，在我国一般固定为50hz，频率实时值为电网实时运行频率。
(2)电网频率pid控制器，当电网频率pid控制器处于自动调节状态时，根据电网频率设定值和电网频率实时值的偏差动态调整pid控制器的输出，修正机组负荷pid控制器的负荷设定值；当电网频率pid控制器处于跟踪状态时，输出为0，电网频率pid控制器不修正机组负荷pid控制器的负荷设定值。
(3)频率pid控制器跟踪判断模块，根据电网频率设定值和电网实时值得偏差自动计算频率pid控制器运行状态判断条件。当二者偏差达到某一阈值条件时，频率pid控制器完成从跟踪到自动调节的切换，切换阈值一般为0-0.2，本方案切换阈值设为0.033。频率pid控制器工作状态如表1所示。
表1频率pid控制器工作状态表
(4)频率调节投切开关模块，可由运行人员进行手动投切，当需要投入频率pid控制进行修正机组负荷pid控制器的设定值时，投入该功能，频率pid控制器输出值经限幅模块送至机组负荷pid控制器的设定值；当切除该功能时，系统屏蔽频率pid控制器输出值，不对机组负荷pid控制器的设定值进行修正。
(5)限幅模块，对频率pid控制器输出值进行限幅，限定对机组负荷pid控制器设定值的修正范围，保证系统的稳定运行。
(6)add模块，将机组负荷设定值与频率pid控制器对机组负荷设定值的修正值进行求和，生产机组负荷pid控制器的实际设定值。
(7)机组负荷pid控制器，根据机组负荷设计设定值和机组负荷实时值偏差进行动态调节，输出指令至发电机组的负荷调整装置，改变机组负荷出力，使机组实际负荷等于实际负荷设定值，完成机组负荷的快速调节。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
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。