基于电网基准频率偏差的网源一次调频调控系统的制作方法

本实用新型涉及电网调频领域，尤其涉及一种基于电网基准频率偏差的网源一次调频调控系统。

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。由于我国电网火电占比较高，从2015年的数据看，全国发电装机容量15.3亿千瓦，其中火电9.9亿千瓦，占比为65.56％，电网的一次调频能力主要是由火电机组来实现的。

发电机组一次调频功能是汽轮发电机组固有的功能，机组通过其安装在汽轮机侧的转速测量装置测量出实际转速值，与额定的3000转/分钟进行求差，得到转速偏差△n后经过转换运算迅速调节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，来进行负荷调整以响应电网的功率缺口要求，稳定电网频率，维持电网的安全。

目前，电网调度管理对机组的一次调频性能考核计算参数主要来源于能量管理系统(EMS)，机组对应的频率、有功等测点信息定义在广域监测系统(WAMS)遥测定义表中，根据WAMS中定义遥测信息从同步向量测量装置(PMU)实时库中获取一次调频扰动计算的频率、有功功率、转速、一次调频前后指令等遥测数据。部分区域电网由于大频率偏差出现的次数较少，造成无法有效监测在运机组的一次调频性能，因此已有部分省份，如江苏、山东等省市在省调控中心建立了机组一次调频性能远程测试系统，通过定期由省调主站侧对机组进行远程频率扰动，模拟大扰动的发生，实现主动式的机组性能测试，以实现对机组一次调频能力的动态监控。图1为网源功率控制示意图，电网的AGC(自动发电控制)功能主要依据ACE(区域控制偏差)来进行分配机组应承担的负荷调节量，而ACE＝B×Δf+ΔP，其中B系数在一定时间内为常数，ΔP为区域交换功率差值，而Δf为频率偏差。

由于我国的电网频率是50Hz，这个频率是电量在一个正旋周期所走的时间决定的，由于f＝np/60，p为电机的极对数，而火力发电机组为一对级，故Δf与Δn之间关系为Δn＝60×Δf。由于机组用于一次调频控制的转速偏差值与电网用于考核和控制的频率偏差值的数据来源不统一，造成当电网出现较大的负荷波动时，存在机组动作的不同步性和量值的差异性，无法有效调控在运机组的一次调频性能，从而出现电网频率波动时网源动作时间不统一和动作幅值不一致等问题。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于电网基准频率偏差的网源一次调频调控系统，采用网源频率的统一基准值来进行控制，能实现电网对机组一次调频的统一调控，确保网源动作时间及动作幅值的一致，有效保证电网系统的频率稳定。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于电网基准频率偏差的网源一次调频调控系统，该系统包括乘法器、RS触发器、高低限幅模块、高低报警模块、模拟量切换器和品质判断模块；

所述乘法器的输入端接收电网系统发出的电网频率偏差信号，经乘法运算后输出至高低限幅模块的输入端；经高低限幅后输出至模拟量切换器的第一输入端；

所述高低报警模块的输入端接收电网系统发出的电网频率偏差信号，经高低报警后输出至触发器的置位端；

所述品质判断模块的输入端接收电网系统发出的电网频率偏差信号，经品质判断后输出至RS触发器的复位端；

所述模拟量切换器的第二输入端接收转速偏差信号；模拟量切换器的置位端与RS触发器的输出端连接；所述模拟量切换器的输出端输出第一输入端的值或第二输入端的值至机组进行一次调频补偿控制。

进一步的，所述乘法器的一输入端与电网系统连接，另一输入端与模拟量发生器连接。

进一步的，所述高低报警模块的高限值和低限值根据电网系统下发的电网频率偏差信号的最大值和最小值设定。

进一步的，所述高低限幅模块的高限值和低限值根据火电机组一次调频量的最大值和最小值设定。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)由于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，本实用新型能够通过采用网源频率的统一基准值来进行控制，实现电网对机组一次调频的统一调控，提高机组对电网频率变化响应的准确性，确保机组的调频能力达到调度考核标准的要求；

(2)本实用新型通过网源频率信号的统一，实现了被控对象的一致，能有效确保网源动作时间及动作幅值的一致，一方面保持机组的安全运行，另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是网源功率控制示意图；

图2是本实用新型提出的基于电网基准频率偏差的网源一次调频调控系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

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。

在本实用新型中，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实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，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实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于电网基准频率偏差的网源一次调频调控系统，根据电网频率偏差信号是否达到规定的限值来决定是否统一调控在运机组的一次调频负荷补偿功能，同时，兼顾机组所能承受的最大调频幅度及信号传输的品质来决定机组是否参与电网的一次调频统一调控，以实现网源协调控制。

如图2所示，基于电网基准频率偏差的网源一次调频调控系统包括乘法器MUL、RS触发器、高低限幅模块HLLMT、高低报警模块HLALM、模拟量切换器AXSEL、模拟量发生器A和品质判断模块TQLT；其中：

所述乘法器MUL的一个输入端X1与电网系统连接，另一个输入端X2与模拟量发生器A连接，所述乘法器MUL的输出端Y与高低限幅模块HLLMT的输入端X连接，所述高低限幅模块HLLMT的输出端D与模拟量切换器AXSEL的第一输入端X1连接。

所述乘法器MUL的输入端X1接收电网系统发出的电网频率偏差信号Δf，经乘法运算后输出至高低限幅模块HLLMT的输入端X；经高低限幅后输出至模拟量切换器的第一输入端X1。

所述高低报警模块HLALM的输入端X与电网系统连接，输出端D与RS触发器的置位端S。所述高低报警模块HLALM的输入端X接收电网系统发出的电网频率偏差信号Δf，经高低报警后输出至RS触发器的置位端S。

所述品质判断模块TQLT的输入端X与电网系统连接，输出端D与RS触发器的复位端R连接。所述品质判断模块TQLT的输入端X接收电网系统发出的电网频率偏差信号Δf，经品质判断后输出至RS触发器的复位端R；

所述RS触发器的输出端D与模拟量切换器的置位端S连接；输出高电平或低电平信号至模拟量切换器的置位端S。

所述模拟量切换器AXSEL的第二输入端X2接收转速偏差信号Δn；所述模拟量切换器的输出端与机组连接，输出第一输入端的值或第二输入端的值至机组进行一次调频补偿控制。

本实施例中，所述乘法器MUL的一输入端X1与电网系统连接，另一输入端X2与模拟量发生器A连接。所述乘法器MUL的输入端X2接收模拟量发生器A设置的数值，火力发电机组中该值为60。

所述高低报警模块HLALM的高低限值按照GB/T 15945《电能质量电力系统频率偏差》及各区域电网规定的频率偏差限值为极值来进行设定，GB/T 15945规定电力系统正常运行条件下频率偏差限值为±0.2Hz，故高限值H设置范围一般为0.1至0.2Hz之间，低限值L与高限值的绝对值大小相等、正负相反，即L＝-H，量值为-0.2至-0.1Hz之间。

所述高低限幅模块HLLMT的高低限值可根据GB/T 30370《火力发电机组一次调频试验及性能验收导则》中规定来设定，高低限的绝对值大小相等、正负相反，即L＝-H。

如图2所示，本实用新型提出的基于电网基准频率偏差的网源一次调频调控系统的工作过程为：

所述乘法器根据模拟量发生器设置的数值对电网基准频率偏差信号的幅值进行乘法处理后得到新的幅值，传输至高低限幅模块的输入端；若新的幅值不超过高低限幅模块中设置的高低限值，则高低限幅模块的输出端输出该新的幅值至模拟量切换器的第一输入端。

当电网频率偏差信号的幅值超过高低报警模块中设置的高低限值时，所述高低报警模块的输出端输出高电平信号至RS触发器的置位端。

若电网频率偏差信号正常，所述品质判断模块的输出端输出低电平信号至RS触发器的复位端；RS触发器的输出端输出高电平信号至模拟量切换器的置位端；所述模拟量切换器将第一输入端的值输出至机组进行一次调频补偿控制。

若电网频率偏差信号异常，所述品质判断模块的输出端输出高电平信号至RS触发器的复位端；RS触发器的输出端输出低电平信号至模拟量切换器的置位端；所述模拟量切换器将第二输入端的值输出至机组进行一次调频补偿控制。

电网正常运行于50Hz，当电网频率不稳定时，电网调控系统会根据采集到的基准频率，与50Hz相计算生成电网频率偏差Δf，用于AGC和一次调频控制，以实现电网的调频功能。若|Δf|超过规定的大频率偏差数值，则通过模拟量切换器AXSEL，将电网的频率偏差Δf送至机组进行统一的频率补偿调整，以促使机组该频率偏差下对应的一次调频补偿功率迅速发生变化，满足电网调频要求。当机组正常稳定运行时，由于电网频率偏差Δf波动较小，机组依据自身采集到的转速偏差信号进行相关的一次调频补偿动作。

具体实施例1：

以常规300MW级直吹式汽包炉机组为例，调度控制部门按照国家标准和行业标准规定，频率的允许偏差为±0.2Hz，而低于0.1Hz或高于-0.1Hz的电网波动，电网风险较小且机组可以利用其蓄热保证其调频能力，故高低报警模块HLALM的高限H为0.1，低限L为-0.1。同时，按照GB/T 30370-2013《火力发电机组一次调频试验及性能验收导则》中要求，300MW火电机组的最大一次调频量应为8％额定功率，即最大的一次调频功率变化量为24MW，而转速不等率为5％，其转速每变化1转对应功率变化2MW，24÷2＝12，再加上规定的±2的死区值，则高低限幅模块HLLMT的高限H设为14，低限L设为-14。

当电网频率为49.85Hz，即电网频率偏差信号为0.15Hz时，由于该值超出高低报警模块HLALM中所设的高限限值0.1，则HLALM的高限报警输出端D为高电平“1”，即RS触发器的置位端S为“1”；

若此时传送至机组的电网频率偏差Δf信号正常，即品质判断模块TQLT的输出为低电平“0”，则RS触发器的输出为高电平“1”，模拟量切换器AXSEL的置位端S为高电平“1”，模拟量切换器AXSEL将输入端X1的值输出至机组进行一次调频补偿控制；此时，电网频率偏差Δf为0.15Hz，则乘法器MUL的输出值为60×0.15＝9，该值在高低限幅模块HLLMT的高低限值范围之内，故此时机组实际转速偏差按照9来进行负荷控制，实现了网源的统一频率控制；

若此时传送至机组的电网频率偏差Δf信号异常，如发生设备故障等，则品质判断模块TQLT的输出为高电平“1”，则RS触发器的复位端R为高电平“1”，其输出为低电平“0”，模拟量切换器AXSEL的置位端S为低电平“0”，模拟量切换器AXSEL将输入端X2的值输出至机组进行一次调频补偿控制，即按照机组原有的转速偏差进行控制，防止信号不准确造成机组调节异常，影响机组安稳运行。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。