一次调频控制方法及装置与流程

本发明涉及电网运行中的一次调频技术领域，尤其涉及一种一次调频控制方法及装置。

背景技术：

一次调频是电网重要的频率调整手段，火力发电机组的一次调频动态特性作为网厂协调的一项重要内容，显著影响着系统的安全稳定运行。近年来，随着特高压电网的加快建设和清洁能源的大量接入，电网对火电机组一次调频性能的要求不断提高。一方面，特高压电网的加快建设和新能源装机容量的持续增长，为确保电网在大规模间歇式能源接入后的安全稳定运行，对充当调峰调频主力的燃煤机组的调频性能提出了更高的要求；另一方面，煤电节能减排升级改造又对电源侧机组提出了更严格的环保排放和节能指标，这在客观上对火电机组的调频性能造成了一定的负面影响。未来大规模新能源并网(主要是风电)以及特高压直流的投运，例如华北电网多条特高压直流会相继投运，使电网可能遭受的功率冲击大规模升级，频率安全风险加剧。因此，进行合理有效的一次调频控制是十分关键和必要的。

一次调频控制一般作为负荷控制的叠加回路，根据网频和额定频率的偏差进行控制运算，给出一次调频补偿负荷量，来完成频率调整的目的。其中，一次调频负荷调整量的运算回路是整个一次调频控制系统的核心，由于机组在不同负荷段的特性差异较大，一次调频负荷调整系统应该是一个时变系统，来适应不同负荷段的不同幅度频差的变化。

火力发电机组一次调频控制回路共分为两大部分，一部分是协调控制系统(英文全称为：coordinationcontrolsystem，简称为：ccs)中的负荷闭环调节控制回路，另一部分是透平数字电液控制系统(英文全称为：digitalelectrichydrauliccontrolsystem，简称为：deh)中的调频前馈分量。作为并网后负荷控制的叠加回路，其输出的修正调频负荷作为负荷设定值的一部分，以实现调频控制目的。其中，调频控制回路根据频率(转速)定值与实际网频(转速)的差值进行比例控制运算得到调频负荷，经过负荷回路的pid控制运算后，输出执行机构指令。根据机组运行负荷不同，调频能力和阀门流量特性会随动变化，调频(频差-负荷)特性曲线应该为机组负荷的随动函数，而在实际应用中，一般由预先设计或试验获得，该分段线性函数不会在线修正。

调频控制的目的是实现电网的频率稳定以及系统安全，但由于控制回路中的调频(频差-负荷)特性曲线对于全程负荷段为一固定曲线，该特性曲线是否最优并不知晓，只是根据常规设计和试验得到。但机组的实际运行同设计有较大差异，包括压力控制品质、阀门流量特性曲线修正情况优劣等。因此，现有的调频回路虽然使机组具备了基本的一次调频功能，但并不能确保全负荷段尤其是小频差和阀门流量线性差的负荷段的一次调频性能。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种一次调频控制方法，用以基于负荷特性变化对全负荷段进行一次调频控制，该方法包括：

获取机组运行在每一负荷段工况下的实时过程控制数据；

根据所述实时过程控制数据，以及预先建立的调频特性关系预测模型，得到机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系；根据机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系，得到机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系；所述调频特性关系预测模型根据历史一次调频过程控制数据预先建立；

根据所述机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系，修正一次调频控制系统参数；

根据修正后的一次调频控制系统参数，进行一次调频控制。

本发明实施例还提供一种一次调频控制装置，用以基于负荷特性变化对全负荷段进行一次调频控制，该装置包括：

数据获取模块，用于获取机组运行在每一负荷段工况下的实时过程控制数据；

最优调频特性关系确定模块，用于根据所述实时过程控制数据，以及预先建立的调频特性关系预测模型，得到机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系；根据机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系，得到机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系；所述调频特性关系预测模型根据历史一次调频过程控制数据预先建立；

参数修正模块，用于根据所述机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系，修正一次调频控制系统参数；

调频控制模块，用于根据修正后的一次调频控制系统参数，进行一次调频控制。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一次调频控制方法。

本发明实施例也提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述一次调频控制方法的计算机程序。

与现有根据一根全负荷段固定曲线进行一次调频控制的方案相比较，本发明实施提供的技术方案通过：通过根据机组运行在每一负荷段工况下的实时过程控制数据，得到机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系；并根据最优调频特性关系修正一次调频控制系统参数，进行一次调频控制，使得一次调频能按照适应于实时状态的最优调频特性进行调节，最大程度上提高机组的一次调频能力，提高电网的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中一次调频控制方法示意图。

图2为本发明具体实施例中步骤102的预先建立调频特性关系预测模型的实现方法示意图。

图3为本发明实施例中一次调频控制方法的具体实施应用示意图。

图4为本发明实施例中一次调频控制装置示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决当前一次调频控制不能适应全负荷段的问题，本发明实施例提供了一种方法，用以基于负荷特性变化对全负荷段进行一次调频控制，如图1所示，该方法包括：

步骤101：获取机组运行在每一负荷段工况下的实时过程控制数据；

步骤102：根据实时过程控制数据，以及预先建立的调频特性关系预测模型，得到机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系；根据机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系，得到机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系；调频特性关系预测模型根据历史一次调频过程控制数据预先建立；

步骤103：根据机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系，修正一次调频控制系统参数；

步骤104：根据修正后的一次调频控制系统参数，进行一次调频控制。

由图1所示的流程可以看出，本发明实施例中，通过根据机组运行在每一负荷段工况下的实时过程控制数据，得到机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系；并根据最优调频特性关系修正一次调频控制系统参数，进行一次调频控制，使得一次调频能按照适应于实时状态的最优调频特性进行调节，最大程度上提高机组的一次调频能力，提高电网的稳定性。

具体实施时，首先获取机组运行在每一负荷段工况下的实时过程控制数据，例如通过获取电厂厂级监控信息系统sis的实时状态数据得到机组运行在每一负荷段工况下的实时过程控制数据。其中，电厂厂级监控信息系统是电厂全厂实时生产过程综合优化服务的生产过程实时管理和监控的信息系统，英文全称为：supervisoryinformationsysteminpantlevel，简称为sis。上述实时过程控制数据例如包括：实际转速、负荷变动、调门开度、主蒸汽压力，水位，主蒸汽温度，燃料量，实际负荷，给水流量，主蒸汽流量，煤耗，nox含量等。本领域技术人员可以理解上述仅为举例，不用于限定本发明的保护范围。

根据上述实时过程控制数据，以及预先建立的调频特性关系预测模型，得到机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系；上述调频特性关系预测模型根据历史一次调频过程控制数据预先建立，例如可按照如图2所示的方法，预先建立调频特性关系预测模型：

步骤201：获取历史一次调频过程控制数据；

步骤202：根据历史一次调频过程控制数据，建立初始的调频特性关系预测模型；

步骤203：按照预设的优化目标，对初始的调频特性关系预测模型进行优化，得到调频特性关系预测模型；调频特性关系预测模型包括机组运行在不同负荷工况下的最优调频特性关系。

具体实施时，首先获取历史一次调频过程控制数据，例如通过获取电厂厂级监控信息系统sis的历史状态数据得到历史一次调频过程控制数据，上述历史一次调频过程控制数据是电厂厂级监控信息系统sis在电厂历史运行中长期采集并保存的状态数据，包括每一时刻未进行一次调频时的状态数据及每一时刻进行一次调频后的状态数据，例如具体包括，实际转速，频差，负荷变动，调门开度，主蒸汽压力，阀门开度，转速不等率，水位变化，给水流量变化，主蒸汽温度变化等。本领域技术人员可以理解上述包括内容仅为举例，不用于限定本发明的保护范围，此处不再赘述。

其次，根据历史一次调频过程控制数据，建立初始的调频特性关系模型。该初始的调频特性关系预测模型，用于表征机组进行一次调频控制后的负荷控制量与负荷变动之间的关系，举例说明，负荷控制量例如可以包括：频差，调门开度和阀门开度等，初始的调频特性关系预测模型具体例如用于表征频差与负荷变动的对应关系、调门开度与负荷变动的对应关系以及阀门开度与负荷变动的对应关系等。

得到初始的调频特性关系预测模型后，按照预设的优化目标，对初始的调频特性关系预测模型进行优化，得到调频特性关系预测模型。

由于在实际运行的机组的多目标优化过程中，为了机组高效，一般会滑压曲线进行修正，但此举降低了机组的调频裕量，并没有考虑一次调频指标；同时，运行人员也会根据实际情况给压力定值以手动偏置修正。因此，进行一次调频控制时，不仅需要考虑负荷变化对调频特性的影响，还要考虑压力设定对调频特性的影响。具体实施时，为了考虑压力设定的影响，预设的优化目标例如包括：机组能效，调频裕度等，可以预设单一优化目标，也可以预设多个优化目标，从而实现在机组能效不降太低，保留充裕的调频裕度的情况下，最大程度上提高机组的一次调频能力。本领域技术人员可以理解，上述预设的优化目标仅为举例，可根据实际调频的需要进行预设，均包含在本发明的保护范围内。

按照上述预设的优化目标，基于初始的调频特性关系预测模型，将机组运行在每一负荷段工况下的实时过程控制数据，作为已知域输入数据挖掘的挖掘结构的数据源中，进行数据挖掘，对初始的调频特性关系预测模型进行优化，得到调频特性关系预测模型。按照预设的优化目标优化频特性关系预测模型例如可以采用常用的线性回归算法和非线性变换相结合，也可以采用模型预测控制算法等多种算法，上述仅为举例，不用于限定本发明的保护范围。

按照预设的优化目标，对初始的调频特性关系预测模型进行优化，得到调频特性关系预测模型时，为了保证上述调频特性关系预测模型的准确性，具体实施例包括：

将机组运行在不同负荷工况下的最优调频特性关系，代入所述初始的调频特性关系预测模型中，得到对应的预测负荷控制量；

将所述预测负荷控制量与所述历史一次调频过程控制数据中的相应负荷控制量数据进行对比，若不符合预设误差要求，则重新按照预设的优化目标，对初始的调频特性关系预测模型进行优化，直至得到对比结果符合预设误差要求时对应的调频特性关系预测模型；若符合预设误差要求，则不做任何处理。

具体实施例中，预设误差要求例如可以为小于1％，本领域技术人员可以理解，上述仅为一例，可根据实际情况进行设置，此处不再赘述。

根据上述得到的机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系，得到机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系。

确定机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系后，根据机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系，修正一次调频控制系统参数，具体例如包括：一次调频控制中的对应关系函数，举例来说，一次调频控制系统中，有多个函数，比如有一个函数是转差率和负荷之间的对应关系函数，这个函数是fx，根据最优调频特性关系修正当前时刻的fx中的参数。

修正当前时刻的调频控制系统参数后，根据修正后的一次调频控制系统参数，进行一次调频控制。具体实施时，根据修正后的调频控制系统参数，进行控制计算，进行当前时刻的一次调频控制。具体实施例中，通过负荷控制回路和电液控制系统中的调频前馈控制系统根据修正后的调频控制系统参数进行控制计算，改变调门开度，其中电液控制系统包括模拟电液控制系统(英文全称为：analogelectrichydrauliccontrolsystem，简称为：aeh)以及数字电液控制系统(英文全称为：digitalelectrichydrauliccontrolsystem，简称为：deh)。

实施例中，因为一次调频控制是一个连续的过程，所以将预设的一段时间间隔称为一个时刻。为了实现数据挖掘的挖掘结构的数据源的实时更新，图1所示的一次调频控制方法还包括：

获取每一时刻进行一次调频控制后的一次调频过程控制数据；

根据每一时刻进行一次调频控制后的一次调频过程控制数据，更新调频特性关系预测模型，得到更新后的调频特性关系预测模型；

根据实时过程控制数据，以及预先建立的调频特性关系预测模型，得到机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系，包括：

根据实时过程控制数据，以及更新后的调频特性关系预测模型，得到机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系。

具体实施时，获取每一时刻进行一次调频控制后的一次调频过程控制数据，将每一时刻进行一次调频控制后的一次调频过程控制数据输入到下一时刻数据挖掘中的挖掘结构的数据源。每一时刻进行一次调频控制后的一次调频过程控制数据将包含在下一时刻的数据挖掘的数据源中，举例来说，当前时刻用t表示，则t时刻的数据源包含有t-1时刻(t≥1)一次调频控制后的一次调频过程控制数据，且t+1时刻的数据源包含有t时刻一次调频控制后的一次调频过程控制数据；特殊地，t为1时，t-1为初始时刻，初始时刻的数据挖掘的数据源不包含上一时刻的一次调频控制后的一次调频过程控制数据，仅包含历史一次调频过程控制数据。

数据挖掘的挖掘结构的数据源更新后，进行数据挖掘，得到更新后的调频特性关系预测模型。

之后，根据实时过程控制数据，以及更新后的调频特性关系预测模型，得到机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系。

通过不断实时更新数据挖掘的数据来源，使得数据挖掘可以真实的挖掘出机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系；同时将上一时刻的控制结果应用到当前时刻的数据分析中，实现了参数的滚动优化，实现一次调频控制的最优调节。

具体实施例中，上述调频特性关系以调频特性曲线簇形式表现，即全负荷段中包含有多个负荷段，每个负荷段的一条特性曲线集合在一起为调频特性曲线簇，本领域技术人员可以理解，上述表现方式仅为举例，可按照需要变换表现方式，也可用函数表达式，数据列表等方式表现，本发明实施例不再一一赘述。

下面给出一具体实例说明本发明实施例如何进行一次调频控制，如图3所示：

通过电厂厂级监控信息系统sis的实时状态数据获取机组运行在每一负荷段工况下的实时过程控制数据；

获取获取电厂厂级监控信息系统sis的历史一次调频过程控制数据；

根据上述历史一次调频过程控制数据，建立初始的调频特性关系模型；

按照保证机组能效且有充足的调频裕度的优化目标，对初始的调频特性关系模型进行预测，得到调频特性关系预测模型；调频特性关系预测模型包括机组运行在不同负荷工况下的最优调频特性关系；

将上述得到的机组运行在不同负荷段工况下的最优调频特性关系，代入上述初始的调频特性关系预测模型中，得到对应的预测负荷控制量；

将得到的预测负荷控制量与历史一次调频过程控制数据中的相应负荷控制量数据进行对比，验证上述最优调频特性关系的有效性；若不符合预设误差要求，则重新进行对调频特性关系预测模型的数据挖掘，直至得到对比结果符合预设误差要求时对应的调频特性关系预测模型；若符合预设误差要求，则不做任何处理；

根据实时过程控制数据，以及预先建立的调频特性关系预测模型，得到机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系；根据机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系，得到各负荷段的调频(频差-负荷)特性曲线；

根据最优调频特性曲线簇修正调频控制系统的单一频差-负荷函数曲线中的一次调频控制系统参数；

负荷控制回路和deh调频前馈控制系统根据新的一次调频控制系统参数进行控制计算，改变调门开度，进行当前时刻的一次调频控制；

随着机组运行时间的推进，不断重复以上步骤。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种一次调频控制装置，由于一次调频控制装置所解决问题的原理与一次调频控制方法相似，因此一次调频控制装置的实施可以参见一次调频控制方法的实施，重复之处不再赘述，具体结构如图4所示：

数据获取模块401，用于获取机组运行在每一负荷段工况下的实时过程控制数据；

最优调频特性关系确定模块402，用于根据实时过程控制数据，以及预先建立的调频特性关系预测模型，得到机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系；根据机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系，得到机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系；调频特性关系预测模型根据历史一次调频过程控制数据预先建立；

参数修正模块403，用于根据机组运行在全负荷工况下的最优调频特性关系，修正一次调频控制系统参数；

调频控制模块404，用于根据修正后的一次调频控制系统参数，进行一次调频控制。

具体实施时，一次调频控制装置还包括：建立单元，用于：

获取历史一次调频过程控制数据；

根据历史一次调频过程控制数据，建立初始的调频特性关系预测模型；

按照预设的优化目标，对初始的调频特性关系预测模型进行优化，得到调频特性关系预测模型；调频特性关系预测模型包括机组运行在不同负荷工况下的最优调频特性关系。

为了保证数据挖掘确定的机组运行在不同负荷工况下的最优调频特性关系的准确性，具体实施例中的建立单元还用于：

将机组运行在不同负荷工况下的最优调频特性关系，代入所述初始的调频特性关系预测模型中，得到对应的预测负荷控制量；

将所述预测负荷控制量与所述历史一次调频过程控制数据中的相应负荷控制量数据进行对比，若不符合预设误差要求，则重新按照预设的优化目标，对初始的调频特性关系预测模型进行优化，直至得到对比结果符合预设误差要求时对应的调频特性关系预测模型。

为了实现数据源的实时更新，具体实施例中的一次调频控制装置中的数据获取模块401还用于：

获取每一时刻进行一次调频控制后的一次调频过程控制数据；

根据每一时刻进行一次调频控制后的一次调频过程控制数据，更新调频特性关系预测模型，得到更新后的调频特性关系预测模型；

最优调频特性关系确定模块402具体用于：

根据实时过程控制数据，以及更新后的调频特性关系预测模型，得到机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一次调频控制方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，存储有执行上述一次调频控制方法的计算机程序。

综上所述，本发明实施例提供的一次调频控制方法及装置有如下优点：

与现有根据一根全负荷段固定曲线进行一次调频控制的方案相比较，本发明实施提供的技术方案通过：根据电厂厂级监控信息系统sis的实时状态数据，进行数据挖掘，确定适应全负荷段的最优调频特性关系；并根据最优调频特性关系修正一次调频控制系统参数，进行一次调频控制，保证一次调频控制系参数实时修正，使得一次调频能按照适应于实时状态的最优调频特性进行调节，最大程度上提高机组的一次调频能力，提高电网的稳定性；通过将挖掘出的最优调频特性关系输入初始的调频特性关系模型中，与实际数据进行对比，验证数据挖掘确定的全负荷段的最优调频特性关系的有效性，确保调频特性曲线的最优性，提高了一次调频控制的精度；可根据不同的需求，预设优化目标，例如基于机组能效、调频裕度等多目标优化进行数据挖掘，满足不同的一次调频需要；将每一时刻进行一次调频控制后的一次调频控制数据输入到下一时刻数据挖掘中的挖掘结构的数据源中，保证数据来源的实时更新，使得机组运行在每一负荷段工况下的最优调频特性关系能实时更新，从而实现一次调频控制系统参数的滚动优化，不再是预先设计好的固定参数；同时，海量的运行数据的应用也减小与实际运行中的误差。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。