一种小频差条件下的一次调频性能优化方法、系统及介质与流程

本发明涉及火电机组一次调频技术，具体涉及一种小频差条件下的一次调频性能优化方法、系统及介质。

背景技术：

电网频率是电网运行的关键指标之一，其反映了并网机组有功功率和用电负荷之间的平衡关系。随着我国特高压电网的大规模建设，“电从远方来”已成为现实。特高压线路输送距离长、输送容量大，因而一旦发生线路跳闸或其他异常引起其电力传输中断，会导致电网频率平衡关系被打破，实际频率将偏离额定频率，严重时会造成大面积停电乃至电网崩溃。为维持频率稳定，需要对其进行必要的控制。火电机组一次调频是火电机组根据电网频率变化并利用机组蓄热量快速调整负荷出力，最终达到稳定电网频率的作用。火电机组一次调频是提供给电网的重要辅助服务之一，能源监管部门依据一次调频性能优劣对火电企业予以奖惩，一次调频性能不达标将面临电量考核。

现阶段，火电机组一次调频电量考核大部分集中在电网频率小幅波动条件下。这是因为电网频率小幅波动时火电机组一次调频所对应功率目标变化量较小，而火电机组调频信号误差、调节迟滞、机组出力自发波动等因素对机组一次调频的功率响应特性有较大负面影响，容易造成机组一次调频性能无法满足考核要求。公开号为cn105375511a的中国专利文献公开了“一种一次调频转速不等率函数的设置方法”，该方法提出了通过设置转速不等率补充函数的方式强化小频差下机组一次调频性能的解决方案，但其转速不等率补充函数会在频差刚越过调频死区后形成“非零”输出从而强化小频差范围内的一次调频调节作用。然而由于机组的一次调频输入信号采用本地频率(或转速)信号，而电网对于机组一次调频性能的考核采用电网平均频率信号，这两个信号之间不可避免存在偏差。若该偏差导致机组的本地频率(或转速)信号先于电网平均频率信号越过调频死区，则转速不等率补充函数会导致机组一次调频性能被不当强化而导致机组一次调频发生考核。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种小频差条件下的一次调频性能优化方法、系统及介质，本发明能够在确保机组安全稳定运行的前提下改善电网频率小幅波动时机组一次调频性能，能够减少由电网频率和机组频率(或转速)之间误差造成的一次调频误动作，减少机组由一次调频误动作引起负荷波动，对特定区域外的机组一次调频性能没有影响，当电网频率大幅波动时机组不会发生因一次调频响应性能过强而引起机组主要参数大幅波动的情况，有利于机组稳定运行，还能够减少机组一次调频考核次数，提高机组运行的经济性。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种小频差条件下的一次调频性能优化方法，实施步骤包括：在火电机组现有的一次调频转速不等率函数f(x)的基础上叠加一次调频转速不等率叠加函数fd(x)，且根据下述方式控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的状态：

如果满足转速偏差x大于等于δwdb+δup或转速偏差x小于等于-δwdb-δdn、且一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于非使能状态超过设定时间，则控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于使能状态；

如果满足转速偏差x位于-δwdb-δdn和δwdb+δup之间且一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于使能状态超过设定时间、或x大于-δwdb-(δdn-δ*dn)且x小于δwdb+(δup-δ*up)，则控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于非使能状态；

其中，δwdb为调频死区，δup为功率调整上限偏置参数，δdn为功率调整下限偏置参数，δ*up为无条件功率调整复位上限偏置参数，δ*dn为无条件功率调整复位下限偏置参数。

可选地，所述一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的函数表达式如下：

上式中，δpmax为一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的功率调整上限，δpmin为一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的功率调整下限，δwmax为转速偏差上限，δwmin为转速偏差下限。

可选地，一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的功率调整上限δpmax的计算函数表达式如下：

δpmax＝f(δwmax)-f(δwdb+δup)

上式中，f(δwmax)表示将转速偏差上限δwmax作为输入利用现有的一次调频转速不等率函数f(x)得到的计算结果，f(δwdb+δup)表示将δwdb+δup作为输入利用现有的一次调频转速不等率函数f(x)得到的计算结果。

可选地，一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的功率调整下限δpmin的计算函数表达式如下：

δpmin＝f(δwmin)-f(-δwdb-δdn)

上式中，f(δwmin)表示将转速偏差下限δwmin作为输入利用现有的一次调频转速不等率函数f(x)得到的计算结果，f(-δwdb-δdn)表示将-δwdb-δdn作为输入利用现有的一次调频转速不等率函数f(x)得到的计算结果。

可选地，转速偏差上限δwmax的计算函数表达式如下：

δwmax＝w0-wmin

上式中，w0表示机组额定转速，wmin表示一次调频转速不等率叠加函数fd(x)所定义的转速下限。

可选地，转速偏差下限δwmin的计算函数表达式如下：

δwmin＝w0-wmax

上式中，w0表示机组额定转速，wmax表示一次调频转速不等率叠加函数fd(x)所定义的转速上限。

此外，本发明还提供一种小频差条件下的一次调频性能优化系统，包括：

函数叠加程序单元，用于在火电机组现有的一次调频转速不等率函数f(x)的基础上叠加一次调频转速不等率叠加函数fd(x)；

叠加使能程序单元，用于根据下述方式控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的状态：

如果满足转速偏差x大于等于δwdb+δup或转速偏差x小于等于-δwdb-δdn、且一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于非使能状态超过设定时间，则控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于使能状态；

如果满足转速偏差x位于-δwdb-δdn和δwdb+δup之间且一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于使能状态超过设定时间、或x大于-δwdb-(δdn-δ*dn)且x小于δwdb+(δup-δ*up)，则控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于非使能状态；

其中，δwdb为调频死区，δup为功率调整上限偏置参数，δdn为功率调整下限偏置参数，δ*up为无条件功率调整复位上限偏置参数，δ*dn为无条件功率调整复位下限偏置参数。

此外，本发明还提供一种小频差条件下的一次调频性能优化系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行所述小频差条件下的一次调频性能优化方法的步骤。

此外，本发明还提供一种小频差条件下的一次调频性能优化系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行所述小频差条件下的一次调频性能优化方法的计算机程序。

此外，本发明还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行所述小频差条件下的一次调频性能优化方法的计算机程序。

和现有技术相比，本发明的具有下述优点：

1、本发明能够减少由电网平均频率和机组频率或转速之间误差造成的一次调频误动作，减少机组由一次调频误动作引起负荷波动，有利于机组稳定运行。

2、本发明能够强化特定区域内的机组一次调频性能，该区域可根据机组实际运行特性灵活设置，同时使能条件的设置能够保证一次调频性能强化的持续性，两者协同作用从而达到减少机组一次调频考核次数，提高机组运行经济性的目的。

3、本发明对特定区域外的机组一次调频性能没有影响，当电网频率大幅波动时机组不会发生因一次调频响应性能过强而引起机组主要参数大幅波动的情况，有利于机组的稳定。

附图说明

图1为本发明实施例方法的基本流程示意图。

图2为本发明实施例中的使能逻辑在分散控制系统中具体实现原理图。

图3为本发明实施例中现有的一次调频转速不等率函数f(x)的曲线。

图4为本发明实施例中一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的曲线。

图5为本发明实施例中叠加一次调频转速不等率叠加函数fd(x)后的曲线fz(x)。

具体实施方式

下文将以660mw超临界火电机组作为实施对象，对本发明小频差条件下的一次调频性能优化方法、系统及介质进行进一步的详细说明

如图1所示，本实施例小频差条件下的一次调频性能优化方法的实施步骤包括：在火电机组现有的一次调频转速不等率函数f(x)的基础上叠加一次调频转速不等率叠加函数fd(x)，且根据下述方式控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的状态：

如果满足转速偏差x大于等于δwdb+δup或转速偏差x小于等于-δwdb-δdn、且一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于非使能状态超过设定时间，则控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于使能状态；

如果满足转速偏差x位于-δwdb-δdn和δwdb+δup之间且一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于使能状态超过设定时间、或x大于-δwdb-(δdn-δ*dn)且x小于δwdb+(δup-δ*up)，则控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于非使能状态；

其中，δwdb为调频死区，δup为功率调整上限偏置参数，δdn为功率调整下限偏置参数，δ*up为无条件功率调整复位上限偏置参数，δ*dn为无条件功率调整复位下限偏置参数。引入δup、δdn的目的是考虑机组频率或转速与电网平均频率间不可避免地存在误差，而通过合理设置δup、δdn使得一次调频转速不等率叠加函数不会在机组频率刚越过调频死区即产生非零输出，以确保只有在机组频率或转速与电网平均频率超过调频死区后一次调频转速不等率叠加函数才能起到强化机组一次调频调节作用，最终避免机组一次调频性能被不当强化而产生考核。

一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的状态控制触发条件可表示为：

控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于使能状态为满足以下全部条件：

i)转速偏差x≥δwdb+δup或转速偏差x≤-δwdb-δdn；

ii)一次调频转速不等率叠加函数处于非使能状态超过设定时间。

控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于非使能状态为满足以下任一条件：

i)转速偏差x满足-δwdb-δdn<x<δwdb+δup且一次调频转速不等率叠加函数处于使能状态超过设定时间；

ii)转速偏差x满足-δwdb-(δdn-δ*dn)<x<δwdb+(δup-δ*up)。

本实施例中一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的使能逻辑在分散控制系统中的实现如图2所示，一次调频转速不等率函数f(x)、一次调频转速不等率叠加函数fd(x)经求和运算模块1进行叠加输出，其中一次调频转速不等率叠加函数fd(x)、求和运算模块1之间设有切换模块2，切换模块2的一路输入为一次调频转速不等率叠加函数fd(x)、一路输入为0。当一次调频转速不等率叠加函数处于使能状态时，切换模块输出为一次调频转速不等率叠加函数输出；否则，切换模块输出为0。参见图2，高/低限监视共有两个输出，当输入大于高限时，输出“h”由“0”—>“1”；当输入小于低限时，输出“l”由“0”—>“1”，且其中高/低限监视1的高限为δwdb+δup，低限为-(δwdb+δdn)；高/低限监视2的高限为δwdb+(δup-δ^*up)，低限为-δwdb-(δdn-δ^*dn)。

本实施例中，一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的函数表达式如下：

上式中，δpmax为一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的功率调整上限，δpmin为一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的功率调整下限，δwmax为转速偏差上限，δwmin为转速偏差下限。

本实施例中，一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的功率调整上限δpmax的计算函数表达式如下：

δpmax＝f(δwmax)-f(δwdb+δup)

上式中，f(δwmax)表示将转速偏差上限δwmax作为输入利用现有的一次调频转速不等率函数f(x)得到的计算结果，f(δwdb+δup)表示将δwdb+δup作为输入利用现有的一次调频转速不等率函数f(x)得到的计算结果。

本实施例中，一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的功率调整下限δpmin的计算函数表达式如下：

δpmin＝f(δwmin)-f(-δwdb-δdn)

上式中，f(δwmin)表示将转速偏差下限δwmin作为输入利用现有的一次调频转速不等率函数f(x)得到的计算结果，f(-δwdb-δdn)表示将-δwdb-δdn作为输入利用现有的一次调频转速不等率函数f(x)得到的计算结果。

本实施例中，转速偏差上限δwmax的计算函数表达式如下：

δwmax＝w0-wmin

上式中，w0表示机组额定转速(本实施例中为3000r/min)，wmin表示一次调频转速不等率叠加函数fd(x)所定义的转速下限，可根据需要进行人为设置。本实施例中，转速偏差上限δwmax为3.5r/min。

本实施例中，转速偏差下限δwmin的计算函数表达式如下：

δwmin＝w0-wmax

上式中，w0表示机组额定转速(本实施例中为3000r/min)，wmax表示一次调频转速不等率叠加函数fd(x)所定义的转速上限，可根据需要进行人为设置。本实施例中，转速偏差下限δwmin为-3.5r/min。

本实施例中，现有的一次调频转速不等率函数f(x)的函数表达式为：

现有的一次调频转速不等率函数f(x)的的曲线如图3所示。

本实施例中，设置功率调整上限偏置参数δup＝0.4，功率调整下限偏置参数δdn＝0.4，无条件功率调整复位上限偏置参数δ*up＝0.2，无条件功率调整复位下限偏置参数δ*dn＝0.2。

一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的功率调整上限δpmax为：

δpmax＝f(3.5)-f(2+0.4)＝0.007333

一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的功率调整下限δpmin为：

δpmin＝f(-3.5)-f(-2-0.4)＝-0.007333

将上述数值代入一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的函数表达式，则有一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的实际函数表达式为：

该一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的实际函数曲线如图4所示。

一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的状态控制触发条件可表示为：

控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于使能状态为满足以下全部条件：

i)转速偏差x≥2.4或转速偏差x≤-2.4；

ii)一次调频转速不等率叠加函数处于非使能状态超过5秒。

控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于非使能状态为满足以下任一条件：

i)转速偏差x满足-2.4<x<2.4且一次调频转速不等率叠加函数处于使能状态超过5秒；

ii)转速偏差x满足-2.2<x<2.2。

最终，在一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的使能状态下得到的叠加一次调频转速不等率叠加函数fd(x)后的曲线fz(x)如图5所示。

为了对本实施例小频差条件下的一次调频性能优化方法进行验证，以《华中区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》和《华中区域发电厂并网运行管理实施细则》定义的一次调频贡献率k作为指标，对采用本实施例小频差条件下的一次调频性能优化方法的火电机组进行评价，其中，一次调频贡献率k＝一次调频实际贡献量/一次调频理论贡献量。当k≥50％，则此次一次调频性能合格；反之，其性能不合格。统计优化前/后24小时内每一调频动作时的一次调频贡献率，统计结果如表1所示。

表1：优化前/后一次调频贡献率统计。

表1统计结果表明，采用本实施例小频差条件下的一次调频性能优化方法优化前24小时内一次调频动作共12次，其中一次调频贡献率合格的次数有6次，合格率仅为50％；而采用本实施例小频差条件下的一次调频性能优化方法优化后24小时内一次调频动作共15次，一次调频贡献率合格的次数有14次，合格率为93.3％。由此可知，采用本实施例小频差条件下的一次调频性能优化方法优化后，机组一次调频性能得到了较大的提升。

此外，本实施例还提供一种小频差条件下的一次调频性能优化系统，包括：

函数叠加程序单元，用于在火电机组现有的一次调频转速不等率函数f(x)的基础上叠加一次调频转速不等率叠加函数fd(x)；

叠加使能程序单元，用于根据下述方式控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)的状态：如果满足转速偏差x大于等于δwdb+δup或转速偏差x小于等于-δwdb-δdn、且一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于非使能状态超过设定时间，则控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于使能状态；如果满足转速偏差x位于-δwdb-δdn和δwdb+δup之间且一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于使能状态超过设定时间、或x大于-δwdb-(δdn-δ*dn)且x小于δwdb+(δup-δ*up)，则控制一次调频转速不等率叠加函数fd(x)处于非使能状态，其中δwdb为调频死区，δup为功率调整上限偏置参数，δdn为功率调整下限偏置参数，δ*up为无条件功率调整复位上限偏置参数，δ*dn为无条件功率调整复位下限偏置参数。

此外，本实施例还提供一种小频差条件下的一次调频性能优化系统，包括计算机设备，该计算机设备被编程或配置以执行所述小频差条件下的一次调频性能优化方法的步骤。

此外，本实施例还提供一种小频差条件下的一次调频性能优化系统，包括计算机设备，该计算机设备的存储器上存储有被编程或配置以执行所述小频差条件下的一次调频性能优化方法的计算机程序。

此外，本实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有被编程或配置以执行所述小频差条件下的一次调频性能优化方法的计算机程序。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。