计及电网动态调频幅度和积分电量的一次调频控制方法与流程

1.本发明涉及电网火电机组调频技术领域，更为具体地，涉及一种计及电网动态调频幅度和积分电量的一次调频控制方法。


背景技术：

2.随着新型电力系统建设进程推进，新能源装机占比逐渐上升，火电机组占比逐渐下降，电力系统的电源结构发生了重大变化，增加了电网运行的不确定性，火电机组的重要性尤为突出。为了保证电网的安全经济运行，提高电能质量和电网频率的控制水平，迅速消除由于电网负荷变化而引起的频率波动，电网对火电机组的一次调频要求越来越高，考核也越来越严格。
3.电网“两个细则”对火电机组一次调频的考核指标主要是采用动态调频幅度和“积分电量”的考核方法。然而，电网内火电机组一次调频特性参差不齐，一次调频过程中，机组调频贡献量贡献率偏低，严重影响到电网的负荷响应能力。这种低下的一次调频性能与火电机组一次调频控制策略不完善有直接的关系。现有的控制策略较为简单，未充分考虑到机组在不同负荷运行时机组一次调频相应的能力，仅仅依据汽轮机实际转速，经过转速-调频量这一静态函数运算得出的当前调频量指令来修正汽轮机调门控制指令或者机组指令，是简单对照型，这种一次调频控制策略适合于机组额定运行工况。然而，机组在正常运行方式下，出于热经济性的考虑通常处于滑压运行方式，实际运行参数偏低,额定参数下的一次调频的调频量指令无法满足各工况下调频要求，从而造成一次调频动作幅度小，贡献电量低。有些机组对这一调频量增加了修正系数，通过修正系数虽能够解决某个或某些工况下的一次调频幅度与实际值偏差的问题,但机组由于阀门流量特性不良和运行参数的影响，以及电网频率变化随机性和不可预知性，却难以保证在各个工况下一次调频要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为解决目前火电机组普遍存在的一次调频调频幅度及积分电量不足，贡献率偏低的难题，提高一次调频合格率，而提出一种计及电网动态调频幅度和积分电量的一次调频控制方法。
5.为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种计及电网动态调频幅度和积分电量的一次调频控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.步骤1：调频量指令信号经第一高低限判断模块后，生成机组一次调频动作信号，一次调频动作信号经计时器模块后，生成一次调频动作时间；一次调频动作时间经过函数模块后，输出调频量指令的修正系数一；
7.将获取的理论积分电量信号和实际积分电量信号输入至第一除法器，经过第一除法器处理后生成积分电量调节因子，并将所述积分电量调节因子和常数a一并输入至第一切换器模块，经第一切换器模块处理后生成调频量指令的修正系数二，其中常数a的取值为1；
8.步骤2：将步骤1中的调频量指令信号、修正系数一和修正系数二同时送至乘法器模块后，所述调频量指令信号经修正系数一和修正系数二修正后，生成修正后的调频量指令，并将修正后的调频量指令送至deh，作为动态前馈进行补偿，至此，完成一次调频控制；
9.其中，步骤1中，所述一次调频动作时间经延时模块后的输出信号作为第一切换器模块的切换条件，延时时间设置为15s，即一次调频动作15秒内，第一切换器模块选择n端做为其输入端，此时修正系数二为常数1，即此期间积分电量不参与修正调整，机组调频以修正系数一为主，以提高机组调频幅度为主；一次调频动作15秒后，第一切换器模块选择y端做为其输入端，此时修正系数二为理论积分电量与实际积分电量的比值，即此期间积分电量参与修正调整，机组调频以修正系数二为主，以保证机组积分电量满足电网要求。
10.进一步，所述积分电量调节因子是理论积分电量除以实际积分电量。
11.进一步，所述修正系数二通过一次调频动作时间来选择是积分电量调节因子还是常数a，当一次调频动作未超过15s时，修正系数二选择常数a，a＝1，也即此时修正系数二数值为1，修正系数二不对调频量指令进行修正；当一次调频动作超过15s时，修正系数二选择积分电量调节因子，也即此时修正系数二数值为理论积分电量与实际积分电量的比值，以保证机组积分电量满足电网要求。
12.进一步，所述调频量指令信号、修正系数一和修正系数二输入到乘法器模块中，三者进行乘法运算，得到修正后的调频量指令。
13.进一步，所述理论积分电量的获取过程如下：
14.将调频量指令分成两路，一路输送至惯性模块，调频量指令经惯性模块输出为电网期望负荷变化量；惯性模块的时间常数为6s，将所述电网期望负荷变化量和常数b同时输送至第二除法器，其中常数b为dcs控制器1s内扫描周期的个数，第二除法器的输出为每个扫描周期的电网期望负荷；
15.另一路输送至第二高低限判断模块，调频量指令经过第二高低限判断模块输出的信号为一次调频动作信号，一次调频动作信号和与其经过第一脉冲模块后的信号同时送入第一与模块，第一与模块的输出为触发电网考核指标积分电量开始积分一次调频考核动作信号，即电网频率变化超过一次调频死区开始持续60s或至频率回到一次调频死区以内为止，其中第一脉冲模块的时间设置为60s；一次调频考核动作信号分别送至第二切换器模块、第三切换器模块，当此信号为1时，第二切换器模块和第三切换器模块选择y输入，当此信号为0时，第二切换器模块和第三切换器模块选择n输入；第三切换器模块用于实现在一次调频动作结束时，保持住上次一次调频动作的理论积分电量；
16.其中，第二除法器的输出和第二切换器模块的输出一并输送至第一加法器模块通过累加实现对电网期望负荷的积分运算，第一加法器模块的输出端与第二切换器模块的y端连接。
17.进一步，所述实际积分电量的获取过程如下：
18.机组负荷信号经过第六切换模块后，与机组负荷信号一同送入减法器，当一次调频动作时，第六切换模块用于记录一次调频动作前的负荷，减法器用于产生机组实际调频量；所述机组实际调频量与dcs控制器1s内扫描周期的个数一并输送至第三除法器，经第三除法器后输出为每个扫描周期的机组实际调频量；
19.调频量指令输送至第三高低限判断模块，调频量指令经过第三高低限判断模块输
出的信号为一次调频动作信号，一次调频动作信号和与其经过第二脉冲模块后的信号同时送入第二与模块，第二与模块的输出为触发电网考核指标积分电量开始积分一次调频考核动作信号，即电网频率变化超过一次调频死区开始持续60s或至频率回到一次调频死区以内为止，其中第二脉冲模块的时间设置为60s；一次调频考核动作信号分别送至第四切换器模块、第五切换器模块，当此信号为1时，第四切换器模块和第五切换器模块选择y输入，此信号为0时，第四切换器模块和第五切换器模块选择n输入；第五切换器模块用于实现在一次调频动作结束时，保持住上次一次调频动作的实际积分电量；
20.其中，第三除法器的输出和第四切换器模块的输出一并输送至第二加法器模块通过累加实现对机组实际调频量的积分运算，第二加法器模块的输出端与第四切换器模块的y端连接。
21.通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：传统火电机组一次调频控制策略未充分考虑到机组在不同负荷运行时机组一次调频相应的能力，已无法满足新型电力系统下电网对火电机组的调频特性要求。本发明提出的计及电网动态调频幅度和积分电量的一次调频控制方法，也就是基于电网“两个细则”考核指标的一次调频控制方法，针对电网对火电机组一次调频的快速性和持久性两个性能指标按照时间尺度进行双重修正，克服了机组由于deh阀门流量特性差，以及机组运行参数和升降负荷对一次调频的影响等造成的问题，使得机组在不同负荷运行时的调频能力均能够满足电网对火电机组的调频要求。控制策略优化前后机组的响应一次调频的速度和持久能力有了明显的提高，从而达到改善机组一次调频性能指标的目的，确保电网和机组的安全。
附图说明
22.此处的附图说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
23.图1为计及电网动态调频幅度和积分电量的一次调频控制方法的控制逻辑图；
24.图2为理论积分电量实现逻辑图；
25.图3为实际积分电量实现逻辑图。
26.图中：1-第一高低限判断模块；2-计时器模块；3-函数模块；4-第一除法器；5-第一切换器模块；6-乘法器模块；7-延时模块；8-惯性模块；9-第二除法器；10-第二高低限判断模块；11-第一脉冲模块；12-第一与模块；13-第二切换器模块；14-第三切换器模块；15-第一加法器模块；16-第三高低限判断模块；17-第二脉冲模块；18-第二与模块；19-第四切换器模块；20-第五切换器模块；21-第二加法器模块；22-第六切换器模块；23-减法器；24-第三除法器。
27.在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
28.为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面结合本发明的实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚完整地描述。显然，本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
29.一次调频动作过程中，电网“两个细则”对一次调频动作指标按照时间尺度，主要有两个考核指标，两个指标各有侧重，一个是，一次调频动作前期，要求机组一次调频能够快速动作，需在15s内负荷调整幅度应达到15s内频率极值点对应的一次调频理论调整负荷的90％，侧重于考核机组一次调频的快速性及调频幅度。另一个是，在整个一次调频动作期间，机组一次调频的实际积分电量要达到期望积分电量90％以上，主要侧重一次调频持久力。
30.基于此种考核方式制定基于电网“两个细则”考核指标的一次调频控制方法，即对deh侧一次调频调频量指令进行分时段动作量补偿，一次调频动作15s内，通过增大调频系数使其达到“两个细则”的考核指标对响应时间和调频幅度的要求，一次调频动作15s后，通过理论积分电量和实际积分电量的比值来修正一次调频动作量，确保一次调频的持久力能够满足“两个细则”的要求。
31.其中，deh即汽轮机数字电液控制系统，简称数字电调，是dcs的重要组成部分。
32.基于电网“两个细则”考核指标的一次调频控制方法(即计及电网动态调频幅度和积分电量的一次调频控制方法)的控制逻辑如图1所示。
33.(1)调频量指令优化逻辑
34.调频量指令信号经修正系数一和修正系数二修正后，生成修正后的调频量指令，并将修正后的调频量指令送至deh，做为动态前馈进行补偿。修正系数一侧重提高机组一次调频的速度的响应，修正系数二侧重提高机组一次调频的持久能力。
35.调频量指令优化逻辑：
36.如图1所示，调频量指令经第一高低限判断模块1后，生成机组一次调频动作信号，高低限动作限制为大于零或小于零，一次调频动作信号经计时器模块2后，生成一次调频动作时间。一次调频动作时间经过函数模块3后，输出调频量指令的修正系数一。一次调频动作时间系数函数：
37.表1一次调频动作时间与修正系数一关系函数
[0038][0039]
理论积分电量信号实际积分电量信号经过第一除法器4后，生成积分电量调节因子，所述积分电量调节因子是理论积分电量除以实际积分电量。积分电量调节因子和常数a送至第一切换器模块5，常数a的取值为1，第一切换器模块5生成修正系数二并输出。一次调频动作时间经延时模块7后的输出信号作为第一切换器模块5的切换条件，延时时间设置为15s，即一次调频动作15秒内机组调频以提高机组调频幅度为主，一次调频动作15秒后，以保证机组积分电量为主。调频量指令、修正系数一和修正系数二同时送至乘法器模块6后，乘法器模块6输出修正后调频量指令。
[0040]
(2)理论积分电量实现逻辑
[0041]
理论积分电量是指，在电网频率变化超过该机组的死区后，从电网频率变化超过一次调频死区开始持续60s或至频率回到一次调频死区以内为止，一次调频期望负荷变化的积分值。
[0042]
如图2所示，将调频量指令分成两路，一路输送至惯性模块8，调频量指令经惯性模
块8输出为电网期望负荷变化量；惯性模块8的时间常数为6s，将所述电网期望负荷变化量和常数b同时输送至第二除法器9，其中常数b为dcs控制器1s内扫描周期的个数，第二除法器9的输出为每个扫描周期的电网期望负荷；
[0043]
另一路输送至第二高低限判断模块10，调频量指令经过第二高低限判断模块10输出的信号为一次调频动作信号，一次调频动作信号和与其经过第一脉冲模块11后的信号同时送入第一与模块12，第一与模块12的输出为触发电网考核指标积分电量开始积分一次调频考核动作信号，即电网频率变化超过一次调频死区开始持续60s或至频率回到一次调频死区以内为止，其中第一脉冲模块11的时间设置为60s；一次调频考核动作信号分别送至第二切换器模块13、第三切换器模块14，当此信号为1时，第二切换器模块13和第三切换器模块14选择y输入，当此信号为0时，第二切换器模块13和第三切换器模块14选择n输入；第三切换器模块14用于实现在一次调频动作结束时，保持住上次一次调频动作的理论积分电量；
[0044]
其中，第二除法器9的输出和第二切换器模块13的输出一并输送至第一加法器模块15通过累加实现对电网期望负荷的积分运算，第一加法器模块15的输出端与第二切换器模块13的y端连接。
[0045]
(3)实际积分电量实现逻辑
[0046]
实际积分电量是指，在电网频率变化超过该机组的死区后，从电网频率变化超过一次调频死区开始持续60s或至频率回到一次调频死区以内为止，一次调频实际调频量的积分值。
[0047]
如图3所示，机组负荷信号经过第六切换模块22后，与机组负荷信号一同送入减法器23，当一次调频动作时，第六切换模块22作用是，当一次调频动作时，记录一次调频动作前的负荷，减法器17的作用是生产机组实际调频量。常数b为dcs控制器1s内扫描周期的个数，机组实际调频量与常数b(常数b即cs控制器1s内扫描周期的个数)经第三除法器24，输出为每个扫描周期的机组实际调频量。
[0048]
调频量指令输送至第三高低限判断模块16，调频量指令经过第三高低限判断模块16输出的信号为一次调频动作信号，一次调频动作信号和与其经过第二脉冲模块17后的信号同时送入第二与模块18，第二与模块18的输出为触发电网考核指标积分电量开始积分一次调频考核动作信号，即电网频率变化超过一次调频死区开始持续60s或至频率回到一次调频死区以内为止，其中第二脉冲模块17的时间设置为60s；一次调频考核动作信号分别送至第四切换器模块19、第五切换器模块20，当此信号为1时，第四切换器模块19和第五切换器模块20选择y输入，此信号为0时，第四切换器模块19和第五切换器模块20选择n输入；第五切换器模块20用于实现在一次调频动作结束时，保持住上次一次调频动作的实际积分电量；
[0049]
其中，第三除法器24的输出和第四切换器模块19的输出一并输送至第二加法器模块21通过累加实现对机组实际调频量的积分运算，第二加法器模块21的输出端与第四切换器模块19的y端连接。
[0050]
第二切换器模块13的y端输入为：一次调频有效动作时间(电网频率变化超过一次调频死区开始持续60s或至频率回到一次调频死区以内为止)内的理论积分电量，有效动作时间内，将每个采样周期的电量进行累加，当超出一次调频有效动作时间，每个周期的采样
值按0计算。
[0051]
第二切换器模块13的n端输入为：常数0。
[0052]
第三切换器模块14的y端输入为：理论积分电量。
[0053]
第三切换器模块14的n端输入为：当一次调频未有效动做时，切换器的输出保持上一时刻输出值。
[0054]
第四切换器模块19的y端输入为：一次调频有效动作时间(电网频率变化超过一次调频死区开始持续60s或至频率回到一次调频死区以内为止)内的实际积分电量，有效动作时间内，将每个采样周期的电量进行累加，当超出一次调频有效动作时间，每个周期的采样值按0计算。
[0055]
第四切换器模块19的n端输入为：常数0。
[0056]
第五切换器模块20的y端输入为：实际积分电量。
[0057]
第五切换器模块20的n端输入为：当一次调频未有效动做时，切换器的输出保持上一时刻输出值。
[0058]
本发明中所述的第一高低限判断模块1、计时器模块2、函数模块3、第一除法器4、第一切换器模块5、乘法器模块6、延时模块7、惯性模块8、第二除法器9、第二高低限判断模块10、第一脉冲模块11、第一与模块12、第二切换器模块13、第三切换器模块14、第一加法器模块15、第三高低限判断模块16、第二脉冲模块17、第二与模块18、第四切换器模块19、第五切换器模块20、第二加法器模块21、第六切换器模块22、减法器23和第三除法器24均属于电力系统中常见部件，本发明提出的方法将上述各个器件或模块有机的集成、整合成一个整体，需要强调的是，上述各个器件或模块就单体而言，其实现各自应实现功能的具体结构在现有技术中已经存在，各个器件和/或模块进行工作处理时所涉及的协议、软件或程序也在现有技术中已经存在，本领域人员已充分知晓。