一種基于頻率下垂調(diào)節(jié)方法的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于頻率下垂調(diào)節(jié)方法 的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電網(wǎng)頻率作為衡量電能質(zhì)量的三個(gè)基本指標(biāo)之一，關(guān)系著電氣設(shè)備的正常運(yùn)行以 及用戶(hù)的用電質(zhì)量。在電力系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，電力系統(tǒng)負(fù)荷的實(shí)時(shí)、隨機(jī)變化，會(huì)引起電網(wǎng)頻率 的實(shí)時(shí)、隨機(jī)波動(dòng)，因此，將電力系統(tǒng)的電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在額定值附近運(yùn)行，是電力系統(tǒng)安全 穩(wěn)定運(yùn)行的主要目標(biāo)之一。
[0003] 電力系統(tǒng)一次調(diào)頻控制功能是用于消除因電力系統(tǒng)第一類(lèi)負(fù)荷變化所造成的電 網(wǎng)頻率波動(dòng)現(xiàn)象，它是提高電能質(zhì)量的一種重要手段，也是汽輪發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的必備 功能。它由一次調(diào)頻控制系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)，其原理是：當(dāng)電網(wǎng)由于發(fā)電功率和負(fù)荷功率不平衡 引起電網(wǎng)的頻率發(fā)生變化后，由于現(xiàn)在的一次調(diào)頻設(shè)有死區(qū)，當(dāng)頻率超過(guò)死區(qū)后，各發(fā)電機(jī) 的調(diào)速系統(tǒng)開(kāi)始動(dòng)作，根據(jù)頻偏差和機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量調(diào)整機(jī)械處理，系統(tǒng)頻率下降變緩，隨 著發(fā)電機(jī)機(jī)械出力的增加，頻率開(kāi)始恢復(fù)。
[0004] 大型火力發(fā)電機(jī)組通常都是以單元制運(yùn)行方式。汽輪機(jī)在采用機(jī)械液壓調(diào)速系統(tǒng) 時(shí)，一次調(diào)頻是汽輪機(jī)本身固有的一種特性，不能手動(dòng)切除，轉(zhuǎn)速不等率無(wú)法隨意改變。在 采用電液調(diào)速系統(tǒng)后，汽輪機(jī)的一次調(diào)頻固有特性可以通過(guò)一次調(diào)頻開(kāi)關(guān)、一次調(diào)頻特性 函數(shù)的設(shè)置而實(shí)現(xiàn)可選特性。
[0005] 火電機(jī)組典型一次調(diào)頻控制方式包括：汽輪機(jī)側(cè)的數(shù)字式電液控制系統(tǒng)（DEH) - 次調(diào)頻（方式一）、機(jī)組協(xié)調(diào)控制（CCS) -次調(diào)頻（方式二）、DHl和CCS共同作用下的一 次調(diào)頻（方式三）三種方式。
[0006] 目前電力系統(tǒng)并網(wǎng)機(jī)組的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)普遍采用DHl和CCS的共同作用 的一次調(diào)頻方式，如圖1所示。調(diào)頻方法是：將經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)組調(diào)頻死區(qū)作用目標(biāo)頻差指令 (以50Hz為基準(zhǔn)）轉(zhuǎn)換成負(fù)荷增減量信號(hào)后，一方面是將其疊加于汽輪機(jī)調(diào)節(jié)閥控制指令， 以改變調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，利用鍋爐蓄熱快速增減機(jī)組出力，以減緩頻率下降；另一方面是改變鍋 爐主控指令，使機(jī)組的燃料、空氣和水供給跟上負(fù)荷變化，維持主蒸汽壓力在安全范圍內(nèi)。
[0007] 電力系統(tǒng)控制性能標(biāo)準(zhǔn)（control performance standard，CPS)制定時(shí)認(rèn)為區(qū)域 控制偏差（Area Control Error，ACE)符合正態(tài)分布。由于現(xiàn)在的一次調(diào)頻設(shè)有死區(qū)，出現(xiàn) 頻率概率分布雙峰現(xiàn)象，使電網(wǎng)頻率偏離正態(tài)分布，因此，現(xiàn)有的一次調(diào)頻控制方式會(huì)影響 CPS指標(biāo)的正確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供一種基于頻率下垂調(diào)節(jié)方法的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)及方法，可以實(shí)現(xiàn)一 次調(diào)頻控制快速穩(wěn)定系統(tǒng)頻率并改善由調(diào)頻死區(qū)所帶來(lái)的頻率概率分布雙駝峰現(xiàn)象，為電 網(wǎng)頻率安全提供了有效保障。
[0009] -種基于頻率下垂調(diào)節(jié)方法的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)，包括依次相連的負(fù)荷協(xié)調(diào)控制 部分、基礎(chǔ)控制部分、機(jī)組部分，其特征在于：負(fù)荷協(xié)調(diào)控制部分包括絕對(duì)值計(jì)算單元、頻率 變化范圍判斷單元、下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元、不等率負(fù)荷指令計(jì)算單元、機(jī)爐負(fù)荷控制 單元、下垂特性基準(zhǔn)頻率計(jì)算單元，
[0010] 絕對(duì)值計(jì)算單元，用于將電網(wǎng)實(shí)際頻率f與額定基準(zhǔn)頻率fc的差值，即瞬時(shí)電網(wǎng) 頻率相對(duì)變化量△ fk，進(jìn)行絕對(duì)值計(jì)算得到瞬時(shí)電網(wǎng)頻率相對(duì)變化量絕對(duì)值
[0011] 頻率變化范圍判斷單元，用于依據(jù)瞬時(shí)電網(wǎng)頻率相對(duì)變化量絕對(duì)值4Λ選擇開(kāi)通 下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元或不等率負(fù)荷指令計(jì)算單元，垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元和不等 率負(fù)荷指令計(jì)算單元不同時(shí)開(kāi)通；
[0012] 下垂特性基準(zhǔn)頻率計(jì)算單元，用于將系統(tǒng)功率缺額轉(zhuǎn)化為目標(biāo)頻差指令
.其中f為電網(wǎng)實(shí)際頻率，^為下垂特性頻率基準(zhǔn)值，
f。為 額定基準(zhǔn)頻率，其值為50H，m為下垂系數(shù)，為一個(gè)正值，△ P為一次調(diào)頻過(guò)程的系統(tǒng)功率缺 額；
[0013] 下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元，用于在開(kāi)通時(shí)將目標(biāo)頻差指令A(yù)fV1轉(zhuǎn)化為實(shí)際負(fù) 荷指令P M;
[0014] 不等率負(fù)荷指令計(jì)算單元，用于在開(kāi)通時(shí)將固定基準(zhǔn)頻率控制方法的一次調(diào)頻控 制輸入指令A(yù)f rf= f-f。轉(zhuǎn)化為實(shí)際負(fù)荷指令Pra，其中f為電網(wǎng)實(shí)際頻率，f。為額定基準(zhǔn) 頻率；
[0015] 機(jī)爐負(fù)荷控制單元，用于將下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元和不等率負(fù)荷指令計(jì)算單 元轉(zhuǎn)化的實(shí)際負(fù)荷指令PcdP實(shí)際負(fù)荷指令P C2轉(zhuǎn)化為鍋爐主控指令0 B和汽輪機(jī)主控指令 Ot后輸出給基礎(chǔ)控制部分；
[0016] 基礎(chǔ)控制部分，用于根據(jù)鍋爐主控指令Ob和汽輪機(jī)主控指令0 τ控制機(jī)組部分進(jìn)行 相應(yīng)動(dòng)作以進(jìn)行一次調(diào)頻。
[0017] 如上所述的基于頻率下垂調(diào)節(jié)方法的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)，頻率變化范圍判斷單元 依據(jù)瞬時(shí)電網(wǎng)頻率相對(duì)變化量絕對(duì)值Δ/T選擇開(kāi)通下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元或不等率負(fù) 荷指令計(jì)算單元具體為：
則頻率變化范圍判斷單元輸出瞬時(shí)一次調(diào)頻系統(tǒng)負(fù)荷指令的控 制代碼C1 (0, 1)，下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元接收信號(hào)后保持開(kāi)通狀態(tài)，不等率負(fù)荷指令計(jì) 算單元接收信號(hào)后被閉鎖，此時(shí)為頻率下垂調(diào)節(jié)方法；
則頻率變化范圍判斷單元輸出瞬時(shí)一次調(diào)頻系統(tǒng)負(fù)荷指令的 控制代碼C2 (1，0)，閉鎖下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元105,開(kāi)通下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元， 此時(shí)為固定基準(zhǔn)頻率控制方法。
[0020] 一種基于頻率下垂調(diào)節(jié)方法的一次調(diào)頻控制方法，其特征在于包括如下步驟：
[0021] 步驟Sll :計(jì)算電網(wǎng)實(shí)際頻率f與額定基準(zhǔn)頻率f。的差值Δ fk，即瞬時(shí)電網(wǎng)頻率相 對(duì)變化量，其中f。= 50Hz ;
[0022] 步驟S12 :絕對(duì)值計(jì)算單元對(duì)瞬時(shí)電網(wǎng)頻率相對(duì)變化量△ &進(jìn)行絕對(duì)值計(jì)算，求 △ &的絕對(duì)值
即瞬時(shí)電網(wǎng)頻率相對(duì)變化量絕對(duì)值；
[0023] 步驟S13 :頻率變化范圍判斷單元對(duì)瞬時(shí)電網(wǎng)頻率相對(duì)變化量絕對(duì)值Δ/；進(jìn)行
的判斷，若是，則進(jìn)入步驟S14 ;若否，則進(jìn)入步驟S16 ;
[0024] 步驟S14 :頻率變化范圍判斷單元開(kāi)通下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元，閉鎖不等率 負(fù)荷指令計(jì)算單元；
[0025] 步驟S15 :下垂特性基準(zhǔn)頻率計(jì)算單元將系統(tǒng)功率缺額轉(zhuǎn)化為一次調(diào)頻控制輸入 指4
其中f為電網(wǎng)實(shí)際頻率，I為下垂特性頻率基準(zhǔn)值，
為額定基準(zhǔn)頻率，其值為50Hz，m為下垂系數(shù)，為一個(gè)正值，△ P為一次調(diào)頻過(guò)程的系統(tǒng)功率 缺額；
[0026] 步驟S16 :頻率變化范圍判斷單元閉鎖下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元，開(kāi)通不等率 負(fù)荷指令計(jì)算單元；
[0027] 步驟S17 :計(jì)算得到固定基準(zhǔn)頻率控制方法的一次調(diào)頻控制輸入指令Δ frf = f-f〇, f〇= 50Hz ；
[0028] 步驟S18 :下垂控制負(fù)荷指令計(jì)算單元開(kāi)通時(shí)將步驟S15中的一次調(diào)頻控制輸入 指令A(yù)fV1轉(zhuǎn)化為實(shí)際負(fù)荷指令P m;不等率負(fù)荷指令計(jì)算單元開(kāi)通時(shí)將目標(biāo)頻差指令A(yù)f =f-心轉(zhuǎn)化為實(shí)際負(fù)荷指令P
[0029] 步驟S19 :根據(jù)實(shí)際負(fù)荷指令鍋爐側(cè)的控制機(jī)組部分進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作以進(jìn)行一次調(diào) 頻。
[0030] 如上所述的基于頻率下垂調(diào)節(jié)方法的一次調(diào)頻控制方法，步驟S19具體為：機(jī)爐 負(fù)荷控制單元根據(jù)實(shí)際負(fù)荷指令分別對(duì)鍋爐子控制系統(tǒng)和汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)發(fā)出控制指 令，鍋爐子控制系統(tǒng)接收指令后，控制送煤機(jī)電機(jī)、鍋爐給水栗、送風(fēng)機(jī)電機(jī)，改變鍋爐燃燒 率，汽輪機(jī)子控制系統(tǒng)接收指令后，控制汽輪機(jī)增減出力，進(jìn)行功率補(bǔ)償。
[0031] 本發(fā)明采用頻率下垂調(diào)節(jié)和固定基準(zhǔn)頻率控制方法互相配合的一次調(diào)頻控制策 略，將發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻死區(qū)設(shè)為零，實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻控制快速穩(wěn)定系統(tǒng)頻率并改善由調(diào)頻死 區(qū)所帶來(lái)的頻率概率分布雙駝峰現(xiàn)象，為電網(wǎng)頻率安全提供了有效保障。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)一次調(diào)頻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0033] 圖2是本發(fā)明基于頻率下垂調(diào)節(jié)方法的一次調(diào)頻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0034] 圖3是頻率下垂特性不意圖；
[0035] 圖4是發(fā)明基于頻率下垂調(diào)節(jié)方法的一次調(diào)頻控制方法的流程示意圖；
[0036] 圖5是發(fā)明的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[0037] 圖中：