專利名稱：一次調(diào)頻控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于發(fā)電機組一次調(diào)頻技術(shù)，特別是關(guān)于電網(wǎng)孤網(wǎng)運行時發(fā)電機組一次調(diào)頻技術(shù)，具體的將是關(guān)于一次調(diào)頻控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)運行時，由于局部電網(wǎng)故障、極端天氣或地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生以及人為操作失誤等原因，可能導(dǎo)致與主網(wǎng)聯(lián)系薄弱的地區(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)解列，出現(xiàn)孤網(wǎng)運行的情況。孤網(wǎng)運行時系統(tǒng)頻率變化劇烈，如果控制措施不當，極可能出現(xiàn)大面積停電事故。孤網(wǎng)運行研究關(guān)注的焦點傾向于調(diào)整孤網(wǎng)頻率，使之維持在額定頻率附近。一次調(diào)頻回路是維持電網(wǎng)運行在額定頻率附近的重要保障，但目前的一次調(diào)頻回路都僅適用于電網(wǎng)頻率小范圍的波動，對大范圍的頻率波動則無能為力，甚至起到相反的作用。電網(wǎng)正常運行時，所有發(fā)電機組具備一次調(diào)頻功能，當電網(wǎng)頻率變化超過死區(qū)后，汽輪機功率相應(yīng)進行自動調(diào)整，減少電網(wǎng)頻率的變化幅度。常規(guī)一次調(diào)頻控制回路傳遞函數(shù)框圖如圖I所示。在圖I中，ω為汽輪機轉(zhuǎn)速標么值；Pm為參考功率(正常運行方式下為CCS側(cè)發(fā)出的負荷指令)，當PMf = I時對應(yīng)調(diào)門的最大開度為100% ;Pe為電磁功率反饋值；PCT1輸出一次調(diào)頻控制回路調(diào)門指令。當出現(xiàn)擾動時，調(diào)門指令經(jīng)電液伺服系統(tǒng)控制汽輪機調(diào)門開度進行連續(xù)調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。常規(guī)一次調(diào)頻控制回路具有兩個功能，一是汽輪機轉(zhuǎn)速偏離額定轉(zhuǎn)速時，該回路的控制效果是使轉(zhuǎn)速偏差減小，更靠近額定轉(zhuǎn)速；二是在電磁功率偏移參考功率的情況下，該回路能使電磁功率逐漸等于參考功率。但是，常規(guī)一次調(diào)頻控制回路中電磁功率的反饋在孤網(wǎng)運行方式下會影響調(diào)頻性能，這是由于孤網(wǎng)發(fā)生的瞬間，電磁功率是突變的，一次調(diào)頻控制回路采集電磁功率的反饋信號也會發(fā)生突變，致使進入PI控制器后造成控制偏差，表現(xiàn)為調(diào)節(jié)方向與外界負荷需求方向相反，發(fā)生極大反調(diào)，極易觸發(fā)機組超速保護功能(Overspeed ProtectionController 0PC)多次動作。比如在功率過剩的小地區(qū)孤網(wǎng)運行時，為保持發(fā)電與負荷的實時平衡，電磁功率變小，而機械功率暫時維持不變，引起機械功率與電磁功率不平衡。這時常規(guī)一次調(diào)頻回路的上述兩個功能都開始起作用，轉(zhuǎn)速偏差信號發(fā)出關(guān)小調(diào)門的指令，電磁功率反饋回路控制效果卻是開大調(diào)門，而電網(wǎng)此時一次調(diào)頻需要的卻是關(guān)小調(diào)門。此時，電磁功率的反饋回路在該孤網(wǎng)運行方式下起到了相反的作用。一次調(diào)頻回路是維持電網(wǎng)運行在額定頻率附近的重要保障，但目前的一次調(diào)頻回路都僅適用于電網(wǎng)頻率小范圍的波動，對大范圍的頻率波動則無能為力，甚至起到相反的作用。以某地區(qū)孤網(wǎng)運行為例，該地區(qū)有四臺30萬千瓦的火電機組，而地區(qū)負荷較低，只有40萬千瓦左右，正常方式下該小地區(qū)電網(wǎng)通過兩臺變壓器與500KV主網(wǎng)聯(lián)系，并上送部分功率，如果兩臺變壓器突然跳閘，則該小地區(qū)孤網(wǎng)運行，面臨高頻問題。在上送功率7萬千瓦的情況下，如小地區(qū)孤網(wǎng)運行，則常規(guī)一次調(diào)頻控制回路對其頻率進行調(diào)控。動態(tài)過程中電磁功率I和機械功率2的變化如圖2所示，電磁功率先變大，然后再變小，而并非理想的直接變小，這將加劇電磁功率與機械功率的不平衡，導(dǎo)致頻率飛升更嚴重，如圖3所示。若上送功率繼續(xù)增大，則電磁功率突變會增大，在此一次調(diào)頻控制回路控制動態(tài)過程中電磁功率反調(diào)值也增大，致使孤網(wǎng)頻率增大，高頻問題嚴重，很容易觸發(fā)OPC動作，對電力系統(tǒng)穩(wěn)定造成破壞。而且由于功率反饋控制一直存在，OPC動作后電網(wǎng)將不能穩(wěn)定,如圖4所示。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種一次調(diào)頻控制方法及系統(tǒng)，以提高地區(qū)孤網(wǎng)運行的頻率穩(wěn)定水平。為了實現(xiàn)上述目的，在一實施例中，本發(fā)明提供一種一次調(diào)頻控制方法，該方法包括判斷汽輪機組是否出現(xiàn)超速保護控制OPC或功率負荷不平衡PLU動作；如果是，切斷一次調(diào)頻控制回路的功率控制回路，并輸入閥位控制指令，輸出閥位控制回路調(diào)門指令。為了實現(xiàn)上述目的，在另一實施例中，本發(fā)明還提供一種一次調(diào)頻控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括判斷單元，判斷汽輪機組是否出現(xiàn)超速保護控制OPC或功率負荷不平衡PLU動作；閥位控制單元，當汽輪機組未出現(xiàn)OPC或PLU動作時，切斷一次調(diào)頻控制回路的功率控制回路，并輸入閥位控制指令，輸出閥位控制回路調(diào)門指令。本發(fā)明實施例的有益效果在于，本發(fā)明能在地區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)孤網(wǎng)運行時及時切除一次調(diào)頻控制回路中的功率控制回路，提高了地區(qū)孤網(wǎng)運行的頻率穩(wěn)定水平。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中圖I為現(xiàn)有技術(shù)中一次調(diào)頻控制回路示意圖；圖2為出現(xiàn)地區(qū)孤網(wǎng)運行時現(xiàn)有的一次調(diào)頻控制回路的電磁功率和機械功率變化示意圖；圖3為出現(xiàn)地區(qū)孤網(wǎng)運行時現(xiàn)有的一次調(diào)頻控制回路的頻率變化示意圖；圖4為出現(xiàn)地區(qū)孤網(wǎng)運行時現(xiàn)有的一次調(diào)頻控制回路的頻率振蕩示意圖；圖5為本發(fā)明實施例一次調(diào)頻控制方法流程圖；圖6為本發(fā)明實施例的閥位控制回路圖；圖7本發(fā)明實施例上送功率不觸發(fā)OPC動作時孤網(wǎng)頻率變化示意圖；圖8本發(fā)明實施例上送功率觸發(fā)OPC動作時孤網(wǎng)頻率變化示意圖；圖9本發(fā)明實施例孤網(wǎng)機端頻率振蕩示意圖；圖10為輸入閥位控制指令時的電網(wǎng)頻率變化示意圖；圖11為輸入閥位控制指令時機械功率與電磁功率的變化示意圖；圖12本發(fā)明實施例一次調(diào)頻控制系統(tǒng)的結(jié)果框圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳細說明。在此，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但并不作為對本發(fā)明的限定。圖I所示的 常規(guī)一次調(diào)頻回路適合于電網(wǎng)頻率小范圍波動的運行方式，該回路能使頻率維持在50HZ左右，同時使電磁功率靠近參考功率。但是在小地區(qū)孤網(wǎng)運行時，發(fā)電和負荷的不平衡造成頻率大范圍波動，功率控制回路對于頻率的穩(wěn)定往往會起到相反的作用。為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，如圖5所示，本實施例提供一種一次調(diào)頻控制方法，該方法包括判斷汽輪機組是否出現(xiàn)超速保護控制OPC或功率負荷不平衡PLU動作S501 ；如果是，切斷一次調(diào)頻控制回路的功率控制回路，并輸入閥位控制指令，輸出閥位控制回路調(diào)門指令S502。當汽輪機組未出現(xiàn)OPC或PLU動作時，依次經(jīng)由頻率控制回路、功率控制回路，輸出一次調(diào)頻控制回路調(diào)門指令。下面結(jié)合圖6至圖11詳細說明本實施例，圖6為本發(fā)明實施例的閥位控制回路圖，圖6與圖I的區(qū)別在于，圖I中的一次調(diào)頻控制回路包括頻率控制回路及功率控制回路，而圖6的閥位控制回路中僅包括頻率控制回路。在圖6中，ω為汽輪機轉(zhuǎn)速標么值；PMf為可手動給定的閥位控制指令，當PMf = I時對應(yīng)調(diào)門的最大開度為100%屮㈣輸出閥位控制回路調(diào)門指令。當出現(xiàn)擾動時，調(diào)門指令經(jīng)電液伺服系統(tǒng)控制汽輪機調(diào)門開度進行連續(xù)調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。下面簡單介紹一下機組的超速保護控制及功率負荷不平衡。機組的超速保護控制(Overspeed Protection Controller 0PC)是指當汽輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)速升到103%額定轉(zhuǎn)速，即對應(yīng)機組機端頻率上升至51. 5Hz時，通過快速關(guān)閉中壓調(diào)節(jié)汽閥和高壓調(diào)節(jié)汽閥，使機組維持在額定轉(zhuǎn)速運行，避免轉(zhuǎn)速升高過快而遮斷停機的保護功能。等轉(zhuǎn)速(或頻率)下降后，或者延時一段時間后，調(diào)節(jié)汽門按要求速率開啟。功率負荷不平衡(power-load unbalance PLU)是指電網(wǎng)瞬時故障情況下,提高電網(wǎng)暫態(tài)穩(wěn)定的一種措施。當汽輪機機械功率大于發(fā)電機有功功率預(yù)設(shè)值時，迅速關(guān)閉中壓(或高、中壓)調(diào)節(jié)汽門，延時一段時間后，調(diào)節(jié)汽門按要求速率開啟。功率負荷不平衡功能動作比一次調(diào)頻靠后一些，但動作調(diào)節(jié)幅度較一次調(diào)頻大很多，當PLU功能只動作中壓調(diào)節(jié)汽門時，一般是調(diào)節(jié)機組運行負荷的三分之二左右。系統(tǒng)正常運行時，所有發(fā)電機組采用如圖I所示常規(guī)一次調(diào)頻控制回路，當電網(wǎng)頻率變化超過死區(qū)后，汽輪機功率相應(yīng)進行自動調(diào)整，減少電網(wǎng)頻率的變化幅度。當?shù)貐^(qū)電網(wǎng)與主網(wǎng)聯(lián)系的通道故障跳閘，則小地區(qū)電網(wǎng)就會孤網(wǎng)運行，如果頻率變化劇烈，則汽輪機數(shù)字電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)(Digital Electric Hydraulic Control SystemDEH)自動切換到閥控方式，原理如圖6所示。與切換前的常規(guī)一次調(diào)頻回路相比，閥控方式下的發(fā)電機組仍然具備一次調(diào)頻功能，只是切除了功率控制回路，需要輸入閥位控制指令Praf，投入DE!H閥位控制，閥位控制指令PMf可以手動給定。上述系統(tǒng)正常運行與孤網(wǎng)運行的界定是是否OPC或者PLU的動作。OPC或PLU未動作，系統(tǒng)屬于正常運行范圍，采用如圖I所示的常規(guī)一次調(diào)頻回路；一旦OPC或PLU動作，系統(tǒng)自動切換至孤網(wǎng)運行范圍，采用閥位控制回路。在OPC及PLU動作期間，調(diào)速功能閉鎖。
在小地區(qū)電網(wǎng)與正常聯(lián)系時(即沒有出現(xiàn)孤網(wǎng)運行時)，一次調(diào)頻控制回路仍然是常規(guī)一次調(diào)頻，包括頻率控制回路及功率控制回路。只有在與主網(wǎng)聯(lián)系斷開并且頻率大范圍波動時，一次調(diào)頻回路才會自動地由常規(guī)一次調(diào)頻切換到閥控方式。閥控方式下能很方便地把頻率調(diào)整到50HZ左右，較之常規(guī)一次調(diào)頻回路，閥控方式能大幅度提高電網(wǎng)頻率穩(wěn)定水平。下面以具體的實例說明本發(fā)明的有益效果以某小地區(qū)孤網(wǎng)情況為例進行說明。該地區(qū)共有四臺火電機組，兩臺30萬千瓦機組及兩臺33萬千瓦機組，最大裝機容量為126萬千瓦。該地區(qū)平均負荷為52萬千瓦，過剩功率通過兩臺500kV變壓器送至高一級電網(wǎng)。一旦該地區(qū)這兩臺變壓器發(fā)生跳閘故障(N-2)，該地區(qū)電網(wǎng)就會孤網(wǎng)運行。
假設(shè)某工況時該地區(qū)電網(wǎng)中一臺火電機組發(fā)電15萬千瓦，其他三臺火電機組各發(fā)14萬千瓦時，兩臺500kV變壓器上送功率為7萬千瓦。此時若發(fā)生孤網(wǎng)運行情況，則孤網(wǎng)頻率變化如圖7所示，機端頻率最高上升到51. 37Hz，然后逐漸穩(wěn)定到50. 18Hz。在此過程中，OPC或PLU均未動作，系統(tǒng)在圖I所示的常規(guī)一次調(diào)頻控制回路控制下最終恢復(fù)穩(wěn)定。此7萬千瓦的上送功率為不觸發(fā)OPC動作的極限功率情況，若孤網(wǎng)上送功率繼續(xù)增大，則電磁功率突變會增大，在此一次調(diào)頻控制回路控制動態(tài)過程中電磁功率反調(diào)值也增大，致使OPC動作，進入孤網(wǎng)運行工況，頻率控制自動切換至閥位控制回路進行控制。孤網(wǎng)頻率變化如圖8所示，暫態(tài)過程中機端頻率最低跌至48. 58Hz，最高上升到51. 59Hz，然后逐漸穩(wěn)定到50. 43Hz。暫態(tài)過程中OPC動作一次。當發(fā)電機組出力逐漸增加，乃至某工況時該地區(qū)電網(wǎng)中兩臺火電機組發(fā)電22萬千瓦，其他三臺火電機組各發(fā)23萬千瓦時，兩臺500kV變壓器上送功率為40萬千瓦，。此時若發(fā)生孤網(wǎng)運行情況，則孤網(wǎng)頻率變化如圖9所示，暫態(tài)過程中機端頻率最低跌至48. 26Hz，最高上升到51. 69Hz，然后逐漸穩(wěn)定到50. 69Hz。暫態(tài)過程中OPC動作一次。采用本發(fā)明技術(shù)方案，可提高孤網(wǎng)運行極限30萬千瓦，大幅度提升送電能力及電網(wǎng)穩(wěn)定水平。閥控方式可以手動輸入?yún)⒖脊β蔖Mf的值，即當暫態(tài)過程后若其頻率穩(wěn)定在高于額定頻率50HZ的一個頻率值運行時，可通過合理減小Pref的值，使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在50Hz附近。某孤網(wǎng)工況暫態(tài)過程后頻率穩(wěn)定在51. 05Hz，一分鐘后運行人員將PMf的值從I改為O. 6，則電網(wǎng)頻率會在49. 8Hz穩(wěn)定運行，圖10為輸入閥位控制指令時的電網(wǎng)頻率變化示意圖，圖11為輸入閥位控制指令時機械功率與電磁功率的變化示意圖。如圖12所示，本實施例提供一種一次調(diào)頻控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括判斷單元1201及閥位控制單元1202，判判斷單元1201斷汽輪機組是否出現(xiàn)超速保護控制OPC或功率負荷不平衡PLU動作；當汽輪機組未出現(xiàn)OPC或PLU動作時，閥位控制單元1202切斷一次調(diào)頻控制回路的功率控制回路，并輸入閥位控制指令，輸出閥位控制回路調(diào)門指令。如圖I所示,一次調(diào)頻控制回路包括頻率控制回路及功率控制回路,頻率控制回路可以根據(jù)汽輪機組的反饋轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)速得到，功率控制回路可以根據(jù)汽輪機組的參考功率及電磁功率的反饋值得到功率差值，并對所述轉(zhuǎn)速偏差值及功率差值進行PID調(diào)節(jié)。當判斷單元1201沒有判斷到出現(xiàn)超速保護控制OPC或功率負荷不平衡PLU動作時，汽輪機組按照圖I的一次調(diào)頻控制回路進行調(diào)頻，輸出一次調(diào)頻控制回路調(diào)門指令。
當判斷單元1201判斷到出現(xiàn)超速保護控制OPC或功率負荷不平衡PLU動作時，說明出現(xiàn)地區(qū)孤網(wǎng)運行，閥位控制單元1202切斷一次調(diào)頻控制回路的功率控制回路，并輸入閥位控制指令，輸出閥位控制回路調(diào)門指令。本發(fā)明實施例的有益效果在于，在小地區(qū)電網(wǎng)與正常聯(lián)系時(即沒有出現(xiàn)孤網(wǎng)運行時)，一次調(diào)頻控制回路仍然是常規(guī)一次調(diào)頻，即包括頻率控制回路及功率控制回路。只有在與主網(wǎng)聯(lián)系斷開并且頻率大范圍波動時，一次調(diào)頻回路才會自動地由常規(guī)一次調(diào)頻切換到閥控方式(切斷功率控制回路，輸入閥位控制指令)。閥控方式下能很方便地把頻率調(diào)整到50HZ左右，較之常規(guī)一次調(diào)頻回路，閥控方式能大幅度提高電網(wǎng)頻率穩(wěn)定水平。以上所述的具體實施例，對本實用新 型的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限定本實用新型的保護范圍，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一次調(diào)頻控制方法，其特征在于，所述的方法包括 判斷汽輪機組是否出現(xiàn)超速保護控制OPC或功率負荷不平衡PLU動作； 如果是，切斷一次調(diào)頻控制回路的功率控制回路，并輸入閥位控制指令，輸出閥位控制回路調(diào)門指令。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，當汽輪機組未出現(xiàn)OPC或PLU動作吋，依次經(jīng)由頻率控制回路、功率控制回路，輸出一次調(diào)頻控制回路調(diào)門指令。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述的一次調(diào)頻控制回路包括頻率控制回路及功率控制回路。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述的頻率控制回路用于根據(jù)汽輪機組的反饋轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)速得到。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述的功率控制回路用于根據(jù)汽輪機組的參考功率及電磁功率的反饋值得到功率差值，并對所述轉(zhuǎn)速偏差值及功率差值進行PID調(diào)節(jié)。
6.一次調(diào)頻控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的系統(tǒng)包括 判斷単元，判斷汽輪機組是否出現(xiàn)超速保護控制OPC或功率負荷不平衡PLU動作； 閥位控制單元，當汽輪機組未出現(xiàn)OPC或PLU動作時，切斷一次調(diào)頻控制回路的功率控制回路，并輸入閥位控制指令，輸出閥位控制回路調(diào)門指令。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的一次調(diào)頻控制回路包括頻率控制回路及功率控制回路。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在干，所述的頻率控制回路用于根據(jù)汽輪機組的反饋轉(zhuǎn)速及額定轉(zhuǎn)速得到。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述的功率控制回路用于根據(jù)汽輪機組的參考功率及電磁功率的反饋值得到功率差值，并對所述轉(zhuǎn)速偏差值及功率差值進行PID調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于一種一次調(diào)頻控制方法及系統(tǒng)，該方法包括判斷汽輪機組是否出現(xiàn)超速保護控制OPC或功率負荷不平衡PLU動作；如果是，切斷一次調(diào)頻控制回路的功率控制回路，并輸入閥位控制指令，輸出閥位控制回路調(diào)門指令。本發(fā)明能在地區(qū)電網(wǎng)出現(xiàn)孤網(wǎng)運行時及時切除一次調(diào)頻控制回路中的功率控制回路，提高了地區(qū)孤網(wǎng)運行的頻率穩(wěn)定水平。
文檔編號F01D15/10GK102619580SQ20111003422
公開日2012年8月1日 申請日期2011年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月31日
發(fā)明者劉輝, 李勝, 楊振勇, 王蓓, 田云峰, 趙婷, 高洵 申請人:華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 華北電網(wǎng)有限公司