一種發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷的控制方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種發(fā)生遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷時發(fā)電機(jī)組的調(diào)速方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 甩負(fù)荷（load shedding)分為兩種，一種是主動甩負(fù)荷：當(dāng)電網(wǎng)提供的有功大大 小于系統(tǒng)需要的有功，主動甩掉部分不重要的負(fù)荷，提高電網(wǎng)供電質(zhì)量。一種是故障甩負(fù) 荷，例如遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷（特指遠(yuǎn)程高壓輸電線路中靠近用電用戶一側(cè)的高壓線路出口短 路器斷開引起的甩負(fù)荷）中的負(fù)荷突然減小。
[0003] 在水電站中甩負(fù)荷是經(jīng)常發(fā)生的。水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生甩負(fù)荷后，巨大的剩余能量 使機(jī)組轉(zhuǎn)速上升很快，需要盡快關(guān)閉導(dǎo)葉，降低機(jī)組頻率（或者稱為機(jī)組轉(zhuǎn)速），使機(jī)組的 發(fā)電量與發(fā)生甩負(fù)荷后的負(fù)荷量相適應(yīng)，以防機(jī)組過速引起事故停機(jī)。
[0004] 遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷后的調(diào)速器控制策略是隨著高電壓遠(yuǎn)程輸電而帶來的新課題，目 前這方面研究比較少，也沒有現(xiàn)成的技術(shù)資料，大多數(shù)調(diào)速器廠家的調(diào)速器都不具備該工 況下的調(diào)速功能，或者只采取臨時措施加以處理，包括許多國際知名發(fā)電設(shè)備公司。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)中所有廠家都是利用頻差進(jìn)行遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷判斷、調(diào)速的，其原理如 下：遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷時，由于機(jī)組出口斷路器GCB閉合，機(jī)組調(diào)速器運(yùn)行工況仍處于發(fā)電 態(tài)，機(jī)組開度/功率給定值仍然起作用，所以機(jī)組將保持遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷前的開度不變，弓丨 起機(jī)組頻率迅速上升，當(dāng)頻差（實(shí)際頻率與設(shè)定頻率的差值）大于頻率死區(qū)后，調(diào)速器開 始對機(jī)組頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)，導(dǎo)葉開始下關(guān)。但由于機(jī)組頻率的上升不能突變，頻差變化相對 緩慢，因此調(diào)速器控制量的輸出在線路甩負(fù)荷初期非常小，容易引起機(jī)組過速，產(chǎn)生事故停 機(jī)。
[0006] 可見該方法具有響應(yīng)嚴(yán)重滯后等缺點(diǎn)，因此引起調(diào)速的滯后，引起線路甩負(fù)荷機(jī) 組過速停機(jī)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題，提供一種能大大提高甩負(fù) 荷判斷速度的發(fā)電機(jī)組遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷的控制方法，使得甩負(fù)荷調(diào)速能及時進(jìn)行，有效避 免了因調(diào)速滯后引起機(jī)組過速停機(jī)的問題。
[0008] 本發(fā)明提供了一種發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷的控制方法，包括：
[0009] 步驟1 :采集發(fā)電機(jī)組的頻率；
[0010] 步驟2 :計(jì)算所述頻率相對于時間的變化率，將所述變化率與正常調(diào)速時的機(jī)組 頻率變化率比較，當(dāng)所述變化率大于正常調(diào)速時的機(jī)組頻率變化率時認(rèn)為出現(xiàn)了甩負(fù)荷現(xiàn) 象并記錄最大頻率變化率；
[0011] 步驟3 :根據(jù)"最大頻率變化率-甩負(fù)荷變化量"曲線得到所述變化率對應(yīng)的遠(yuǎn)端 線路甩負(fù)荷時負(fù)荷變化量；
[0012] 步驟4 :根據(jù)所述負(fù)荷變化量對機(jī)組進(jìn)行調(diào)速。
[0013] 進(jìn)一步，所述發(fā)電機(jī)組為水輪發(fā)電機(jī)組；所述步驟4包括：
[0014] 當(dāng)發(fā)生遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷前對機(jī)組的調(diào)速模式為功率調(diào)節(jié)時，則將功率給定值更新 為甩負(fù)荷前的功率給定值減去所述負(fù)荷變化量；當(dāng)發(fā)生遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷前對機(jī)組的調(diào)速模 式為開度調(diào)節(jié)時，根據(jù)"水頭-負(fù)荷-開度曲線"計(jì)算出甩負(fù)荷后可維持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的開 度信號，并用所述開度信號更新機(jī)組的開度給定值。
[0015] 進(jìn)一步，在所述步驟2中當(dāng)所述變化率大于正常調(diào)速時的機(jī)組頻率變化率大于正 常調(diào)速時機(jī)組頻率變化率的1. 2倍時，則認(rèn)為出現(xiàn)了甩負(fù)荷現(xiàn)象。
[0016] 進(jìn)一步，所述步驟3中，通過查找"最大頻率變化-甩負(fù)荷變化量"曲線得到所述 變化率對應(yīng)的甩負(fù)荷變化量，或者根據(jù)所述"最大頻率變化率-甩負(fù)荷變化量"曲線擬合出 反應(yīng)最大頻率變化率與甩負(fù)荷時負(fù)荷變化量關(guān)系的方程，將所述變化率帶入到所述方程中 求得所述變化率對應(yīng)的甩負(fù)荷變化量。
[0017] 進(jìn)一步，反應(yīng)最大頻率變化率與甩負(fù)荷時負(fù)荷變化量關(guān)系的方程為 m 其中AM為甩負(fù)荷時負(fù)荷變化量；α為系數(shù)；f為機(jī)組頻率。
[0018] 本發(fā)明還提供了一種發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷量獲取方法，包括：
[0019] 步驟1 :采集發(fā)電機(jī)組的頻率；
[0020] 步驟2 :計(jì)算所述頻率相對于時間的變化率，將所述變化率與正常調(diào)速時的機(jī)組 頻率變化率比較，當(dāng)所述變化率大于正常調(diào)速時的機(jī)組頻率變化率時認(rèn)為出現(xiàn)了甩負(fù)荷現(xiàn) 象并記錄最大頻率變化率；
[0021] 步驟3 :根據(jù)"最大頻率變化率-甩負(fù)荷變化量"曲線得到所述變化率對應(yīng)的遠(yuǎn)端 線路甩負(fù)荷時負(fù)荷變化量。
[0022] 本發(fā)明對應(yīng)上述方法還分別提出了一種發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷的控 制系統(tǒng)及一種發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷量獲取系統(tǒng)。
[0023] 綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是：
[0024] 1.由于本發(fā)明的甩負(fù)荷判斷不是依據(jù)頻差而是依據(jù)頻率變化率，因此本發(fā)明相對 現(xiàn)有技術(shù)中的線路甩負(fù)荷判斷策略更加迅速，經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定本發(fā)明判斷甩負(fù)荷時間可縮短到 0. 03~0.1 s (因電站調(diào)速器頻率更新速率及采樣速率而異）。
[0025] 2.本發(fā)明根據(jù)頻率變化率與甩負(fù)荷變化量之間的數(shù)值關(guān)系這一發(fā)現(xiàn)擬合出反應(yīng) 頻率變化率與甩負(fù)荷變化量之間的數(shù)值方程，計(jì)算出的甩負(fù)荷量與實(shí)際甩負(fù)荷量之間的偏 差保持在0. 3 %以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了負(fù)荷變化的精確預(yù)測。
[0026] 3.本發(fā)明還提出了根據(jù)甩負(fù)荷變化量的調(diào)速策略，實(shí)現(xiàn)了線路甩負(fù)荷的穩(wěn)定控 制。
【附圖說明】
[0027] 本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：
[0028] 圖1為本發(fā)明流程圖。
[0029] 圖2為水輪發(fā)電機(jī)組甩25 %負(fù)荷時頻率變化率。
[0030] 圖3為水輪機(jī)組依次甩25%、50%、75 %及100 %負(fù)荷時的頻率變化率。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0032] 本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的 替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子 而已。
[0033] 如圖1，本發(fā)明包括：
[0034] 步驟1 :采集發(fā)電機(jī)組的頻率；
[0035] 步驟2 :計(jì)算所述頻率相對于時間的變化率，將所述變化率與正常調(diào)速時的機(jī)組 頻率變化率比較，當(dāng)所述變化率大于正常調(diào)速時的機(jī)組頻率變化率時認(rèn)為出現(xiàn)了甩負(fù)荷現(xiàn) 象并記錄最大頻率變化率；
[0036] 步驟3 :根據(jù)"最大頻率變化率-甩負(fù)荷變化量"曲線得到所述變化率對應(yīng)的遠(yuǎn)端 線路甩負(fù)荷時負(fù)荷變化量；
[0037] 步驟4 :根據(jù)所述負(fù)荷量變化量對機(jī)組進(jìn)行調(diào)速。
[0038] 在其他實(shí)施例中，所述甩負(fù)荷變化量用發(fā)電機(jī)負(fù)荷力矩變化量表示，也可以通過 頻率變化加速度來確定是否發(fā)生了甩負(fù)荷現(xiàn)象，以及利用頻率變化加速度與發(fā)電機(jī)負(fù)荷力 矩變化率的比例關(guān)系，推導(dǎo)出機(jī)組遠(yuǎn)端甩負(fù)荷變化量的大小。
[0039] 本發(fā)明提出的遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷時的調(diào)速方法可適用于水輪發(fā)電機(jī)組、火電發(fā)電機(jī) 組、核電發(fā)電機(jī)組及風(fēng)電發(fā)電機(jī)組。
[0040] 為了更好的理解本發(fā)明原理，實(shí)施例中均結(jié)合水輪發(fā)電機(jī)組為例進(jìn)行闡述。
[0041] 當(dāng)發(fā)電機(jī)組為水輪發(fā)電機(jī)組時，步驟4的調(diào)速過程為：當(dāng)發(fā)生遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷前 對機(jī)組的調(diào)速模式為功率調(diào)節(jié)時，則將功率給定值更新為甩負(fù)荷前的功率給定值減去所述 負(fù)荷變化量；當(dāng)發(fā)生遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷前對機(jī)組的調(diào)速模式為開度調(diào)節(jié)時，根據(jù)"水頭-負(fù) 荷-開度曲線"計(jì)算出甩負(fù)荷后可維持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的開度信號，并用所述開度信號更新機(jī) 組的開度給定值。
[0042] 在具體實(shí)施例中，甩負(fù)荷判斷控制器具有兩種輸入形式，一種直接取自機(jī)組頻率， 再進(jìn)行頻率變化率計(jì)算并進(jìn)行甩負(fù)荷判斷計(jì)算，另一種是直接取機(jī)組頻率PID運(yùn)算微分環(huán) 節(jié)的輸出的頻率變化率，進(jìn)而直接進(jìn)行甩負(fù)荷判斷計(jì)算。兩種方案原理一樣，下面只以第一 種為例進(jìn)行控制過程說明。實(shí)現(xiàn)步驟如下：
[0043] 1、數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
[0044] 在甩負(fù)荷試驗(yàn)中，甩負(fù)荷量的大小及最大頻率變化率的關(guān)系（如圖3,展示了當(dāng)遠(yuǎn) 端線路分別不同程度的甩負(fù)荷時頻率變化率，其中曲線的峰值為最大頻率變化率）被記錄 在"最大頻率變化率-甩負(fù)荷變化量"關(guān)系曲線數(shù)組中，該曲線反應(yīng)的是最大頻率變化率與 遠(yuǎn)端線路甩負(fù)荷時負(fù)荷變化量的關(guān)系。這個數(shù)據(jù)可在水輪發(fā)電機(jī)組安裝后投入使用前的甩 負(fù)荷試驗(yàn)得到，也可在機(jī)組投入使用后記錄得到。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備步驟并非本控制策略的必要步 驟，只要能獲得"最大頻率變化率-甩負(fù)荷變化量"關(guān)系曲線即可，至于其在那個時期獲取 并不是本發(fā)明關(guān)心的改進(jìn)點(diǎn)，最大頻率變化率-甩負(fù)荷變化量關(guān)系的發(fā)現(xiàn)是本發(fā)明方法的 基礎(chǔ)，將在后續(xù)詳細(xì)介紹。
[0045] 當(dāng)發(fā)電機(jī)組為其他類型時，也可通過甩負(fù)荷試驗(yàn)得到"最大頻率變化率-甩負(fù)荷 變化量"關(guān)系曲線。
[0046] 2、機(jī)組頻率采集
[0047] 本實(shí)施例中使用調(diào)速器頻率采集速率采集機(jī)組頻率，并存儲在頻率數(shù)組中。
[0048] 3、計(jì)算頻率變化率
[0049] 本實(shí)施例以50ms