專利名稱：一種基于預估補償控制的火力發(fā)電機組一次調(diào)頻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于火力發(fā)電機組技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于預估補償控制的火力發(fā)電
機組一次調(diào)頻方法。
背景技術(shù)：
電網(wǎng)頻率是電能質(zhì)量的重要指標。在電網(wǎng)頻率控制中，一次調(diào)頻的作用十分重要，它通過快速調(diào)整火力發(fā)電機組出力已達到穩(wěn)定電網(wǎng)頻率的目的。而在火力發(fā)電機組一次調(diào)頻方面，國內(nèi)外的專家學者即使進行了大量研究，如何提高火力發(fā)電機組一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)效果仍然是這一領(lǐng)域的重要課題。目前我國正在大力建設特高壓交流和直流輸電系統(tǒng)。在特高壓輸電線路大量引入的情況下，一旦特高壓線路跳閘，將引起電網(wǎng)頻率大幅變化。故隨著特高壓電網(wǎng)的建設，火力發(fā)電機組一次調(diào)頻的作用將愈發(fā)重要。我國的電源結(jié)構(gòu)中，火力發(fā)電機組占有相當大的比重，所以改善火力發(fā)電機組的一次調(diào)頻特性就具有十分重要的意義。相關(guān)研究表明汽輪機閥門流量函數(shù)和主汽壓力對一次調(diào)頻有著十分重要的意義，當閥門流量函數(shù)設置不當或主汽壓力偏小時，都將對一次調(diào)頻效果產(chǎn)生不利影響。更加嚴重的情況是，當閥門流量函數(shù)與實際閥門流量特性的偏差擴大到一定程度時，火力發(fā)電機組功率將發(fā)生周期性波動，甚至引起電網(wǎng)強迫功率振蕩。這時不僅一次調(diào)頻功能無法正常投運，而且也將對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對已知技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于預估補償控制的火力發(fā)電機組一次調(diào)頻方法。使用該方法可有效克服火力發(fā)電機組閥門流量函數(shù)設置不當或主汽壓力偏小對一次調(diào)頻的不利影響，改善一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)效果。本發(fā)明的技術(shù)方案是所提供的一種基于預估補償控制的火力發(fā)電機組一次調(diào)頻方法，通過加快汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的功率響應速度以達到改善火電機組一次調(diào)頻調(diào)節(jié)效果的目的。它采用預估補償控制環(huán)節(jié)將汽輪機調(diào)節(jié)級壓力提前轉(zhuǎn)換為機組功率變化量，功率變化量經(jīng)過一個低通濾波環(huán)節(jié)后送至功率閉環(huán)控制器，功率閉環(huán)控制器根據(jù)功率變化量與從同一個低通濾波環(huán)節(jié)來的功率設定值與實際功率的偏差調(diào)整控制器輸出。該方法包括以下步驟(I)控制方案組態(tài)(1.1)采用預估補償環(huán)節(jié)提前反映汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的功率變化量，具體方法是根據(jù)火力發(fā)電機組的調(diào)節(jié)級壓力與該火力發(fā)電機組功率的關(guān)系，建立該火力發(fā)電機組的調(diào)節(jié)級壓力與該火力發(fā)電機組功率之間的傳遞函數(shù)G(S)，所述傳遞函數(shù)G(S)的結(jié)
構(gòu)為=式中PA)是火力發(fā)電機組功率拉普拉斯表達式，Pstage (s)是火力發(fā)
[stage
電機組調(diào)節(jié)級壓力拉普拉斯表達式；根據(jù)G(S)確定火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力與火力發(fā)電機組功率的比例系數(shù)K，所述比例系數(shù)K的結(jié)構(gòu)為[=，式中S是拉式變換算子；建
立預估補償環(huán)節(jié)Gs (S)，所述預估補償環(huán)節(jié)Gs (s)的結(jié)構(gòu)為Gs(s)=K-G(s);所得到的預估補償環(huán)節(jié)根據(jù)火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力計算得到火力發(fā)電機組的功率變化量Λ P(s)，所述功率變化量Λ P(S)的結(jié)構(gòu)為AP(s)=Gs(s) -Pstage，式中Pstage是火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力；(1. 2)將步驟(1.1)中所述的火力發(fā)電機組功率變化量Λ P(S)及火力發(fā)電機組功率設定值與實際火力發(fā)電機組功率的偏差，使用一個低通濾波環(huán)節(jié)L(S)送至所述火力發(fā)電機組的功率閉環(huán)控制器Gk(S)，由該閉環(huán)功率控制器Gk(S)根據(jù)上述火力發(fā)電機組功率變化量Λ P(s)和火力發(fā)電機組功率設定值與實際火力發(fā)電機組功率的偏差調(diào)整所述功率閉
環(huán)控制器Gk (s)輸出；所述低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的結(jié)構(gòu)為= 式中L是慣性時間；
I +Zs
所述功率閉環(huán)控制器Gk(S)的結(jié)構(gòu)為=+ ，式中Kp是比例系數(shù)，1是
S
積分系數(shù)，Kd是微分系數(shù)；(2)步驟(I)所述火力發(fā)電機組并網(wǎng)調(diào)試，并網(wǎng)后，使用常規(guī)方法，對所述火力發(fā)電機組的預估補償環(huán)節(jié)Gs (s)、低通濾波環(huán)節(jié)L(S)、功率閉環(huán)控制器Gk(S)的參數(shù)進行調(diào)試，以達到加快汽輪機功率閉環(huán)控制`系統(tǒng)的功率響應速度和改善火力發(fā)電機組一次調(diào)頻調(diào)節(jié)效果的目的；(2.1)確定預估補償環(huán)節(jié)Gs (S)的參數(shù)將火力發(fā)電機組的汽輪機控制系統(tǒng)切為手動控制，手動階躍改變該汽輪機調(diào)節(jié)閥門的開度，記錄I 2分鐘內(nèi)的火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力信號和火力發(fā)電機組功率變化曲線，然后，使用常規(guī)方法，通過該火力發(fā)電機組功率變化曲線辨識得到步驟(1.1)中傳遞函數(shù)G(S)，由該傳遞函數(shù)G(S)確定火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力與火力發(fā)電機組功率的比例系數(shù)K，然后根據(jù)步驟(1.1)中所述預估補償環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)Sgs(s) = k-g(s)確定預估補償環(huán)節(jié)的參數(shù)；(2. 2)對低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的參數(shù)進行調(diào)整使用常規(guī)方法，調(diào)整上述低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的慣性時間L，應遵循兼顧汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功率響應速度的原則，增大所述低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的慣性時間L的值，火力發(fā)電機組的汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強而功率響應速度變慢；減小該低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的慣性時間L的值，該汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性減弱而功率響應速度加快。對于火力發(fā)電機組，低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的慣性時間L的推薦值為2 3秒，此時一般能夠較好的兼顧所述汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和功率響應速度的要求；(2. 3)調(diào)整閉環(huán)功率控制器Gk(S)的參數(shù)將火力發(fā)電機組的汽輪機控制系統(tǒng)切為閉環(huán)控制方式，使用常規(guī)方法，通過定值擾動試驗得到火力發(fā)電機組的汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的功率響應曲線；根據(jù)得到的功率響應曲線計算得到所述汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的包括偏差絕對值積分指標和時間偏差平方乘積積分指標在內(nèi)的綜合性能指標；反復調(diào)整控制器Gk (s)的比例系數(shù)KP、積分系數(shù)K1、微分系數(shù)Kd直到所述綜合性能指標達到火力發(fā)電機組一次調(diào)頻的期值。本發(fā)明的有益效果是1、強化了火力發(fā)電機組的汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)控制器的調(diào)節(jié)作用，從而提高了一次調(diào)頻動作下的控制系統(tǒng)功率響應速度，因此能夠改善由于主汽壓力偏低或閥門流量函數(shù)設置不當?shù)那闆r下火力發(fā)電機組的一次調(diào)頻性能；2、增加的低通濾波環(huán)節(jié)和預估補償環(huán)節(jié)能夠在閥門流量函數(shù)設置不當從而導致相同的閥門流量指令增量下進入汽輪機的蒸汽流量增多時，抑制調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)作用，避免火力發(fā)電機組的主蒸汽壓力大幅度變化或引起火力發(fā)電機組功率波動，從而提高了火力發(fā)電機組穩(wěn)定運行的能力。
具體實施例方式實施例1(I)控制方案組態(tài)(1.1)采用預估補償環(huán)節(jié)提前反映汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的功率變化量根據(jù)火力發(fā)電機組的調(diào)節(jié)級壓力與該火力發(fā)電機組功率的關(guān)系，建立該火力發(fā)電機組的調(diào)節(jié)級壓力與該火力發(fā)電機組功率之間的傳遞函數(shù)G(s)，所述傳遞函數(shù)G(S)的結(jié)構(gòu)為
、 P1,(,V)
^ pE(s)是*力發(fā) 拉胃拉斯表&5tpstage(s)是*力發(fā)且
rStage )
調(diào)節(jié)級壓力拉普拉斯表達式；根據(jù)G(S)確定火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力與火力發(fā)電機組功率的比例系數(shù)K，所述比例系數(shù)K的結(jié)構(gòu)為'K =，式中s是拉式變換算子；建立預估
補償環(huán)節(jié)Gs (S)，所述預估補償環(huán)節(jié)Gs (s)的結(jié)構(gòu)為Gs(s) =K-G(S);所得到的預估補償環(huán)節(jié)根據(jù)火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力計算得到火力發(fā)電機組的功率變化量Λ P(S)，所述功率變化量Λ P(s)的結(jié)構(gòu)為Λ P(S)=Gs(S) · Pstage,式中Pstage是火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力；(1. 2)將步驟(1.1)中所述的火力發(fā)電機組功率變化量Λ P(S)及火力發(fā)電機組功率設定值與實際火力發(fā)電機組功率的偏差，使用一個低通濾波環(huán)節(jié)L(S)送至所述火力發(fā)電機組的功率閉環(huán)控制器Gk(S)，由該閉環(huán)功率控制器Gk(S)根據(jù)上述火力發(fā)電機組功率變化量Λ P(s)和火力發(fā)電機組功率設定值與實際火力發(fā)電機組功率的偏差調(diào)整所述功率閉
環(huán)控制器Gk(S)輸出；所述低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的結(jié)構(gòu)為/七_) = 7^，式中L是慣性時間；
I+Ls
所述功率閉環(huán)控制器Gk(S)的結(jié)構(gòu)為&⑷=+ 式中Kp是比例系數(shù)，1是
S
積分系數(shù)，Kd是微分系數(shù)；( 2 )步驟(I)所述火力發(fā)電機組并網(wǎng)調(diào)試，并網(wǎng)后，使用常規(guī)方法，對所述火力發(fā)電機組的預估補償環(huán)節(jié)Gs(s)、低通濾波環(huán)節(jié)L(s)、功率閉環(huán)控制器Gk(S)的參數(shù)進行調(diào)試；(2.1)確定預估補償環(huán)節(jié)Gs (S)的參數(shù)將火力發(fā)電機組的汽輪機控制系統(tǒng)切為手動控制，手動階躍改變該汽輪機調(diào)節(jié)閥門的開度，記錄I分鐘內(nèi)的火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力信號和火力發(fā)電機組功率變化曲線，然后，使用常規(guī)方法，通過該火力發(fā)電機組功率變化曲線辨識得到步驟(1.1)中傳遞函數(shù)G(S)，由該傳遞函數(shù)G(S)確定火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力與火力發(fā)電機組功率的比例系數(shù)K，然后根據(jù)步驟(1.1)中所述預估補償環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)式Gs(S) = K-G(s)確定預估補償環(huán)節(jié)的參數(shù)；(2. 2)對低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的參數(shù)進行調(diào)整使用常規(guī)方法，調(diào)整上述低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的慣性時間L，增大所述低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的慣性時間L的值，火力發(fā)電機組的汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強而功率響應速度變慢；減小該低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的慣性時間L的值，該汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性減弱而功率響應速度加快。對于火力發(fā)電機組，低通濾波環(huán)節(jié)L(S)的慣性時間L的推薦值為2 3秒；(2. 3)調(diào)整閉環(huán)功率控制器Gk(S)的參數(shù)將火力發(fā)電機組的汽輪機控制系統(tǒng)切為閉環(huán)控制方式，使用常規(guī)方法，通過定值擾動試驗得到火力發(fā)電機組的汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的功率響應曲線；根據(jù)得到的功率響應曲線計算得到所述汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的包括偏差絕對值積分指標和時間偏差平方乘積積分指標在內(nèi)的綜合性能指標；反復調(diào)整控制器Gk (s)的比例系數(shù)KP、積分系數(shù)K1、微分系數(shù)Kd直到所述綜合性能指標達到火力發(fā)電機組一次調(diào)頻的期值。實施例2步驟(I)同實施例1;( 2 )步驟(I)所述火力發(fā)電機組并網(wǎng)調(diào)試，并網(wǎng)后，使用常規(guī)方法，對所述火力發(fā)電機組的預估補償環(huán)節(jié)Gs(s)、低通濾波環(huán)節(jié)L(s)、功率閉環(huán)控制器Gk(S)的參數(shù)進行調(diào)試；(2.1)確定預估補償環(huán)節(jié)Gs (S)的參數(shù)將火力發(fā)電機組的汽輪機控制系統(tǒng)切為手動控制，手動階躍改變該汽輪機調(diào)節(jié)閥門的開度，記錄2分鐘內(nèi)的火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力信號和火力發(fā)電機組功率變化曲線，然后，使用常規(guī)方法，通過該火力發(fā)電機組功率變化曲線辨識得到步驟(1.1)中傳遞函數(shù)G(S)，由該傳遞函數(shù)G(S)確定火力發(fā)電機組調(diào)節(jié)級壓力與火力發(fā)電機組功率的比例系數(shù)K，然后根據(jù)步驟(1.1)中所述預估補償環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)式Gs(S)=K-G(S)確定預估補償環(huán)節(jié)的參數(shù)；步驟(2. 2) (2. 3)同實施例1。
權(quán)利要求
1. 一種基于預估補償控制的火力發(fā)電機組一次調(diào)頻方法，該方法包括以下步驟 (1)控制方案組態(tài) (1.1)采用預估補償環(huán)節(jié)提前反映汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的功率變化量根據(jù)火力發(fā)電機組的調(diào)節(jié)級壓力與該火力發(fā)電機組功率的關(guān)系，建立該火力發(fā)電機組的調(diào)節(jié)級壓力與該火力發(fā)電機組功率之間的傳遞函數(shù)G(s)，所述傳遞函數(shù)G(S)的結(jié)構(gòu)為
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種基于預估補償控制的火力發(fā)電機組一次調(diào)頻方法，該方法包括以下步驟(1)控制方案組態(tài)(1.1)采用預估補償環(huán)節(jié)提前反映汽輪機功率閉環(huán)控制系統(tǒng)的功率變化量；(1.2)將功率偏差送至火力發(fā)電機組的功率閉環(huán)控制器GK(s)；(2)步驟(1)所述火力發(fā)電機組并網(wǎng)調(diào)試(2.1)確定預估補償環(huán)節(jié)GS(s)的參數(shù)；(2.2)對低通濾波環(huán)節(jié)L(s)的參數(shù)進行調(diào)整；(2.3)調(diào)整閉環(huán)功率控制器GK(s)的參數(shù)。本方法1、能改善由于主汽壓力偏低或閥門流量函數(shù)設置不當?shù)那闆r下火力發(fā)電機組的一次調(diào)頻性能；2、提高了火力發(fā)電機組穩(wěn)定運行的能力。
文檔編號H02J3/02GK103066590SQ201210538770
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月13日
發(fā)明者盛鍇 申請人:湖南省電力公司科學研究院, 湖南省湘電試驗研究院有限公司, 國家電網(wǎng)公司