本發(fā)明屬于發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種無死區(qū)且速度變動(dòng)率自動(dòng)可變的火電機(jī)組一次調(diào)頻方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)今全國(guó)范圍內(nèi)發(fā)電結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，風(fēng)電、光電和核電比重逐年增高，這些能源形式由于其自身特點(diǎn)，不參與電網(wǎng)的一次調(diào)頻甚至?xí)绊戨娋W(wǎng)頻率質(zhì)量；西電東輸項(xiàng)目大規(guī)模落地，通過特高壓直流輸電向東部多省份傳輸電能，特高壓輸電技術(shù)難度高，不能參與當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的一次調(diào)頻；同時(shí)我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)的關(guān)鍵時(shí)期，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整帶來社會(huì)用電結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化。在這種情況下，火電機(jī)組一次調(diào)頻的任務(wù)將更加艱巨，火電機(jī)組的一次調(diào)頻能力需要進(jìn)一步提高。

火電機(jī)組的一次調(diào)頻能力有兩個(gè)重要的指標(biāo)參數(shù)：一次調(diào)頻死區(qū)和速度變動(dòng)率。

一次調(diào)頻死區(qū)Δf_BD人為設(shè)置在額定電網(wǎng)頻率較小頻差范圍內(nèi)，使機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)不產(chǎn)生一次調(diào)頻動(dòng)作，一般設(shè)置為±0.033Hz，即±2r/min。由于調(diào)頻死區(qū)的存在，如果電力系統(tǒng)負(fù)荷變化引起的電網(wǎng)頻率變化小于±0.033Hz時(shí)，即使調(diào)速器感受到轉(zhuǎn)速變化，調(diào)節(jié)閥門也不會(huì)動(dòng)作，此時(shí)機(jī)組不能響應(yīng)外界的負(fù)荷變化。因此，死區(qū)的存在無疑在某種程度上減弱了機(jī)組的一次調(diào)頻能力；同時(shí)死區(qū)的存在會(huì)導(dǎo)致在某穩(wěn)定負(fù)荷下，機(jī)組的轉(zhuǎn)速在死區(qū)內(nèi)漂移，引起機(jī)組轉(zhuǎn)速的波動(dòng)。但是，設(shè)置死區(qū)的優(yōu)點(diǎn)在于，避免調(diào)速系統(tǒng)過于頻繁的動(dòng)作，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并減少了調(diào)節(jié)閥門和油動(dòng)機(jī)等設(shè)備的疲勞損傷。目前沒有研究論文和專利文獻(xiàn)針對(duì)這一矛盾提出無死區(qū)的解決方法。

速度變動(dòng)率δ，是在額定蒸汽參數(shù)下，汽輪機(jī)空負(fù)荷時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大轉(zhuǎn)速n_max和額定負(fù)荷時(shí)所對(duì)應(yīng)的最小轉(zhuǎn)速n_min之差，與額定轉(zhuǎn)速n₀的比值。

速度變動(dòng)率越大，單位轉(zhuǎn)速變化所引起的功率改變就越小，一次調(diào)頻越不靈敏。如果設(shè)置速度變動(dòng)率太大，一次調(diào)頻能力就會(huì)下降，事故發(fā)生時(shí)機(jī)組甩負(fù)荷后穩(wěn)定轉(zhuǎn)速會(huì)過高，一般設(shè)置不能高于6％；如果設(shè)置速度變動(dòng)率太小，功率變化太劇烈，影響機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行和壽命安全，一般設(shè)置不能低于3％。另外，當(dāng)機(jī)組滑參數(shù)運(yùn)行，新蒸汽參數(shù)低于額定參數(shù)時(shí)，機(jī)組一次調(diào)頻能力降低，相同條件下機(jī)組需要更小的速度變動(dòng)率才能獲得與額定參數(shù)下一樣的調(diào)頻能力。目前實(shí)際生產(chǎn)中采用的方法是，通過仿真實(shí)驗(yàn)在3-6％范圍內(nèi)選取一個(gè)合適的常值作為速度變動(dòng)率的設(shè)定值。中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01310054553.0的“汽輪機(jī)一次調(diào)頻控制方法”，其把調(diào)頻頻率區(qū)間分割為四段，在每一段上設(shè)置一個(gè)合理的常數(shù)作為速度變動(dòng)率的值；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01510689291.4的“一種一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速不等率函數(shù)的設(shè)置方法”，其提出了轉(zhuǎn)速不等率補(bǔ)償函數(shù)，使小頻率波動(dòng)下的調(diào)頻功率增量趨于一致，增強(qiáng)機(jī)組穩(wěn)定性。目前的研究中，還沒有在全頻域上設(shè)置速度變動(dòng)率函數(shù)，尤其是缺少死區(qū)內(nèi)部的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)無死區(qū)情況下一次調(diào)頻能力增強(qiáng)和頻繁動(dòng)作導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定且損傷設(shè)備的矛盾、速度變動(dòng)率參數(shù)選擇既要增強(qiáng)一次調(diào)頻能力又要考慮機(jī)組穩(wěn)定壽命安全的矛盾、在非額定參數(shù)下速度變動(dòng)率實(shí)際一次調(diào)頻能力降低三個(gè)問題，提供一種無死區(qū)且速度變動(dòng)率自動(dòng)可變的火電機(jī)組一次調(diào)頻方法。

為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：無死區(qū)且速度變動(dòng)率自動(dòng)可變的火電機(jī)組一次調(diào)頻方法，其通過消除死區(qū)、在全頻域上構(gòu)造速度變動(dòng)率函數(shù)，使得死區(qū)內(nèi)一部分嚴(yán)重工況被篩選出來進(jìn)行調(diào)頻，在死區(qū)外速度變動(dòng)率隨頻率成線性變化，并考慮主蒸汽壓力和溫度的影響。

本發(fā)明通過消除死區(qū)、創(chuàng)建速度變動(dòng)率在全頻域上的取值函數(shù)，提高了火電機(jī)組一次調(diào)頻能力，同時(shí)不會(huì)帶來調(diào)速系統(tǒng)過于頻繁動(dòng)作損傷、不會(huì)減弱機(jī)組穩(wěn)定安全性能。

進(jìn)一步地，所述的速度變動(dòng)率自動(dòng)取值函數(shù)Δf是電網(wǎng)實(shí)時(shí)頻率和額定頻率50Hz的差值的絕對(duì)值；是實(shí)時(shí)頻率對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)，代表頻率變化快慢；P,T分別為實(shí)時(shí)主蒸汽壓力和溫度；

當(dāng)Δf≤0.025Hz，δ＝∞；

當(dāng)0.025Hz<Δf≤0.033Hz且δ＝6％+G(P,T)；

當(dāng)0.025Hz<Δf≤0.033Hz且δ＝∞；

當(dāng)0.033Hz<Δf≤Δf_max，

當(dāng)Δf≥Δf_max，δ＝3％+G(P,T)；

其中，δ為速度變動(dòng)率，K為頻率變化預(yù)判系數(shù)，Δf_max是機(jī)組一次調(diào)頻最大功率調(diào)整限度±ΔP_max對(duì)應(yīng)的頻差的絕對(duì)值，當(dāng)頻差絕對(duì)值大于Δf_max時(shí)機(jī)組功率變化量不再繼續(xù)增加；G(P,T)是自變量為主蒸汽壓力和溫度的修正函數(shù)，每臺(tái)機(jī)組函數(shù)曲線不一樣，需要進(jìn)行試驗(yàn)得到，意義為主蒸汽參數(shù)不為額定參數(shù)時(shí)想要達(dá)到目標(biāo)一次調(diào)頻出力需要增加的理論速度變動(dòng)率增量。

更進(jìn)一步地，所述頻率變化預(yù)判系數(shù)K的求取過程包括以下步驟：

步驟一：在本機(jī)組處采集的電網(wǎng)頻率隨時(shí)間波動(dòng)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，隨機(jī)選取一定數(shù)量不同時(shí)段的波形，來代表所有時(shí)間上的波形波動(dòng)情況；

步驟二：在這些波形中選取峰值超過±0.033Hz的波峰，代表需要調(diào)頻的情況；

步驟三：求取這些波峰左側(cè)從Δf＝0.025Hz到0.033Hz兩點(diǎn)間線段的斜率的絕對(duì)值，這些數(shù)字構(gòu)成集合A；

步驟四：令K等于集合A中的中位數(shù)。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)在傳統(tǒng)意義上的死區(qū)內(nèi)也針對(duì)部分情況進(jìn)行調(diào)頻，通過速度變動(dòng)率函數(shù)在0.033Hz以內(nèi)的分段函數(shù)篩選出死區(qū)內(nèi)一小部分極大概率會(huì)沖破死區(qū)的情況，進(jìn)行死區(qū)內(nèi)調(diào)頻；同時(shí)，由于K取值的科學(xué)性，使得死區(qū)內(nèi)調(diào)頻動(dòng)作不會(huì)過于頻繁，僅篩選出最大可能沖破死區(qū)的一部分情況；使得一次調(diào)頻能力在微小波動(dòng)下得以增強(qiáng)，可以提前預(yù)判大幅波動(dòng)并且提前進(jìn)行調(diào)頻動(dòng)作，并且不會(huì)造成無死區(qū)不穩(wěn)定和設(shè)備頻繁磨損。

(2)速度變動(dòng)率函數(shù)在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)設(shè)置成為自動(dòng)隨頻率可變，在Δf＝0.033Hz時(shí)為6％，在Δf＝Δf_max時(shí)是3％，并在此區(qū)間里隨頻率線性變化。小頻差下情況不嚴(yán)重，系統(tǒng)不需要特別快速一次調(diào)頻能力，但對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求更高；大頻差下情況更嚴(yán)重，甚至可能是故障發(fā)生，系統(tǒng)需要很強(qiáng)一次調(diào)頻能力，穩(wěn)定性要求相對(duì)較低。本發(fā)明隨頻率自動(dòng)可變的速度變動(dòng)率恰好滿足這兩個(gè)條件，可以說在很大程度上解決了機(jī)組上調(diào)頻能力和穩(wěn)定性這一對(duì)矛盾。

(3)在速度變動(dòng)率函數(shù)中考慮主蒸汽和壓力的影響，解決了非額定參數(shù)下實(shí)際速度變動(dòng)率與理論設(shè)置值的較大偏差，進(jìn)一步提升了機(jī)組實(shí)際的一次調(diào)頻能力。

附圖說明

圖1是電網(wǎng)頻率波動(dòng)選取眾多時(shí)段的其中一個(gè)波動(dòng)圖。

圖2是圖1的放大選段圖，篩選出頻率變化超出傳統(tǒng)死區(qū)的峰谷圖。

圖3是圖2的放大選段圖，篩選出需要統(tǒng)計(jì)斜率的各段。

圖4是一次調(diào)頻功率變化量-頻差圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖以及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

在給火電機(jī)組設(shè)定一次調(diào)頻參數(shù)時(shí)候，不設(shè)置死區(qū)，速度不等率不設(shè)置成定值常數(shù)，而是設(shè)置成為一個(gè)分段函數(shù)，函數(shù)如下：

當(dāng)Δf≤0.025Hz，δ＝∞；

當(dāng)0.025Hz<Δf≤0.033Hz且δ＝6％+G(P,T)；

當(dāng)0.025Hz<Δf≤0.033Hz且δ＝∞；

當(dāng)0.033Hz<Δf≤Δf_max，

當(dāng)Δf≥Δf_max，δ＝3％+G(P,T)；

所以關(guān)鍵在于求取這個(gè)函數(shù)。

其中，G(P,T)需要對(duì)機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)或者根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析得出整定函數(shù)，即在非額定參數(shù)下，速度變動(dòng)率實(shí)際值和額定參數(shù)下設(shè)定值的差。Δf_max根據(jù)電網(wǎng)管理規(guī)定的調(diào)頻上限確定。

K值的確定，需要計(jì)算機(jī)的大量統(tǒng)計(jì)計(jì)算，此處選取示意性的統(tǒng)計(jì)過程進(jìn)行說明。

(1)在本機(jī)組處采集的電網(wǎng)頻率隨時(shí)間波動(dòng)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中，隨機(jī)選取一定數(shù)量不同時(shí)段的波形，來代表所有時(shí)間上的波形波動(dòng)情況。為了選取的各個(gè)時(shí)段可以盡量充分代表機(jī)組所有頻率波動(dòng)的特點(diǎn)，應(yīng)從至少一年時(shí)間范圍內(nèi)等間距選取，選取區(qū)段應(yīng)包含一天的白天黑夜、上班和下班峰谷改變時(shí)刻。按照這個(gè)原則，選取出一定數(shù)量的時(shí)間段的波形數(shù)據(jù)。

(2)圖1代表選取眾多時(shí)段的其中一個(gè)，以此作為說明對(duì)每個(gè)時(shí)段如何進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。圖2為這一時(shí)段的放大便于觀察和說明。波形中選取峰值超過±0.033Hz的波峰，也就是傳統(tǒng)意義上超出死區(qū)的峰谷，代表需要調(diào)頻的情況。

(3)圖3為圖2的進(jìn)一步放大。求取這些波峰波谷左側(cè)從Δf＝0.025Hz和0.033Hz兩點(diǎn)間線段的斜率的絕對(duì)值。

(4)按照這個(gè)方法把所有選段上的數(shù)值求取出來，即為可以大概率代表會(huì)超出死區(qū)的Δf＝0.025Hz到0.033Hz間的斜率集合A。它的中位數(shù)作為K值。

圖4中線1為按照本發(fā)明的方法設(shè)置速度變動(dòng)率的一次調(diào)頻功率響應(yīng)，線2為按照傳統(tǒng)方法將速度變動(dòng)率設(shè)置為6％的一次調(diào)頻功率響應(yīng)。線1貼近橫坐標(biāo)軸有一小段為虛線，表示死區(qū)內(nèi)部的調(diào)頻貢獻(xiàn)量。對(duì)比兩個(gè)方式可以看出，本發(fā)明在死區(qū)內(nèi)可以起到預(yù)先調(diào)頻的效果，在死區(qū)外響應(yīng)圖線是開口向上的拋物線，在大頻差下動(dòng)作特別靈敏，小頻差下相對(duì)不靈活更穩(wěn)定。相同頻差情況下，比較傳統(tǒng)模式下(線2)的效果，線1的功率響應(yīng)貢獻(xiàn)更大。

以上僅就本發(fā)明的最佳實(shí)施例作了說明，但不能理解為是對(duì)權(quán)利要求的限制。本發(fā)明不僅限于以上實(shí)施例，凡在本發(fā)明獨(dú)立權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)所作的各種變化均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。