專利名稱：一種基于預估補償控制的火力發電機組一次調頻方法
技術領域：
本發明屬于火力發電機組技術領域，尤其涉及一種基于預估補償控制的火力發電
機組一次調頻方法。
背景技術：
電網頻率是電能質量的重要指標。在電網頻率控制中，一次調頻的作用十分重要，它通過快速調整火力發電機組出力已達到穩定電網頻率的目的。而在火力發電機組一次調頻方面，國內外的專家學者即使進行了大量研究，如何提高火力發電機組一次調頻的調節效果仍然是這一領域的重要課題。目前我國正在大力建設特高壓交流和直流輸電系統。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，將引起電網頻率大幅變化。故隨著特高壓電網的建設，火力發電機組一次調頻的作用將愈發重要。我國的電源結構中，火力發電機組占有相當大的比重，所以改善火力發電機組的一次調頻特性就具有十分重要的意義。相關研究表明汽輪機閥門流量函數和主汽壓力對一次調頻有著十分重要的意義，當閥門流量函數設置不當或主汽壓力偏小時，都將對一次調頻效果產生不利影響。更加嚴重的情況是，當閥門流量函數與實際閥門流量特性的偏差擴大到一定程度時，火力發電機組功率將發生周期性波動，甚至引起電網強迫功率振蕩。這時不僅一次調頻功能無法正常投運，而且也將對電力系統的安全穩定產生不利影響。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，針對已知技術存在的缺陷，提供一種基于預估補償控制的火力發電機組一次調頻方法。使用該方法可有效克服火力發電機組閥門流量函數設置不當或主汽壓力偏小對一次調頻的不利影響，改善一次調頻的調節效果。本發明的技術方案是所提供的一種基于預估補償控制的火力發電機組一次調頻方法，通過加快汽輪機功率閉環控制系統的功率響應速度以達到改善火電機組一次調頻調節效果的目的。它采用預估補償控制環節將汽輪機調節級壓力提前轉換為機組功率變化量，功率變化量經過一個低通濾波環節后送至功率閉環控制器，功率閉環控制器根據功率變化量與從同一個低通濾波環節來的功率設定值與實際功率的偏差調整控制器輸出。該方法包括以下步驟(I)控制方案組態(1.1)采用預估補償環節提前反映汽輪機功率閉環控制系統的功率變化量，具體方法是根據火力發電機組的調節級壓力與該火力發電機組功率的關系，建立該火力發電機組的調節級壓力與該火力發電機組功率之間的傳遞函數G(S)，所述傳遞函數G(S)的結
構為=式中PA)是火力發電機組功率拉普拉斯表達式，Pstage (s)是火力發
[stage
電機組調節級壓力拉普拉斯表達式；根據G(S)確定火力發電機組調節級壓力與火力發電機組功率的比例系數K，所述比例系數K的結構為[=，式中S是拉式變換算子；建
立預估補償環節Gs (S)，所述預估補償環節Gs (s)的結構為Gs(s)=K-G(s);所得到的預估補償環節根據火力發電機組調節級壓力計算得到火力發電機組的功率變化量Λ P(s)，所述功率變化量Λ P(S)的結構為AP(s)=Gs(s) -Pstage，式中Pstage是火力發電機組調節級壓力；(1. 2)將步驟(1.1)中所述的火力發電機組功率變化量Λ P(S)及火力發電機組功率設定值與實際火力發電機組功率的偏差，使用一個低通濾波環節L(S)送至所述火力發電機組的功率閉環控制器Gk(S)，由該閉環功率控制器Gk(S)根據上述火力發電機組功率變化量Λ P(s)和火力發電機組功率設定值與實際火力發電機組功率的偏差調整所述功率閉
環控制器Gk (s)輸出；所述低通濾波環節L(S)的結構為= 式中L是慣性時間；
I +Zs
所述功率閉環控制器Gk(S)的結構為=+ ，式中Kp是比例系數，1是
S
積分系數，Kd是微分系數；(2)步驟(I)所述火力發電機組并網調試，并網后，使用常規方法，對所述火力發電機組的預估補償環節Gs (s)、低通濾波環節L(S)、功率閉環控制器Gk(S)的參數進行調試，以達到加快汽輪機功率閉環控制`系統的功率響應速度和改善火力發電機組一次調頻調節效果的目的；(2.1)確定預估補償環節Gs (S)的參數將火力發電機組的汽輪機控制系統切為手動控制，手動階躍改變該汽輪機調節閥門的開度，記錄I 2分鐘內的火力發電機組調節級壓力信號和火力發電機組功率變化曲線，然后，使用常規方法，通過該火力發電機組功率變化曲線辨識得到步驟(1.1)中傳遞函數G(S)，由該傳遞函數G(S)確定火力發電機組調節級壓力與火力發電機組功率的比例系數K，然后根據步驟(1.1)中所述預估補償環節的結構Sgs(s) = k-g(s)確定預估補償環節的參數；(2. 2)對低通濾波環節L(S)的參數進行調整使用常規方法，調整上述低通濾波環節L(S)的慣性時間L，應遵循兼顧汽輪機功率閉環控制系統的穩定性和功率響應速度的原則，增大所述低通濾波環節L(S)的慣性時間L的值，火力發電機組的汽輪機功率閉環控制系統的穩定性增強而功率響應速度變慢；減小該低通濾波環節L(S)的慣性時間L的值，該汽輪機功率閉環控制系統的穩定性減弱而功率響應速度加快。對于火力發電機組，低通濾波環節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控制系統的穩定性和功率響應速度的要求；(2. 3)調整閉環功率控制器Gk(S)的參數將火力發電機組的汽輪機控制系統切為閉環控制方式，使用常規方法，通過定值擾動試驗得到火力發電機組的汽輪機功率閉環控制系統的功率響應曲線；根據得到的功率響應曲線計算得到所述汽輪機功率閉環控制系統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的綜合性能指標；反復調整控制器Gk (s)的比例系數KP、積分系數K1、微分系數Kd直到所述綜合性能指標達到火力發電機組一次調頻的期值。本發明的有益效果是1、強化了火力發電機組的汽輪機功率閉環控制系統控制器的調節作用，從而提高了一次調頻動作下的控制系統功率響應速度，因此能夠改善由于主汽壓力偏低或閥門流量函數設置不當的情況下火力發電機組的一次調頻性能；2、增加的低通濾波環節和預估補償環節能夠在閥門流量函數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，抑制調節器的調節作用，避免火力發電機組的主蒸汽壓力大幅度變化或引起火力發電機組功率波動，從而提高了火力發電機組穩定運行的能力。
具體實施例方式實施例1(I)控制方案組態(1.1)采用預估補償環節提前反映汽輪機功率閉環控制系統的功率變化量根據火力發電機組的調節級壓力與該火力發電機組功率的關系，建立該火力發電機組的調節級壓力與該火力發電機組功率之間的傳遞函數G(s)，所述傳遞函數G(S)的結構為
、 P1,(,V)
^ pE(s)是*力發 拉胃拉斯表&5tpstage(s)是*力發且
rStage )
調節級壓力拉普拉斯表達式；根據G(S)確定火力發電機組調節級壓力與火力發電機組功率的比例系數K，所述比例系數K的結構為'K =，式中s是拉式變換算子；建立預估
補償環節Gs (S)，所述預估補償環節Gs (s)的結構為Gs(s) =K-G(S);所得到的預估補償環節根據火力發電機組調節級壓力計算得到火力發電機組的功率變化量Λ P(S)，所述功率變化量Λ P(s)的結構為Λ P(S)=Gs(S) · Pstage,式中Pstage是火力發電機組調節級壓力；(1. 2)將步驟(1.1)中所述的火力發電機組功率變化量Λ P(S)及火力發電機組功率設定值與實際火力發電機組功率的偏差，使用一個低通濾波環節L(S)送至所述火力發電機組的功率閉環控制器Gk(S)，由該閉環功率控制器Gk(S)根據上述火力發電機組功率變化量Λ P(s)和火力發電機組功率設定值與實際火力發電機組功率的偏差調整所述功率閉
環控制器Gk(S)輸出；所述低通濾波環節L(S)的結構為/七_) = 7^，式中L是慣性時間；
I+Ls
所述功率閉環控制器Gk(S)的結構為&⑷=+ 式中Kp是比例系數，1是
S
積分系數，Kd是微分系數；( 2 )步驟(I)所述火力發電機組并網調試，并網后，使用常規方法，對所述火力發電機組的預估補償環節Gs(s)、低通濾波環節L(s)、功率閉環控制器Gk(S)的參數進行調試；(2.1)確定預估補償環節Gs (S)的參數將火力發電機組的汽輪機控制系統切為手動控制，手動階躍改變該汽輪機調節閥門的開度，記錄I分鐘內的火力發電機組調節級壓力信號和火力發電機組功率變化曲線，然后，使用常規方法，通過該火力發電機組功率變化曲線辨識得到步驟(1.1)中傳遞函數G(S)，由該傳遞函數G(S)確定火力發電機組調節級壓力與火力發電機組功率的比例系數K，然后根據步驟(1.1)中所述預估補償環節的結構式Gs(S) = K-G(s)確定預估補償環節的參數；(2. 2)對低通濾波環節L(S)的參數進行調整使用常規方法，調整上述低通濾波環節L(S)的慣性時間L，增大所述低通濾波環節L(S)的慣性時間L的值，火力發電機組的汽輪機功率閉環控制系統的穩定性增強而功率響應速度變慢；減小該低通濾波環節L(S)的慣性時間L的值，該汽輪機功率閉環控制系統的穩定性減弱而功率響應速度加快。對于火力發電機組，低通濾波環節L(S)的慣性時間L的推薦值為2 3秒；(2. 3)調整閉環功率控制器Gk(S)的參數將火力發電機組的汽輪機控制系統切為閉環控制方式，使用常規方法，通過定值擾動試驗得到火力發電機組的汽輪機功率閉環控制系統的功率響應曲線；根據得到的功率響應曲線計算得到所述汽輪機功率閉環控制系統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的綜合性能指標；反復調整控制器Gk (s)的比例系數KP、積分系數K1、微分系數Kd直到所述綜合性能指標達到火力發電機組一次調頻的期值。實施例2步驟(I)同實施例1;( 2 )步驟(I)所述火力發電機組并網調試，并網后，使用常規方法，對所述火力發電機組的預估補償環節Gs(s)、低通濾波環節L(s)、功率閉環控制器Gk(S)的參數進行調試；(2.1)確定預估補償環節Gs (S)的參數將火力發電機組的汽輪機控制系統切為手動控制，手動階躍改變該汽輪機調節閥門的開度，記錄2分鐘內的火力發電機組調節級壓力信號和火力發電機組功率變化曲線，然后，使用常規方法，通過該火力發電機組功率變化曲線辨識得到步驟(1.1)中傳遞函數G(S)，由該傳遞函數G(S)確定火力發電機組調節級壓力與火力發電機組功率的比例系數K，然后根據步驟(1.1)中所述預估補償環節的結構式Gs(S)=K-G(S)確定預估補償環節的參數；步驟(2. 2) (2. 3)同實施例1。
權利要求
1. 一種基于預估補償控制的火力發電機組一次調頻方法，該方法包括以下步驟 (1)控制方案組態 (1.1)采用預估補償環節提前反映汽輪機功率閉環控制系統的功率變化量根據火力發電機組的調節級壓力與該火力發電機組功率的關系，建立該火力發電機組的調節級壓力與該火力發電機組功率之間的傳遞函數G(s)，所述傳遞函數G(S)的結構為
全文摘要
本發明介紹了一種基于預估補償控制的火力發電機組一次調頻方法，該方法包括以下步驟(1)控制方案組態(1.1)采用預估補償環節提前反映汽輪機功率閉環控制系統的功率變化量；(1.2)將功率偏差送至火力發電機組的功率閉環控制器GK(s)；(2)步驟(1)所述火力發電機組并網調試(2.1)確定預估補償環節GS(s)的參數；(2.2)對低通濾波環節L(s)的參數進行調整；(2.3)調整閉環功率控制器GK(s)的參數。本方法1、能改善由于主汽壓力偏低或閥門流量函數設置不當的情況下火力發電機組的一次調頻性能；2、提高了火力發電機組穩定運行的能力。
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 優先權日2012年12月13日
發明者盛鍇 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, 國家電網公司