CN103378601A - 一种基于bang-bang控制的一次调频方法及装置 - Google Patents

一种基于bang-bang控制的一次调频方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于bang-bang控制的一次调频方法及装置，该方法包括：实时获取汽轮机发电机组的电网频率；对额定电网频率与所述电网频率进行减法运算，生成电网频差；根据死区定值对所述电网频差进行死区处理，生成频差；对所述频差进行频差补偿运算，生成频差补偿指令；当选择开关为1时，将原一次调频输出指令与所述频差补偿指令进行叠加后输出给汽轮机调速***。本发明能对机组蓄能进行二次快速释放，不但能解决小网频波动下的机组一次调频性能，还能有效的克服机组的执行机构死区，且不对机组产生过多的额外动作指令，实现了小网频扰动下对机组参与一次调频的预测控制。

Description

一种基于bang-bang控制的一次调频方法及装置
技术领域
本发明是关于电网一次调频技术，特别是关于一种基于bang-bang控制的一次调频方法及装置。
背景技术
一次调频是电网重要的频率调整手段，当电网频率超过设置的死区后，汽轮发电机组通过快速动作调节门来释放锅炉蓄热以改变机械功，进而改变有功功率的方式。
一般来说，决定发电机组一次调频性能的因素有两个：一个是调频蓄能，一个是快速释放。若发电机组的蓄能足够，则决定发电机组一次调频的快速性指标(譬如响应时间、上升时间等)的唯一因素就是执行机构能快速释放蓄能。
现有技术中，火力发电机组一次调频的设计一般遵循以下原则：
(1)DEH(电液控制***Digital Electric Hydraulic Control System)侧设计要求：采取将转速差信号经转速不等率设计函数直接叠加在汽轮机(燃机)调速汽门指令处的设计方法，同时DEH功率回路的功率指令也根据转速不等率设计指标进行调频功率定值补偿，且补偿的调频功率定值部分不经过速率限制，如图1所示。
(2)CCS(协调控制***Coordination Control System)侧要求：采用分布控制***(DCS)且具有机组协调控制和AGC功能的机组，由DEH、CCS共同完成一次调频功能，DEH侧采取将转速差信号经转速不等率设计函数直接叠加在汽轮机(燃机)调速汽门指令处的设计方法，而在CCS中设计频率校正回路，且CCS中的校正指令不经速率限制，如图2所示。
通过以上设计，火力发电机组能够通过DEH侧功能实现一次调频的快速性，通过CCS侧设计实现一次调频的持续性。
图1及图2所示的典型设计虽然实现了机组的一次调频功能，但当网频小幅波动时，由于执行器动作很小或存在动作死区，往往不能有效释放机组的蓄能，而达不到一次调频设计及考核指标，该典型方案没有考虑小幅度网频波动对发电机组一次调频功能实现的影响。
发明内容
本发明提供一种基于bang-bang控制的一次调频方法及***，以提高小网频波动下的机组一次调频性能，有效的克服机组的执行机构死区。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于bang-bang控制的一次调频方法，该方法包括：实时获取汽轮机发电机组的电网频率；对额定电网频率与所述电网频率进行减法运算，生成电网频差；根据死区定值对所述电网频差进行死区处理，生成频差；对所述频差进行频差补偿运算，生成频差补偿指令；当选择开关为1时，将原一次调频输出指令与所述频差补偿指令进行叠加后输出给汽轮机调速***。
进一步地，根据死区定值对所述电网频差进行死区处理，包括：将所述电网频差加上或者减去所述死区定值，生成频差。
进一步地，对所述频差进行频差补偿运算，包括：在不同额定负荷状态下，进行特定频差扰动下的一次调频试验，得到频差补偿指令与频差扰动之间的对应关系曲线；根据所述对应关系曲线得到所述频差对应的频差补偿指令。
进一步地，所述选择开关为1包括：所述电网频率低于额定频率与死区频率之差或者高于额定频率与死区频率之和，并且延时超过延时定值。
进一步地，如果所述选择开关为0，仅输出原一次调频输出指令给汽轮机调速***。
为了实现上述目的，本发明还提供一种基于bang-bang控制的一次调频装置，该装置包括：频率获取单元，用于实时获取汽轮机发电机组的电网频率；电网频差生成单元，用于对额定电网频率与所述电网频率进行减法运算，生成电网频差；死区处理单元，用于根据死区定值对所述电网频差进行死区处理，生成频差；补偿指令生成单元，用于对所述频差进行频差补偿运算，生成频差补偿指令；调频动作指令输出单元，用于将原一次调频输出指令与所述频差补偿指令进行叠加后输出给汽轮机调速***。
进一步地，所述的死区处理单元具体用于将所述电网频差加上或者减去所述死区定值，生成频差。
进一步地，所述的补偿指令生成单元包括：调频试验模块，用于在不同额定负荷状态下，进行特定频差扰动下的一次调频试验，得到频差补偿指令与频差扰动之间的对应关系曲线；频差补偿指令生成模块，用于根据所述对应关系曲线得到所述频差对应的频差补偿指令。
进一步地，所述选择开关为1包括：所述电网频率低于额定频率与死区频率之差或者高于额定频率与死区频率之和，并且延时超过延时定值。
进一步地，如果所述选择开关为0，调频动作指令输出单元仅输出原一次调频输出指令给汽轮机调速***。
本发明实施例的有益效果在于，本发明能对机组蓄能进行二次快速释放，不但能解决小网频波动下的机组一次调频性能，还能有效的克服机组的执行机构死区，且不对机组产生过多的额外动作指令，实现了小网频扰动下对机组参与一次调频的预测控制。另外，本方案不需要额外的设备来实现，基于机组的DCS控制平台即可完成，可操作性和控制安全性强，便于推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1为现有技术中DEH侧的一次调频设计回路示意图；
图2为现有技术中CCS侧的一次调频设计回路示意图；
图3为本发明实施例基于bang-bang控制的一次调频方法；
图4为本发明实施例基于bang-bang控制的一次调频优化回路示意图；
图5为本发明实施例频差补偿函数f(x)的关系示意图；
图6为本发明实施例基于bang-bang控制的一次调频装置的结构示意图；
图7为本发明实施例补偿指令生成单元的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图3所示，本实施例提供一种基于bang-bang控制的一次调频方法，该方法包括如下：
步骤S301：实时获取汽轮机发电机组13的电网频率。
当网频小幅波动时，为了有效释放机组的蓄能，本发明在图1的基础上，增加了基于bang-bang控制的一次调频优化回路，如图4所示。图4中在原有加法器10、原一次调频输出指令11、综合阀位指令12及汽轮发电机组13的基础上，增加了功能块1至功能块9，共9个功能块，共同组成基于bang-bang控制的一次调频优化回路。功能块1采集电网频率信号(也可以是汽轮机的转速信号)，本申请仅以电网频率信号进行说明，并非用于限定本发明。
步骤S302：对额定电网频率与所述电网频率进行减法运算，生成电网频差。如图4所示，功能块5为定值模块，提供定值为50Hz的额定电网频率输入到功能块4中。功能块4为减法器，对电网频率与额定电网频率(50Hz)进行减法运算生成电网频差。
步骤S303：根据死区定值对所述电网频差进行死区处理，生成频差。如图4所示，功能块6为死区处理模块，可以利用死区定值对接收到的电网频差进行死区处理，死区定值为±0.33Hz。步骤S302产生的电网频差值输出到功能块6中进行死区处理，将电网频差加上或者减去死区定值，生成频差。
步骤S304：对所述频差进行频差补偿运算，生成频差补偿指令。
如图4所示，功能块7为频差补偿函数f(x)，可以根据试验整定，在不同额定负荷状态下，进行特定频差扰动下的一次调频试验，得到频差补偿指令与频差扰动之间的对应关系曲线，根据所述对应关系曲线得到所述频差对应的频差补偿指令。下面举例说明如何通过试验整定频差补偿函数f(x)。
机组正常运行时，在50％额定负荷、60％额定负荷、70％额定负荷、80％额定负荷、90％额定负荷、100％额定负荷分别以0.017Hz频差及0.008Hz频差扰动一次调频试验，根据一次调频动作负荷，获得补偿指令与频差之间的对应关系，如表1所示。
  频差Hz   -0.017   -0.008   0.008   0.017
  补偿指令(％)   1.2   0.8   -0.8   -1.2
根据表1得到的补偿指令与频差之间的对应关系，可以绘示出频差补偿函数f(x)，如图5所示。
将经过死区处理得到的频差输入到功能块7中，根据对应关系曲线就可以得到该频差对应的频差补偿指令。
步骤S305：当选择开关为1时，将原一次调频输出指令与所述频差补偿指令进行叠加后输出给汽轮机调速***。
选择开关为1包括：所述电网频率低于额定频率与死区频率之差或者高于额定频率与死区频率之和，并且延时超过延时定值。再次参考图4所示，功能块2为高低值选择器，高低值选择器的高值为50.033Hz，低值为49.976Hz。功能块1中得到电网频率信号需要输入到高低值选择器中，当网频信号高于50.033Hz或低于49.976Hz时，功能块2向功能块3输出逻辑值“1”，否则功能块2向功能块3输出逻辑值“0”。
功能块3为延时输出器，其延时定值根据电网动态特性设置，本发明根据电网真实动态试验工况下电网频率上升时间值来整定，整定值为15s。功能块3的输出作为功能块9的选择开关，当功能块3接收到功能块2接收到的逻辑值“1”后，如果延长超过15s，选择开关为“1”，否则选择开关为“0”。
功能块9为选择输出器，当选择开关为“1”时，选择输出“输入1”，将频差补偿指令输出到加法器10中。当选择开关为“0”时，选择输出“输入2”将定值模块8的定值“0”输出到加法器10中，即仅输出原一次调频输出指令给汽轮机调速***。
如图6所示，本实施例提供一种基于bang-bang控制的一次调频装置，其该装置包括：频率获取单元601，电网频差生成单元602，死区处理单元603，补偿指令生成单元604及调频动作指令输出单元605。
频率获取单元601用于实时获取汽轮机发电机组的电网频率。当网频小幅波动时，为了有效释放机组的蓄能，本发明在图1的基础上，增加了基于bang-bang控制的一次调频优化回路，如图4所示。图4中在原有加法器10、原一次调频输出指令11、综合阀位指令12及汽轮发电机组13的基础上，增加了功能块1至功能块9，共9个功能块，共同组成基于bang-bang控制的一次调频优化回路。功能块1采集电网频率信号(也可以是汽轮机的转速信号)，本申请仅以电网频率信号进行说明，并非用于限定本发明。
电网频差生成单元602用于对额定电网频率与所述电网频率进行减法运算，生成电网频差。如图4所示，功能块5为定值模块，提供定值为50Hz的额定电网频率输入到功能块4中。功能块4为减法器，对电网频率与额定电网频率(50Hz)进行减法运算生成电网频差。
死区处理单元603用于根据死区定值对所述电网频差进行死区处理，生成频差。如图4所示，功能块6为死区处理模块，可以利用死区定值对接收到的电网频差进行死区处理，死区定值为±0.33Hz。步骤S302产生的电网频差值输出到功能块6中进行死区处理，将电网频差加上或者减去死区定值，生成频差。
补偿指令生成单元604用于对所述频差进行频差补偿运算，生成频差补偿指令。如图4所示，功能块7为频差补偿函数f(x)，可以根据试验整定。如图7所示，补偿指令生成单元604包括：调频试验模块701及频差补偿指令生成模块702。调频试验模块701在不同额定负荷状态下，进行特定频差扰动下的一次调频试验，得到频差补偿指令与频差扰动之间的对应关系曲线，频差补偿指令生成模块702根据所述对应关系曲线得到所述频差对应的频差补偿指令。下面举例说明如何通过试验整定频差补偿函数f(x)。
机组正常运行时，在50％额定负荷、60％额定负荷、70％额定负荷、80％额定负荷、90％额定负荷、100％额定负荷分别以0.017Hz频差及0.008Hz频差扰动一次调频试验，根据一次调频动作负荷，获得补偿指令与频差之间的对应关系，如表1所示。
根据表1得到的补偿指令与频差之间的对应关系，可以绘示出图5所示的频差补偿函数f(x)。
将经过死区处理得到的频差输入到功能块7中，根据对应关系曲线就可以得到该频差对应的频差补偿指令。
调频动作指令输出单元605用于将原一次调频输出指令与所述频差补偿指令进行叠加后输出给汽轮机调速***。
选择开关为1包括：所述电网频率低于额定频率与死区频率之差或者高于额定频率与死区频率之和，并且延时超过延时定值。再次参考图4所示，功能块2为高低值选择器，高低值选择器的高值为50.033Hz，低值为49.976Hz。功能块1中得到电网频率信号需要输入到高低值选择器中，当网频信号高于50.033Hz或低于49.976Hz时，功能块2向功能块3输出逻辑值“1”，否则功能块2向功能块3输出逻辑值“0”。
功能块3为延时输出器，其延时定值根据电网动态特性设置，本发明根据电网真实动态试验工况下电网频率上升时间值来整定，整定值为15s。功能块3的输出作为功能块9的选择开关，当功能块3接收到功能块2接收到的逻辑值“1”后，如果延长超过15s，选择开关为“1”，否则选择开关为“0”。
功能块9为选择输出器，当选择开关为“1”时，选择输出“输入1”，将频差补偿指令输出到加法器10中。当选择开关为“0”时，选择输出“输入2”将定值模块8的定值“0”输出到加法器10中，即仅输出原一次调频输出指令给汽轮机调速***。
本发明实施例的有益效果在于，本发明能对机组蓄能进行二次快速释放，不但能解决小网频波动下的机组一次调频性能，还能有效的克服机组的执行机构死区，且不对机组产生过多的额外动作指令，实现了小网频扰动下对机组参与一次调频的预测控制。另外，本方案不需要额外的设备来实现，基于机组的DCS控制平台即可完成，可操作性和控制安全性强，便于推广。
对于绝大多数发电机组，一次调频性能一般取决于两个因素，一个是机组蓄能量，另一个是快速释放能力。典型的一次调频设计无法很好的满足机组在小网频波动工况下的一次调频性能指标，本方案在典型设计的基础上，增加了基于bang-bang控制的一次调频快速释放回路，故而能大大提高机组的一次调频整体性能。以600MW的机组为例，通提高机组响应一次调频的速度和持续性，提高机组整体一次调频性能，在电网和电力监管部门的《两个细则》的考核中，每年可获利几十至几百万的运行效益。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于bang-bang控制的一次调频方法，其特征在于，所述的方法包括：
实时获取汽轮机发电机组的电网频率；
对额定电网频率与所述电网频率进行减法运算，生成电网频差；
根据死区定值对所述电网频差进行死区处理，生成频差；
对所述频差进行频差补偿运算，生成频差补偿指令；
当选择开关为1时，将原一次调频输出指令与所述频差补偿指令进行叠加后输出给汽轮机调速***。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据死区定值对所述电网频差进行死区处理，包括：将所述电网频差加上或者减去所述死区定值，生成频差。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述频差进行频差补偿运算，包括：
在不同额定负荷状态下，进行特定频差扰动下的一次调频试验，得到频差补偿指令与频差扰动之间的对应关系曲线；
根据所述对应关系曲线得到所述频差对应的频差补偿指令。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述选择开关为1包括：所述电网频率低于额定频率与死区频率之差或者高于额定频率与死区频率之和，并且延时超过延时定值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，如果所述选择开关为0，仅输出原一次调频输出指令给汽轮机调速***。
6.一种基于bang-bang控制的一次调频装置，其特征在于，所述的装置包括：
频率获取单元，用于实时获取汽轮机发电机组的电网频率；
电网频差生成单元，用于对额定电网频率与所述电网频率进行减法运算，生成电网频差；
死区处理单元，用于根据死区定值对所述电网频差进行死区处理，生成频差；
补偿指令生成单元，用于对所述频差进行频差补偿运算，生成频差补偿指令；
调频动作指令输出单元，用于将原一次调频输出指令与所述频差补偿指令进行叠加后输出给汽轮机调速***。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的死区处理单元具体用于将所述电网频差加上或者减去所述死区定值，生成频差。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的补偿指令生成单元包括：
调频试验模块，用于在不同额定负荷状态下，进行特定频差扰动下的一次调频试验，得到频差补偿指令与频差扰动之间的对应关系曲线；
频差补偿指令生成模块，用于根据所述对应关系曲线得到所述频差对应的频差补偿指令。
9.根据权利要求6、7或8所述的装置，其特征在于，所述选择开关为1包括：所述电网频率低于额定频率与死区频率之差或者高于额定频率与死区频率之和，并且延时超过延时定值。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，如果所述选择开关为0，调频动作指令输出单元仅输出原一次调频输出指令给汽轮机调速***。
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