CN107276105A - 一种基于动态死区的水电机组一次调频方法 - Google Patents

一种基于动态死区的水电机组一次调频方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水电机组一次调频技术领域，公开了一种基于动态死区的水电机组一次调频方法，同时设置一次调频动作死区、计算死区和复归死区，动作死区根据相关标准、规程设定，保证水电机组一次调频准确动作；计算死区采用动态跟踪，柔性衰减方式，保证水电机组一次调频过程的调节深度，同时削弱水击反调和阶跃冲击的所带来的调节不稳现象；复归死区可以持续增进一次调频进入动作死区后的功率分量，继续加大一次调频深度，更重要的是减轻水电机组在一次调频动作死区附近的反复震荡，具有简单、易行，有效提升水电机组参与一次调频的调节深度，减少水电机组因一次调频考核所造成的经济损失，促进水电机组和电网的安全、稳定运行。

Description

一种基于动态死区的水电机组一次调频方法
技术领域
本发明属于水电机组一次调频技术领域，尤其涉及一种基于动态死区的水电机组一次调频方法。
背景技术
电网频率对于电力***安全稳定运行具有决定性的意义，针对国内外电网已发生的某些事故分析，不难发现是否投入一次调频及一次调频参数设置的合理性直接影响电网频率波动初期的稳定性，特别是对于快速调节机组所占比重较小的电网尤为关键。有效的一次调频能力可以在电网突发负荷变动时，快速有效进行功率调节，并减少二次调频动作次数，提高电力***的稳定性和可靠性。水电机组具有启停灵活、调节速率快、调节范围广、调整方向不受限等优点，因此电网公司对于水电机组的一次调频能力均有一定的考核标准。
水轮机控制***是一个水、机、电相互耦合的非线性***，且当前电网一次调频考核标准往往难以全面考虑水电机组自身参与一次调频过程的特殊性，因此经常存在一次调频积分电量不足被考核的现象。目前，现场中有采用水电机组一次调频动作后，直接采用0死区的方式参与一次调频，但实际运行来看阶跃型冲击信号将影响电网的调节稳定性；出于电网对于水电机组一次调频能力的考核是以功率为标准的，也有采用将水电机组由开度模式改造为功率模式，而实际上开度模式具有更优越的稳定性能，因此在当前考核标准下，从电源端需要更深入研究水电机组参与一次调频的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于动态死区的水电机组一次调频方法，具有简单易行，提升水电机组和电网运行稳定性的优点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
一种基于动态死区的水电机组一次调频方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，设定水电机组一次调频的动作死区Efa和复归死区Efr；所述动作死区用于指示水电机组一次调频动作的起始值，所述复归死区用于指示水电机组一次调频动作的终止值；且Efa＞0，Efr＞0；
步骤2，设定水电机组一次调频计算死区Efc的跟踪公式Efc＝(1-k×t)×Efa；所述计算死区的跟踪公式用于指示水电机组一次调频动作的响应性能，且0≤Efc≤Efa；k为频率死区调节系数，t为频率死区调节时间，t＝0，...，T，T为设定的频率死区调节总时间，t的初值为0，且当t＝T时，Efc＝0；
步骤3，获取水电机组的实际频差Δf，若水电机组的实际频差的绝对值小于水电机组一次调频的动作死区，则水电机组保持并网运行参数不变；
若水电机组的实际频差的绝对值大于或者等于水电机组一次调频的动作死区，则水电机组一次调频立即动作，执行步骤4；
步骤4，令t的值从水电机组一次调频动作的起始时间开始按照实时时间累加，并获取水电机组一次调频的实时计算死区，所述水电机组一次调频动作的起始时间为0；
步骤5，按照实时计算死区得到实时计算频差，从而根据所述实时计算频差对所述水电机组进行一次调频，得到调频后的实际频差；
步骤6，若所述调频后的实际频差的绝对值小于所述复归死区，则水电机组一次调频动作复归；
若所述调频后的实际频差的绝对值大于或者等于所述复归死区，则水电机组的一次调频动作保持；
步骤7，当t＞T时，重复执行步骤4至步骤6；
当t＞T，且水电机组一次调频动作未复归，则实时计算死区的值为零，重复执行步骤5和步骤6。
本发明技术方案的特点和进一步的改进为：
(1)步骤4中获取水电机组一次调频的实时计算死区，具体包括如下子步骤：
(4a1)按照水电机组一次调频计算死区的跟踪公式得到水电机组一次调频的跟踪计算死区；
(4b1)若水电机组的实际频差的绝对值大于或者等于水电机组一次调频的跟踪计算死区，则水电机组一次调频的实时计算死区等于水电机组一次调频的跟踪计算死区；
(4c1)若水电机组的实际频差的绝对值小于水电机组一次调频的跟踪计算死区，则水电机组一次调频的实时计算死区等于水电机组的实际频差的绝对值，并对水电机组一次调频计算死区的跟踪公式中的频率死区调节时间t进行修改，使其与水电机组一次调频的实时计算死区对应。
(2)步骤5具体包括如下子步骤：
(4a2)当水电机组的实际频差Δf＜0时，实时计算频差Δfc＝Δf+Efc；当水电机组的实际频差Δf≥0时，实时计算频差Δfc＝Δf-Efc；
(4b2)水电机组按照公式或对水电机组进行一次调频，得到调频后的实际频差；其中，ΔY为开度增量，Ymax为接力器的基准行程或导叶满开度，ΔP为水电机组功率增量，Pn为水电机组的额定功率，bq为永态转差系数，ep为调差率。
基于动态死区的水电机组一次调频方法可以使水电机组在检测到***频差满足考核要求的动作死区时及时动作；采用柔性渐变的计算死区可以保证水电机组参与一次调频过程水电机组的动作量增大，同时又避免了阶跃型增强死区导致的水电机组初始反调过大，导致一次调频贡献量下降的问题，更为重要的是避免一次调频过程中***调节不稳的现象；适度减小水电机组一次调频复归死区可以避免水电机组长期在动作死区附近波动导致的功率调节不稳现象以及水电机组频繁调整带来的接力器及导水机构等的磨损，同时针对***一次调频复归比较快情况下，持续微调水电机组的输出功率，进一步增大一次调频积分电量。综上，水电机组采用上述动态死区的一次调频方法相对简单，且能有效增加水电机组的一次调频深度，保证水电机组及电网安全稳定运行。
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。
图1为本发明实施例提供的一种基于动态死区的水电机组一次调频方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供的一种基于动态死区的水电机组一次调频方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤1，设定水电机组一次调频的动作死区Efa、复归死区Efr。
其中，动作死区Efa决定水电机组一次调频响应的起始点，当水电机组一次调频功能投入且一次调频未动作时，水轮机调速器检测到水电机组实际频差|Δf|超过动作死区Efa，则一次调频立即动作。
复归死区Efr决定水电机组一次调频的停止点，当水电机组一次调频功能投入且动作后，水轮机调速器检测到其实际频差|Δf|小于复归死区Efr时，则一次调频立即停止。实际频差Δf＝fc-f，f为实测频率，fc为给定频率，|Δf|表示对实际频差取绝对值。
步骤2，设定水电机组一次调频计算死区Efc的跟踪公式f(t)，计算死区Efc决定水电机组在一次调频动作后的响应性能，表示水电机组一次调频动作后，从实际频差Δf中所扣除的频率死区值；
步骤3，判断实际频差Δf与一次调频动作死区Efa的关系。
当|Δf|＜Efa时，水电机组保持并网运行参数不变；当|Δf|≥Efa时，则一次调频立即动作，同时水轮机调速器自动切换为一次调频后的控制参数，包括PID参数，调差率ep或永态转差系数bp，并初始化计算死区Efc；初始化计算死区Efc，使其跟踪公式中的t为0。
步骤4，判断当实际频差|Δf|≥Efc时，水电机组计算死区继续跟踪公式f(t)，包括水电机组一次调频未复归而实际频差再次超过动作死区，水电机组的计算死区就在当前的基础上更新，直至为0并保持；
当实际频差|Δf|＜Efc时，水电机组当前计算死区Efc自动置|Δf|并继续按照f(t)规律更新，包括水电机组一次调频未复归而实际频差再次超过动作死区，水电机组的计算死区就在当前的基础上更新，直至为0并保持。
考虑到|Δf|＜Efc的可能性极小，对于步骤4，也可以统一简单处理为：水电机组当前计算死区Efc继续按照f(t)规律更新，包括水电机组一次调频未复归而实际频差再次超过动作死区，水电机组的计算死区就在当前的基础上更新，直至为0并保持。
步骤5，一次调频动作后，水电机组计算死区按照Efc＝f(t)实时跟踪，且0≤Efc≤Efa；当水电机组实际频差Δf＜0时，计算频差为Δfc＝fc-f+Efc，当水电机组实际频差Δf≥0时，计算频差为Δfc＝fc-f-Efc；
水电机组按照公式或进行一次调频，其中，Ymax为接力器的基准行程或导叶满开度，Pn为水电机组的额定功率；
步骤6，一次调频动作后，判断实际频差Δf与复归死区Efr之间的关系，当|Δf|≥Efr时，水电机组一次调频动作保持；当|Δf|＜Efr时，水电机组一次调频复归。
本发明实施例中一个完整的水电机组一次调频执行过程指从一次动作到复归；一次调频复归前再次检测到实际频差超过动作死区，则不初始化计算死区，而按照步骤4，5，6继续执行。
示例性的，设定水电机组一次调频的动作死区Efa＝0.05Hz、复归死区取为动作死区的90％，即Efr＝0.045Hz；
设定水电机组一次调频计算死区Efc的跟踪公式f(t)，为便于计算，同时考虑而在实际电力***中，频率变化的渐变性，这里取线性公式，即Efc＝f(t)＝(1-k×t)×Efa，其中，对于Efc从0.05Hz逐渐减小到0Hz，可取时间5s≤T≤10s，这里取中间值8s，于是k＝0.125，进一步得Efc＝-0.00625t+0.05(Hz)；
进而判断实际频差Δf与一次调频动作死区Efa的关系。当|Δf|≤Efa时，水电机组保持并网运行参数不变；当|Δf|＞Efa时，则一次调频立即动作，同时调整运行参数，包括PID参数，调差率ep或永态转差系数bp，并投入计算死区Efc。以当前电网实测频率f＝49.9Hz为例来说明，此时Δf＝0.1Hz＞0.05Hz，于是水电机组一次调频动作；
一次调频动作后，水电机组计算死区按照Efc＝-0.00625t+0.05(Hz)实时跟踪，同时对计算死区的上下限进行限制，即取0≤Efc≤0.05Hz；
进一步的，判断水电机组实际频差Δf绝对值与计算死区之间的关系，以Δf＝0.047Hz为例；
判断计算死区Efc≤0.047时，水电机组计算死区继续跟踪公式f(t)，包括水电机组一次调频未复归而实际频差再次超过动作死区，水电机组的计算死区就在当前的基础上更新，直至为0并保持；
当计算死区Efc＞0.047时，水电机组当前计算死区Efc自动置0.047Hz并继续按照f(t)规律更新，包括水电机组一次调频未复归而实际频差再次超过动作死区，水电机组的计算死区就在当前的基础上更新，直至为0并保持。
考虑到计算死区Efc＞|Δf|的可能性极小，对于步骤4，也可以统一简单处理为：水电机组当前计算死区Efc继续按照f(t)规律更新，包括水电机组一次调频未复归而实际频差再次超过动作死区，水电机组的计算死区就在当前的基础上更新，直至为0并保持。
进一步的，水电机组按照公式或进行一次调频，对于单机容量100MW，bp(或ep)取值为3％，将以开度增量或功率增量参与一次调频；
最后判断实际频差Δf与复归死区Efr之间的关系，当Δf≥0.045Hz时，水电机组一次调频动作保持；当Δf＜0.045Hz时，水电机组一次调频复归。
本发明实施例提供一种水电机组一次调频方法，通过设置水电机组一次调频过程中动作死区、计算死区、复归死区，从而使水电机组参与一次调频过程调节深度增加，而又从一定程度上削弱水电机组一次调频起始过程中的反调和动作死区附近功率震荡的问题，从而提高水电机组和电网运行的稳定性、可靠性以及增加水电机组的收益。
本发明实施例提供一种水电机组一次调频方法，通过同时设置一次调频动作死区、计算死区和复归死区，动作死区根据相关标准、规程设定，保证水电机组一次调频准确动作；计算死区采用动态跟踪，柔性衰减方式，保证水电机组一次调频过程的调节深度，同时削弱水击反调和阶跃冲击的所带来的调节不稳现象；复归死区可以持续增进一次调频进入动作死区后的功率分量，继续加大一次调频深度，更重要的是减轻水电机组在一次调频动作死区附近的反复震荡。该方法具有简单、易行，能有效提升水电机组参与一次调频的调节深度，减少水电机组因一次调频考核所造成的经济损失，促进水电机组和电网的安全、稳定运行。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于动态死区的水电机组一次调频方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1，设定水电机组一次调频的动作死区Efa和复归死区Efr；所述动作死区用于指示水电机组一次调频动作的起始值，所述复归死区用于指示水电机组一次调频动作的终止值；且Efa>0，Efr>0；
步骤2，设定水电机组一次调频计算死区Efc的跟踪公式Efc＝(1-k×t)×Efa；所述计算死区的跟踪公式用于指示水电机组一次调频动作的响应性能，且0≤Efc≤Efa；k为频率死区调节系数，t为频率死区调节时间，t＝0,...,T，T为设定的频率死区调节总时间，t的初值为0，且当t＝T时，Efc＝0；
步骤3，获取水电机组的实际频差△f，若水电机组的实际频差的绝对值小于水电机组一次调频的动作死区，则水电机组保持并网运行参数不变；
若水电机组的实际频差的绝对值大于或者等于水电机组一次调频的动作死区，则水电机组一次调频立即动作，执行步骤4；
步骤4，令t的值从水电机组一次调频动作的起始时间开始按照实时时间累加，并获取水电机组一次调频的实时计算死区，所述水电机组一次调频动作的起始时间为0；
步骤5，按照实时计算死区得到实时计算频差，从而根据所述实时计算频差对所述水电机组进行一次调频，得到调频后的实际频差；
步骤6，若所述调频后的实际频差的绝对值小于所述复归死区，则水电机组一次调频动作复归；
若所述调频后的实际频差的绝对值大于或者等于所述复归死区，则水电机组的一次调频动作保持；
步骤7，当t>T时，重复执行步骤4至步骤6；
当t>T，且水电机组一次调频动作未复归，则实时计算死区的值为零，重复执行步骤5和步骤6。
2.根据权利要求1所述的一种基于动态死区的水电机组一次调频方法，其特征在于，步骤4中获取水电机组一次调频的实时计算死区，具体包括如下子步骤：
(4a)按照水电机组一次调频计算死区的跟踪公式得到水电机组一次调频的跟踪计算死区；
(4b)若水电机组的实际频差的绝对值大于或者等于水电机组一次调频的跟踪计算死区，则水电机组一次调频的实时计算死区等于水电机组一次调频的跟踪计算死区；
(4c)若水电机组的实际频差的绝对值小于水电机组一次调频的跟踪计算死区，则水电机组一次调频的实时计算死区等于水电机组的实际频差的绝对值，并对水电机组一次调频计算死区的跟踪公式中的频率死区调节时间t进行修改，使其与水电机组一次调频的实时计算死区对应。
3.根据权利要求1所述的一种基于动态死区的水电机组一次调频方法，其特征在于，步骤5具体包括如下子步骤：
(5a)当水电机组的实际频差△f<0时，实时计算频差△fc＝△f+Efc；当水电机组的实际频差△f≥0时，实时计算频差△fc＝△f-Efc；
(5b)水电机组按照公式或对水电机组进行一次调频，得到调频后的实际频差；其中，△Y为开度增量，Ymax为接力器的基准行程或导叶满开度，△P为水电机组功率增量，Pn为水电机组的额定功率，bp为永态转差系数，ep为调差率。
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