[发明专利]一种基于频率下垂调节方法的一次调频控制系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及火力发电机组一次调频技术领域，具体是一种基于频率下垂调节方法的一次调频控制系统及方法。

背景技术

电网频率作为衡量电能质量的三个基本指标之一，关系着电气设备的正常运行以及用户的用电质量。在电力系统运行时，电力系统负荷的实时、随机变化，会引起电网频率的实时、随机波动，因此，将电力系统的电网频率稳定在额定值附近运行，是电力系统安全稳定运行的主要目标之一。

电力系统一次调频控制功能是用于消除因电力系统第一类负荷变化所造成的电网频率波动现象，它是提高电能质量的一种重要手段，也是汽轮发电机组并网运行的必备功能。它由一次调频控制系统具体实现，其原理是：当电网由于发电功率和负荷功率不平衡引起电网的频率发生变化后，由于现在的一次调频设有死区，当频率超过死区后，各发电机的调速系统开始动作，根据频偏差和机组的转动惯量调整机械处理，系统频率下降变缓，随着发电机机械出力的增加，频率开始恢复。

大型火力发电机组通常都是以单元制运行方式。汽轮机在采用机械液压调速系统时，一次调频是汽轮机本身固有的一种特性，不能手动切除，转速不等率无法随意改变。在采用电液调速系统后，汽轮机的一次调频固有特性可以通过一次调频开关、一次调频特性函数的设置而实现可选特性。

火电机组典型一次调频控制方式包括：汽轮机侧的数字式电液控制系统(DEH)一次调频(方式一)、机组协调控制(CCS)一次调频(方式二)、DEH和CCS共同作用下的一次调频(方式三)三种方式。

目前电力系统并网机组的一次调频控制系统设计普遍采用DEH和CCS的共同作用的一次调频方式，如图1所示。调频方法是：将经过发电机组调频死区作用目标频差指令(以50Hz为基准)转换成负荷增减量信号后，一方面是将其叠加于汽轮机调节阀控制指令，以改变调节阀开度，利用锅炉蓄热快速增减机组出力，以减缓频率下降；另一方面是改变锅炉主控指令，使机组的燃料、空气和水供给跟上负荷变化，维持主蒸汽压力在安全范围内。

电力系统控制性能标准(control performance standard，CPS)制定时认为区域控制偏差(Area Control Error，ACE)符合正态分布。由于现在的一次调频设有死区，出现频率概率分布双峰现象，使电网频率偏离正态分布，因此，现有的一次调频控制方式会影响CPS指标的正确性。

发明内容

本发明提供一种基于频率下垂调节方法的一次调频控制系统及方法，可以实现一次调频控制快速稳定系统频率并改善由调频死区所带来的频率概率分布双驼峰现象，为电网频率安全提供了有效保障。

一种基于频率下垂调节方法的一次调频控制系统，包括依次相连的负荷协调控制部分、基础控制部分、机组部分，其特征在于：负荷协调控制部分包括绝对值计算单元、频率变化范围判断单元、下垂控制负荷指令计算单元、不等率负荷指令计算单元、机炉负荷控制单元、下垂特性基准频率计算单元，

绝对值计算单元，用于将电网实际频率f与额定基准频率f₀的差值，即瞬时电网频率相对变化量Δf_k，进行绝对值计算得到瞬时电网频率相对变化量绝对值

频率变化范围判断单元，用于依据瞬时电网频率相对变化量绝对值选择开通下垂控制负荷指令计算单元或不等率负荷指令计算单元，垂控制负荷指令计算单元和不等率负荷指令计算单元不同时开通；

下垂特性基准频率计算单元，用于将系统功率缺额转化为目标频差指令其中f为电网实际频率，为下垂特性频率基准值，f₀为额定基准频率，其值为50H，m为下垂系数，为一个正值，ΔP为一次调频过程的系统功率缺额；

下垂控制负荷指令计算单元，用于在开通时将目标频差指令Δf_r1转化为实际负荷指令P₀₁；

不等率负荷指令计算单元，用于在开通时将固定基准频率控制方法的一次调频控制输入指令Δf_r2＝f-f₀转化为实际负荷指令P₀₂，其中f为电网实际频率，f₀为额定基准频率；

机炉负荷控制单元，用于将下垂控制负荷指令计算单元和不等率负荷指令计算单元转化的实际负荷指令P₀₁和实际负荷指令P₀₂转化为锅炉主控指令O_B和汽轮机主控指令O_T后输出给基础控制部分；