基于功率变化量和高速机端功率量测的自动发电控制方法技术

技术编号:17783158 阅读:60 留言:0更新日期:2018-04-22 13:51
基于功率变化量和高速机端功率量测的自动发电控制方法,将现有电网调度自动化系统中自动发电控制(AGC)模块的输出指令由发电机组目标有功功率更改为有功功率变化量,同时将发电机DEH的定功率有功功率输入更改为来自于AGC主站的功率变化量与实时10毫秒级量测的机端有功功率之和。相应地对被调度机组的数目、机组的选择方法、装置的量程设置采用不同于常规AGC的方法;对于已投运的不能修改输入量和控制逻辑的DEH,增加了发电机功率指令转换器,在DEH之外实现对机端功率的10毫秒级跟踪。为避免在通信故障等情况下,功率变化量不能及时更新的缺点,在功率转换器中增加了判断输入的功率变化量是否有效的逻辑。

【技术实现步骤摘要】
基于功率变化量和高速机端功率量测的自动发电控制方法
本申请属于电力系统调度自动化领域,特别涉及一种发电机自动发电控制方法。
技术介绍
自动发电控制(AGC)是电网调度自动化系统EMS的核心模块之一,它完成电网内发电机的功率分配,维持电网频率在50Hz附近,有时还需要维持控制区电网与外网间的交换功率在指定范围内。典型自动发电控制系统的实现方法如下:布置于调度控制中心EMS平台上的自动发电控制模块作为自动发电控制主站即AGC主站通过计算其测量到的电网频率与50Hz的偏差以及联络线功率与指定值的偏差,计算出全网发电机需要改变的总出力又称区域控制偏差(ACE),然后按照一定的规则(例如按照等微增率的经济调度规则或者按照机组容量比例分摊规则)将区域控制偏差分配到控制区域内各个可以参与自动发电控制的发电机组,简称AGC机组(注:AGC机组可以接收AGC主站的有功功率指令,并按照指令的要求发出规定数量的有功功率);各AGC机组分担的有功功率变化量与AGC主站从EMS平台的SCADA模块获得的该机组当前有功功率相加得到该发电机组在下一指令周期内的期望功率,并将该期望有功功率下发给发电机组的数字电液调节控制系统,即DEH;得到该功率指令的发电机组在得到新的功率指令前(称这段时间为机组的指令周期),将通过DEH和DCS(即分散控制系统)控制系统利用发电机组的汽门调节(一次调频能力)和锅炉燃烧系统调节(二次调频能力)来跟踪实现发电机出力维持该设定值。关于典型自动发电控制的实现方法请参见电力系统教科书或者参见由刘维烈主编的2006年4月由中国电力出版社出版的书《电力系统调频与自动发电控制》。在大电网中虽然调度主站的AGC指令周期为4秒左右,但是考虑到发电机组锅炉燃烧系统对指令的跟踪能力,通常对于一台发电机组来说,其指令周期接近1分钟,即AGC通过轮流给不同机组下功率调节指令,保证各机组有足够的时间响应其得到的功率指令;在孤立运行的小电网中,由于发电机组数量可能只有两三台,在考虑机组蓄汽可以在短时间内响应DEH功率指令的情况下,在频率偏移50Hz很大的情况下,调度主站AGC也可以给同一台机组在几秒(例如短至5秒)的时间里连续下发指令。无论在何种情况下,发电机组在指令周期内都将利用DEH跟踪已得到的指令,尽可能保持指令所规定的机械有功功率的输出,即使机端电负荷功率已经发生了大的变化,也仍然使机械功率维持调度下发的功率目标值,这就造成以下问题:(1)在大电网中,当机组功率不能送出时引起暂态稳定问题。当机组的出线发生短路或开断,机组的电磁功率变得很小,无法送出大量电能,而机械功率维持近乎不变,这导致机组转子转速飞升,进而可能导致机组与大电网失去同步。(2)在小的孤立电网中,引起机组的频率稳定问题。孤立运行的小电网,由于短路导致负荷线路开断损失大负荷,此时机组仍然维持原发电功率,则会导致机组转速迅速上升,引起超速保护动作等频率问题。(注:对于大电网,大的负荷线路的开断损失的负荷会被多个机组承担,因此很难引起大的频率偏移)(3)在小电网中有大的负荷突然投入时,发电机转速会降低,一次调频会令发电机增加出力,但是DEH对原AGC指令的跟踪,会降低发电机增加出力的速度。出现上述问题的根本原因在于,调度主站通过AGC发给机组的有功功率指令的更新周期太长(几秒钟到几十秒钟),在这期间发电机的机端电磁功率可能发生突变,而发电机DEH仍按照历史指令尽力维持发电机机械功率不变,弱化了一次调频的作用。典型的DEH控制逻辑框图如图1所示,图中Pmea和fmea为发电机的实测有功功率和转速,fset通常取额定转速,对于参加电网AGC的机组,Pset值来自于调度AGC的有功功率指令,比例积分微分控制模块即PID模块通常由基于可编程逻辑控制器即PLC的通用PID模块实现,其根据设定值对控制对象进行自动控制,F(x)函数根据转速偏差计算发电机组需要对有功功率进行的改变量。对于发电机DEH来说,其测量周期通常小于50ms,逻辑扫描周期小于测量周期,典型值为10ms,因此如果使AGC的有功功率控制指令能够以小于50ms的速度更新,从而反映机端功率的突变,则发电机DEH就能通过快速的汽门开度控制(现代机组阀门开度的控制速度在几十毫秒级)来及时改变机械功率,从而避免转子速度在短时间内发生巨大的变化,进而避免机组失步或维持电网频率的稳定。然而,目前基于RTU/SCADA的自动发电控制系统AGC不可能达到10ms级的指令更新速度,只能达到秒级更新速度。此外,应指出的是通常习惯上说的短路故障临界清除时间0.1秒,是指对于发电机组在发生机端短路时,若0.1秒内不清除故障,则在这0.1秒内储存的加速能量将超过故障清除后的第一段减速面积的能量,从而与后续的加速面积能量叠加,使得转子进一步加速,从而失稳或越限。故障后发电机转子角从减速阶段到加速阶段,需要一段时间,这段时间可持续几秒钟,在这几秒钟内通过改变原DEH的控制逻辑,加大减速力度从而扩大减速面积,都将对避免发电机组失步或频率越限起到帮助作用。也就是说,发电机转子从正常转速运行到失稳或转速越限需要有几秒钟的时间,利用控制周期为几十毫秒级(不超过100ms)的控制手段,通过对DEH汽门开度快速调节,可以实现大大提高电网维持频率稳定,避免机组失步的能力。还需指出的是对于现代的数字化电液控制机组,所谓“一次调频”不是机组的固有特性,而是一种控制汽缸阀门的策略。DEH综合一次调频(频率偏移量)以及二次调频(电网对该机组的功率需求量)的要求形成对机组调门开度的控制指令,当这两个指令源的信息相加后,就无法区分调门开度是针对那一部分的响应;也就是说在汽轮机有功出力调节这个环节,二次调频和一次调频实际上是有相同响应速度,对现代的数字化电液控制发电机通常为10毫秒级的响应速度。只不过这里的功率的快速响应是来自于汽缸、管道、母管中的储汽,当储汽不足,锅炉供应的新汽不能及时补充储汽能力的消耗时,也就是汽缸压力偏低时,即使汽门开度增加,输出机械功率也不一定能增加。通常储汽可以支撑几十秒到1分钟内的功率突变(不管功率突变来自于一次调频还是二次调频),但是对于功率突变的暂态过程来说,这几秒到几十秒的时间就可以让本来应该失稳的电网稳定下来,为锅炉系统或电网的其他控制手段赢得时间,从而避免电网真正发生暂态或频率失稳。为此本专利技术提出了一个能方便实现电网中各发电机组DEH在执行电网调度的秒级功率调节指令的同时,及时以10毫秒级速度跟踪机端功率突变的自动发电控制方法和DEH电磁功率跟踪方法;同时,对于不具备条件修改现有发电机DEH输入和控制逻辑的机组,通过给机组增加一个发电机功率指令转换器,帮助现有DEH实现对机端功率突变的10毫秒级跟踪。
技术实现思路
为了提高发电机在机端功率突变情况下维持转速稳定的能力,本专利技术公开了一种基于功率变化量和高速机端功率量测的自动发电控制方法,将现有电网调度自动化系统中自动发电控制(AGC)模块的输出指令由发电机组目标有功功率更改为有功功率变化量,同时将发电机DEH的定功率有功功率输入更改为来自于AGC主站的功率变化量与实时10毫秒级量测的机端有功功率之和。由于各机组的有功功率变化量有步长限制,相应地对被调度机组的数目、机组的本文档来自技高网
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基于功率变化量和高速机端功率量测的自动发电控制方法

【技术保护点】
一种基于功率变化量和高速机端功率量测的自动发电控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1:按照下式计算调度控制区域内的有功功率区域控制偏差ACE:ACE=△Pt+β△f,其中△f是电网频率参考点频率与额定频率的偏差,△Pt是调度控制区域与外网联络线上有功功率与设定有功功率的偏差,β是调度控制区域的频率响应系数;步骤2:选择当前可根据调度指令参与自动发电调节的机组即自动发电控制机组,简称AGC机组,按照各电网调度自动化系统即EMS系统中自动发电控制模块即AGC模块原控制逻辑选择承担本次功率变化量的机组,若选择出的这些AGC机组的允许有功功率变化量的总和小于步骤1计算出的区域控制偏差ACE的50%,即本次电网需要的有功功率变化量的50%,则从当前剩余的可参与调节的AGC机组中按优先级增加机组共同承担电网在当前时刻需要的有功功率变化量,直到选择出的各机组承担的有功功率变化量超过需要的有功功率变化量的50%,或者没有可增加的当前可参与调节的AGC机组;步骤3:将分配给各机组的有功功率变化量通过电力调度数据网下发给各发电机组的自动发电控制子站即AGC子站装置,需要将AGC子站装置量程修改为功率变化量的变化范围,替代原先的功率变化范围;步骤4:AGC子站将接收到的有功功率变化量通过硬接线转发给各机组的功率指令转换器;步骤5:功率指令转换器的防误判断:功率指令转换器若连续两个周期接收不到新的指令或者检测到指令有误时,则认为与调度主站间的通信有故障,或者调度主站的AGC模块出现故障,或者AGC子站故障,此时将有功功率变化量指令置为0;若有功功率变化量的绝对值大于999MW,则也将功率变化量置为0;步骤6:功率指令转换器接收到功率变化量指令后将其与实时采集的机端电磁功率有效值相加,得到当前期望发电机组的目标功率,并通过硬接线将该结果传送到发电机组的数字电液调节控制系统DEH的目标功率设定端子,计算和传送周期小于50ms。...

【技术特征摘要】
1.一种基于功率变化量和高速机端功率量测的自动发电控制方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:步骤1:按照下式计算调度控制区域内的有功功率区域控制偏差ACE:ACE=△Pt+β△f,其中△f是电网频率参考点频率与额定频率的偏差,△Pt是调度控制区域与外网联络线上有功功率与设定有功功率的偏差,β是调度控制区域的频率响应系数;步骤2:选择当前可根据调度指令参与自动发电调节的机组即自动发电控制机组,简称AGC机组,按照各电网调度自动化系统即EMS系统中自动发电控制模块即AGC模块原控制逻辑选择承担本次功率变化量的机组,若选择出的这些AGC机组的允许有功功率变化量的总和小于步骤1计算出的区域控制偏差ACE的50%,即本次电网需要的有功功率变化量的50%,则从当前剩余的可参与调节的AGC机组中按优先级增加机组共同承担电网在当前时刻需要的有功功率变化量,直到选择出的各机组承担的有功功率变化量超过需要的有功功率变化量的50%,或者没有可增加的当前可参与调节的AGC机组;步骤3:将分配给各机组的有功功率变化量通过电力调度数据网下发给各发电机组的自动发电控制子站即AGC子站装置,需要将AGC子站装置量程修改为功率变化量的变化范围,替代原先的功率变化范围;步骤4:AGC子站将接收到的有功功率变化量通过硬接线转发给各机组的功率指令转换器;步骤5:功率指令转换器的防误判断:功率指令转换器若连续两个周期接收不到新的指令或者检测到指令有误时,则认为与调度主站间的通信有故障,或者调度主站的AGC模块出现...

【专利技术属性】
技术研发人员:段刚张晓晓谢晓冬刘刚葛亮娄霄楠刘世海
申请(专利权)人:北京四方继保自动化股份有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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