一种用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制方法技术

一种用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制方法，本发明专利技术涉及一种火电机组动态一次调频控制方法。本发明专利技术为了解决风电输出功率波动对系统频率稳定造成的影响，对火电机组参加一次调频时的频率响应特性进行分析，在保证火电机组稳定性的前提下，提出动态调整火电机组调差系数的一次调频控制方法。该控制方法可以有效提升火电机组的一次调频能力，使火电机组参加一次调频时具备更高的灵活性与能力，有利于含风电系统的频率稳定。在含风电的单区域仿真系统中，考虑15％风电功率预测误差时，系统频率的最大波动偏差由0.126Hz减小至0.0663Hz，满足电网对频率的要求。本发明专利技术应用于火电机组控制领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种火电机组动态一次调频控制方法。
技术介绍
高渗透率风电的接入相当于在负荷波动之外引入了更多的随机功率波动，对电力系统的调频容量和调频控制灵活性提出更高的要求。提升火电机组调频能力可以缓解风电功率波动对系统频率的影响，现有的技术方法主要侧重于通过合理配置调频容量来提高系统的调频能力，而关于挖掘常规发电机组自身调频潜力的方法目前仍很欠缺。根据发电机组调差系数的定义可知，电网中各机组的调差系数越小，说明机组具备更高的一次调频能力，有利于维持系统的频率稳定。但调差系数设置过小，则可能造成发电机组的调速系统失稳，使发电机组失去维持系统频率稳定的功能。风电渗透率为风电功率占区域网总功率的百分比，随着风电渗透率的逐渐增大，一般可认为区域电网内风电渗透率大于15％则为高风电渗透率电网。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有风电输出功率波动对系统频率稳定造成不利影响的缺点，而提出一种用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制方法。一种用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制方法包括以下步骤：步骤一：根据火电机组的类型，确定其调速系统的开环传递函数G(s)，令火电机组调差系数δ＝0.02～0.06，根据G(s)画出调速系统的开环对数幅频特性和相频特性图，求取调速系统的幅频特性曲线过0dB处所对应的频率ωc以及调速系统的最大低频段范围0～fLmax，其中fLmax是调速系统的对数相频特性曲线等于-135°～-100°之间某一角度值时所对应的频率(具体可根据系统所要满足的稳定裕度进行设定)；步骤二：采用一阶分频器对调速系统反馈通道中的频率偏差信号Δf进行分频处理，将Δf分解为低频频率偏差信号Δf1和高频频率偏差信号Δf2；根据一阶低通滤波器W1(s)与一阶高通滤波器W2(s)的传递函数，确定Δf通过分频器后的低频与高频频率偏差信号Δf1(s)和Δf2(s)；步骤三：设置调速系统调节的风电功率低频波动的频率范围为0～fwind，fwind满足fwind≤fLmax，根据fwind确定步骤二中分频器的参数T1和T2；其中，T1为一阶低通滤波器W1(s)的时间常数，T2为一阶高通滤波器W2(s)的时间常数；步骤四：对火电机组调速系统的反馈控制通道进行修改，通过附加分频器，将单一反馈通道拓展为低频反馈通道与高频反馈通道，在低频段0～fwind内，将调速系统的转速调差系数δ设置为δ＝2％～3％，在高频段f≥fwind内，将调速系统的转速调差系数δ设置为δ＝4％～6％。本专利技术的有益效果为：从电网频率控制的角度看，尽管风电场输出功率的高频波动分量大部分已被电力系统的惯性吸收，但低频段的功率波动和整体发电功率的持续变化会对电力系统的有功功率平衡造成影响，引入动态一次调频控制策略后，可以增强火电机组对低频扰动的调节能力，减弱风电功率波动对系统频率稳定的影响；在含风电的单区域仿真系统中，考虑15％风电功率预测误差时，系统频率的最大波动偏差由0.126Hz减小至0.0663Hz，满足电网对频率的要求。频率波动的标准差由σ＝0.0004452减小至σ＝0.0002741，较之前减小了38.43％。从火电机组自身的角度看，引入动态一次调频控制策略并没有影响机组本身的运行稳定性，并且充分挖掘了火电机组对低频段扰动的响应能力。附图说明图1为适用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制策略流程示意图；图2为凝汽式汽轮机组转速调节系统数学模型图；图3为调速系统的开环对数幅频特性图；图4为调速系统的开环对数相频特性图；图5为Δf1(s)和Δf2(s)的理想幅频特性图；图6为具有动态一次调频功能的调速系统数学模型图；图7为用于一次调频分析的含风电单区域多机系统图；图8为单区域系统负荷及风电功率曲线图；图9为多机并列运行时的一次调频数学模型图；图10为多机并列运行时调速系统的开环对数幅频特性图；图11为多机并列运行时调速系统的开环对数相频特性图；图12为有无动态一次调频控制策略时的系统频率偏差图；图13为有无动态一次调频控制策略时的火电机组出力图。具体实施方式具体实施方式一：如图1所示，一种用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制方法包括以下步骤：步骤一：根据火电机组的类型，确定其调速系统的开环传递函数G(s)，根据G(s)画出调速系统的开环对数幅频特性和相频特性图，求取δ＝0.02时调速系统的幅频特性曲线过0dB处所对应的频率ωc以及调速系统的最大低频段范围0～fLmax，其中fLmax是调速系统的对数相频特性曲线等于-110°时所对应的频率；步骤二：采用一阶分频器对调速系统反馈通道中的频率偏差信号Δf进行分频处理，将Δf分解为低频频率偏差信号Δf1和高频频率偏差信号Δf2；根据一阶低通滤波器W1(s)与一阶高通滤波器W2(s)的传递函数，确定Δf通过分频器后的低频与高频频率偏差信号Δf1(s)和Δf2(s)；步骤三：设置调速系统调节的风电功率低频波动的频率范围为0～fwind，fwind满足fwind≤fLmax，根据fwind确定步骤二中分频器的参数T1和T2；其中，T1为一阶低通滤波器W1(s)的时间常数，T2为一阶高通滤波器W2(s)的时间常数；步骤四：对图2所示火电机组调速系统的反馈控制通道进行修改，将原来的单一反馈通道，通过附加分频器，将其拓展成为低频反馈通道与高频反馈通道，通过DEH系统动态设置发电机组的调差系数δ。在远离剪切频率的低频段0～fwind内，将δ设置成较小值(δ＝2％～3％)，在剪切频率附近及更高频段f≥fwind内，保持机组调差系数δ仍然按常规取值(δ＝4％～6％)。具有动态一次调频功能的凝汽式汽轮机组转速调节系统传递函数如图6所示。其中，W1(s)为一阶低通滤波器，它只让低频信号通过而阻止高频信号；W2(s)为一阶高通滤波器，它只让高频信号通过而阻止低频信号。本专利技术对火电机组参加一次调频时的频率响应特性进行分析，在保证火电机组稳定性的前提下，提出动态调整火电机组调差系数的一次调频控制策略。该控制策略可以有效提升火电机组的一次调频能力，使火电机组参加一次调频时具备更高的灵活性与能力，有利于含风电系统的频率稳定。具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中开环传递函数G(s)具体为：当火电机组为凝汽式汽轮机组时，根据图2可得到凝汽式调速系统的开环传递函数G(s)如下式所示：凝汽式：其中所述Ts为油动机的时间常数，T0为容积方程的时间常数，Ta为发电机转子时间常数，s＝jω，j为虚数，ω为角频率。根据G(s)画出δ＝0.02以及δ＝0.05时的调速系统的开环对数幅频特性和相频特性图如图3和图4所示，基于图3和图4所示的开环对数频率特性，求取δ＝0.02时调速系统的剪切频率ωc以及调速系统的最大低频段范围0～fLmax。其中，ωc是调速系统的幅频特性曲线过0dB处所对应的频率，fLmax是调速系统的对数相频特性曲线等于-110°时所对应的频率。中间再热式：其中所述αH为高压缸功率占整个汽轮机功率的份额系数，TRH为中低压缸再热时间常数；此处仅给出了凝汽式以及中间再热式汽轮机组调速系统G(s)的形式，在实际应用中还存在多种其他形式的汽轮机组，根据其运行原理，同样可给出与之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制方法，其特征在于：所述用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制方法包括以下步骤：步骤一：根据火电机组的类型，确定其调速系统的开环传递函数G(s)，令火电机组调差系数δ＝0.02～0.06，根据G(s)画出调速系统的开环对数幅频特性和相频特性图，求取调速系统的幅频特性曲线过0dB处所对应的频率ωc以及调速系统的最大低频段范围0～fLmax，其中fLmax是调速系统的对数相频特性曲线等于‑135°～‑100°之间某一角度值时所对应的频率；步骤二：采用一阶分频器对调速系统反馈通道中的频率偏差信号△f进行分频处理，将△f分解为低频频率偏差信号△f1和高频频率偏差信号△f2；根据一阶低通滤波器W1(s)与一阶高通滤波器W2(s)的传递函数，确定△f通过分频器后的低频与高频频率偏差信号△f1(s)和△f2(s)；步骤三：设置调速系统调节的风电功率低频波动的频率范围为0～fwind，fwind满足fwind≤fLmax，根据fwind确定步骤二中分频器的参数T1和T2；其中，T1为一阶低通滤波器W1(s)的时间常数，T2为一阶高通滤波器W2(s)的时间常数；步骤四：对火电机组调速系统的反馈控制通道进行修改，通过附加分频器，将单一反馈通道拓展为低频反馈通道与高频反馈通道，在低频段0～fwind内，将调速系统的转速调差系数δ设置为δ＝2％～3％，在高频段f≥fwind内，将调速系统的转速调差系数δ设置为δ＝4％～6％。...

【技术特征摘要】
1.一种用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制方法，其特征在于：所述用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制方法包括以下步骤：步骤一：根据火电机组的类型，确定其调速系统的开环传递函数G(s)，令火电机组调差系数δ＝0.02～0.06，根据G(s)画出调速系统的开环对数幅频特性和相频特性图，求取调速系统的幅频特性曲线过0dB处所对应的频率ωc以及调速系统的最大低频段范围0～fLmax，其中fLmax是调速系统的对数相频特性曲线等于-135°～-100°之间某一角度值时所对应的频率；步骤二：采用一阶分频器对调速系统反馈通道中的频率偏差信号△f进行分频处理，将△f分解为低频频率偏差信号△f1和高频频率偏差信号△f2；根据一阶低通滤波器W1(s)与一阶高通滤波器W2(s)的传递函数，确定△f通过分频器后的低频与高频频率偏差信号△f1(s)和△f2(s)；步骤三：设置调速系统调节的风电功率低频波动的频率范围为0～fwind，fwind满足fwind≤fLmax，根据fwind确定步骤二中分频器的参数T1和T2；其中，T1为一阶低通滤波器W1(s)的时间常数，T2为一阶高通滤波器W2(s)的时间常数；步骤四：对火电机组调速系统的反馈控制通道进行修改，通过附加分频器，将单一反馈通道拓展为低频反馈通道与高频反馈通道，在低频段0～fwind内，将调速系统的转速调差系数δ设置为δ＝2％～3％，在高频段f≥fwind内，将调速系统的转速调差系数δ设置为δ＝4％～6％。2.根据权利要求1所述的一种用于高风电渗透率电网的火电机组动态一次调频控制方法，其特征在于：所述步骤一中开环传递函数G(s)具体为：凝汽式：G(s)=1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭钰锋，王琦，万杰，刘金福，于达仁，于继来，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23