一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统及方法，包括电子调节器模型依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到水轮机组的目标导叶开度信号；导叶执行机构模型依据目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；水轮机原动机模型依据实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，水轮机原动机模型不仅考虑了刚性水击的影响，还考虑了理论有功功率与导叶开度之间的对应关系；理论动作积分电量计算模块依据理论有功功率、理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量。采用该方式得到的理论动作积分电量与实际动作积分电量更接近，也更加准确。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水电机组一次调频
，特别是涉及一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统及方法。
技术介绍
目前，在影响电能质量的因素中，电网频率占主要部分。水电机组一次调频是指当电网频率发生波动时，调速系统根据电网频率与额定频率的频率差自动调节导叶开度，改变机组出力来适应负荷变化。一次调频服务作为基本辅助服务之一，是电网要求电厂必须提供的服务。若电厂因自身原因不能提供一次调频服务或提供的一次调频服务不达标就会被考核。根据考核的结果相应地扣减电厂发电量，最终影响其经济效益。现有技术中对一次调频动作后所贡献电量的考核，是调度部门在电网频率超出调频死区范围时记录当下动作时间、电网实时频率与电厂上送的水电机组的实际功率等数据，根据这些数据利用考核公式分别计算出机组的理论动作积分电量和实际动作积分电量，然后再根据实际动作积分电量以及理论动作积分电量判断动作质量是否合格，并决定电厂是否要受到考核。实际动作积分电量计算如公式(1)所示：Qr=∫t0t0+Δt(Pa-P0)dt/3600---(1)]]>式中：Qr为实际动作积分电量(单位：kW·h)；t0为积分起始时间，即频率偏差超过频率死区的时刻(单位：s)；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间(最长不超过60s，超过60s的以60s计算，单位：s)；Pa为机组实际出力(单位：kW)；P0为积分起始时间对应的机组出力(单位：kW)。理论动作积分电量计算如公式(2)所示：Qt=Pr×∫t0t0+ΔtΔf(3600×fr×4%)dt---(2)]]>式中：Qt为理论动作积分电量(单位：kW·h)；Pr为机组额定出力(单位：kW)；t0和Δt的意义与上述相同；Δf为频率偏差；4％为机组的转速不等率(永态转差率)。其中，频率偏差Δf的计算公式为：Δf=0-ef≤fr-fg≤effr-fg-efef<fr-fgfr-fg+effr-fg<-ef---(3)]]>式中：fg为水电机组的频率(单位：Hz)；fr为电网额定频率(单位：Hz)；ef为一次调频死区(单位：Hz)。由公式(1)、(2)可知，实际动作积分电量是根据有功功率—时间关系曲线来计算，而理论动作积分电量是根据频率—时间关系曲线来计算的。理论积分电量随频差实时改变，而水电机组调节系统滞后性较强，功率响应相对较慢，且由于水力惯性的原因，在调节初期会出现反调效应，都将致使相同时间段内实际动作积分电量较理论值偏小。极端情况下，当频率扰动为一阶跃量时，频率—时间关系曲线为一条折线，而有功功率—时间关系曲线为一条曲线，如图1所示，t0时刻频率扰动-0.15Hz，机组频差超出人工频率死区，经短暂延时一次调频开始动作，由于水力惯性的原因在导叶运动初期出现反调效应，如图1(c)中t0-t1时段，此时机组为反方向出力响应，实际积分电量为负值。t1时刻之后，机组出力转为正方向，实际积分电量逐渐变为正值。图1(b)中阴影部分为理论动作积分电量，图1(c)中阴影部分为实际动作积分电量，可以看出在计算过程中理论与实际值误差较大。这说明用频率—时间关系曲线来计算理论动作积分电量是不准确的。因此，如何提供一种准确度高的水电机组一次调频理论动作电量的计算系统及方法是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统，依据水电机组的仿真模型得到水电机组的理论有功功率，并采用理论有功功率以及时间的关系得到理论动作积分电量，采用该方式得到的理论动作积分电量更加准确，另外，水轮机原动机模型在计算理论有功功率还考虑了理论有功功率与导叶开度之间的对应关系，从而使得得到的理论动作积分电量更加准确；本专利技术的另一目的是提供一种水电机组一次调频理论动作电量的计算方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统，包括：电子调节器模型，用于依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到所述水电机组的目标导叶开度信号，其中，所述频率偏差为频率给定信号减去所述水电机组的频率得到的差值经过死区处理后得到的数值，所述有功功率偏差为给定理论有功功率减去所述水电机组的理论有功功率得到的差值；所述导叶开度偏差为给定导叶开度减去所述水电机组的导叶开度得到的差值；导叶执行机构模型，用于依据所述目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；水轮机原动机模型，用于依据所述实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，所述水轮机原动机模型对应的传递函数关系为G1(s)+G2(s)，其中：Tw为水流惯性时间常数；G2(s)对应的方程为P＝aY3+bY2+cY+d，a、b、c以及d为常数；理论动作积分电量计算模块，用于依据所述理论有功功率、所述理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量，其中，所述理论动作积分电量关系式为：Qt=∫t0t0+Δt(Pt-P0)dt/3600;]]>其中，Qt为所述理论动作积分电量；t0为频率偏差超过频率死区的时刻；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间，其中，Δt最长不超过60s，超过60s的以60s计算；Pt为所述理论有功功率；P0为t0对应的理论有功功率。优选地，所述电子调节器模型具体用于：接收频率给定信号以及水电机组的频率，对所述频率给定信号与所述水电机组的频率进行做差处理，并对得到的差值进行死区处理得到所述频率偏差；对所述频率偏差分别进行第一比例处理和第一微分处理，对应得到第一数值和第二数值；将有功功率偏差与功率调差系数进行相乘处理或者将导叶开度偏差与开度调差系数进行相乘处理，得到第三数值；将所述第三数值与所述频率偏差做相加处理，对相加处理得到的结果进行第一积分处理，得到第四数值；对所述第一数值、所述第二数值以及所述第四数值做相加处理，得到第五数值；对所述第五数值进行第一限幅处理，得到所述目标导叶开度信号；所述第一比例处理对应的传递函数为Kp，所述第一微分处理对应的传递函数为所述第一积分处理对应的传递函数为其中，Kp为第一比例增益，KI为第一积分增益，KD为第一微分增益，T1V为第一微分时间常数。优选地，所述导叶执行机构模型具体用于：将所述目标导叶开度信号与当前实际导叶开度信号进行做差处理，并对得到的差值分别进行第二比例处理、第二积分处理以及第二微分处理，再将得到的三个数值进行第二限幅处理，并对第二限幅处理得到的结果进行积分，再对积分的结果进行第三限幅处理，得到所述实际导叶开度信号；其中，所述第二比例处理对应的传递函数为Kp'，所述第二积分处理对应的传递函数为所述第二微分处理对应的传递函数为KD'S，其中，所述Kp'为第二比例增益，KI'为第二积分增益，KD'为第二微分增益。为解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种水电机组一次调频理论动作电量的计算方法，包括：电子调节器模型依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到所述水电机组的目标导叶开度信号，其中，所述频率偏差为频率给定信号减去所述水电机组的频率得到的差值经过死区处理后得到的数值，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统，其特征在于，包括：电子调节器模型，用于依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到所述水电机组的目标导叶开度信号，其中，所述频率偏差为频率给定信号减去所述水电机组的频率得到的差值经过死区处理后得到的数值，所述有功功率偏差为给定理论有功功率减去所述水电机组的理论有功功率得到的差值；所述导叶开度偏差为给定导叶开度减去所述水电机组的导叶开度得到的差值；导叶执行机构模型，用于依据所述目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；水轮机原动机模型，用于依据所述实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，所述水轮机原动机模型对应的传递函数关系为G1(s)+G2(s)，其中：Tw为水流惯性时间常数；G2(s)对应的方程为P＝aY3+bY2+cY+d，a、b、c以及d为常数；理论动作积分电量计算模块，用于依据所述理论有功功率、所述理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量，其中，所述理论动作积分电量关系式为：Qt=∫t0t0+Δt(Pt-P0)dt/3600;]]>其中，Qt为所述理论动作积分电量；t0为频率偏差超过频率死区的时刻；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间，其中，Δt最长不超过60s，超过60s的以60s计算；Pt为所述理论有功功率；P0为t0对应的理论有功功率。...

【技术特征摘要】
1.一种水电机组一次调频理论动作电量的计算系统，其特征在于，包括：电子调节器模型，用于依据频率偏差以及有功功率偏差或者导叶开度偏差得到所述水电机组的目标导叶开度信号，其中，所述频率偏差为频率给定信号减去所述水电机组的频率得到的差值经过死区处理后得到的数值，所述有功功率偏差为给定理论有功功率减去所述水电机组的理论有功功率得到的差值；所述导叶开度偏差为给定导叶开度减去所述水电机组的导叶开度得到的差值；导叶执行机构模型，用于依据所述目标导叶开度信号得到实际导叶开度信号；水轮机原动机模型，用于依据所述实际导叶开度信号得到理论有功功率；其中，所述水轮机原动机模型对应的传递函数关系为G1(s)+G2(s)，其中：Tw为水流惯性时间常数；G2(s)对应的方程为P＝aY3+bY2+cY+d，a、b、c以及d为常数；理论动作积分电量计算模块，用于依据所述理论有功功率、所述理论有功功率对应的时间以及理论动作积分电量关系式得到水电机组一次调频的理论动作积分电量，其中，所述理论动作积分电量关系式为：Qt=∫t0t0+Δt(Pt-P0)dt/3600;]]>其中，Qt为所述理论动作积分电量；t0为频率偏差超过频率死区的时刻；Δt为积分开始后的一次调频过程持续时间，其中，Δt最长不超过60s，超过60s的以60s计算；Pt为所述理论有功功率；P0为t0对应的理论有功功率。2.如权利要求1所述的计算系统，其特征在于，所述电子调节器模型具体用于：接收频率给定信号以及水电机组的频率，对所述频率给定信号与所述水电机组的频率进行做差处理，并对得到的差值进行死区处理得到所述频率偏差；对所述频率偏差分别进行第一比例处理和第一微分处理，对应得到第一数值和第二数值；将有功功率偏差与功率调差系数进行相乘处理或者将导叶开度偏差与开度调差系数进行相乘处理，得到第三数值；将所述第三数值与所述频率偏差做相加处理，对相加处理得到的结果进行第一积分处理，得到第四数值；对所述第一数值、所述第二数值以及所述第四数值做相加处理，得到第五数值；对所述第五数值进行第一限幅处理，得到所述目标导叶开度信号；所述第一比例处理对应的传递函数为Kp，所述第一微分处理对应的传递函数为所述第一积分处理对应的传递函数为其中，Kp为第一比例增益，KI为第一积分增益，KD为第一微分增益，T1V为第一微分时间常数。3.如权利要求1所述的计算系统，其特征在于，所述导叶执行机构模型具体用于：将所述导叶开度目标值信号与当前实际导叶开度信号进行做差处理，并对得到的差值分别进行第二比例处理、第二积分处理以及第二微分处理，再将得到的三个数值进行第二限幅处理，并对第二限幅处理得到的结果进行积分，再对积分的结果进行第三限幅处理，得到所述实际导叶开度信号；其中，所述第二比例处理对应的传递函数为Kp'，所述第二积分处理对应的传递函数为所述第二微分处理对应的传递函数为KD'S，其中，所述Kp'为第二比例增益，KI'为第二积分增益，KD'为第二微分增益。4.一种水电机组一次调频理论动作电量...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玺，徐广文，黄青松，姚泽，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44