一种火电机组一次调频控制器、控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种火电机组一次调频控制器、控制方法及系统，包括：下垂式频率响应控制器和模糊控制器；所述下垂式频率响应控制器投入于火电机组的协调控制侧，其输入为火电机组系统频差值，输出为火电机组协调控制侧有功调节指令；所述模糊控制器投入于火电机组的数字电液侧，其输入为火电机组系统频差值，输出为调节汽门的动作量；所述下垂式频率响应控制器和所述模糊控制器联合对火电机组进行频差响应控制。本发明专利技术可解决火电机组日常参与系统频率小扰动调整及频率大扰动后迅速响应问题，同时可解决火电机组DEH控制系统频繁调节造成的磨损问题。

A Primary Frequency Modulation Controller, Control Method and System for Thermal Power Units

【技术实现步骤摘要】
一种火电机组一次调频控制器、控制方法及系统
本专利技术属于火电机组一次调频控制
，特别涉及一种火电机组一次调频控制器、控制方法及系统。
技术介绍
大电网内发生的扰动故障会引起系统频率大幅波动以及系统频率时刻发生小幅扰动。现有的常规火电机组一般通过分别在协调控制(CCS)侧和数字电液(DEH)侧加装频率下垂控制实现机组一次调频功能；DEH侧收到频差信号后直接动作调节汽轮机汽门实现机组功率快速响应，CCS侧收到频差信号后发送功率调节指令到机组协调控制系统实现机组功率稳定调节，两侧相互配合实现火电机组一次调频有效动作。但由于DEH侧直接控制调节汽门，调节汽门调节时，极易造成调门磨损。特别是在数字电液(DEH)投入一次调频后，由于系统频率时刻在发生小幅扰动，DEH侧汽门参与系统小幅扰动频繁调节，经常造成调速汽阀出现磨损、卡涩及相对安装尺寸变化等。例如，以甘肃某厂火电2台60万机组为例，一次调频投入一年产生1000万的磨损维修费用；但火电机组DEH侧一次调频功能退出又会造成一次响应速度及动作量不足，产生考核。综上，亟需一种新型的火电机组一次调频控制器及控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种火电机组一次调频控制器、控制方法及系统，以解决火电机组日常参与系统频率小扰动调整及频率大扰动后迅速响应问题，同时解决火电机组DEH控制系统频繁调节造成的磨损问题。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种火电机组一次调频控制器，包括：下垂式频率响应控制器和模糊控制器；所述下垂式频率响应控制器投入于火电机组的协调控制侧，其输入为火电机组系统频差值，输出为火电机组协调控制侧有功调节指令；所述模糊控制器投入于火电机组的数字电液侧，其输入为火电机组系统频差值，输出为调节汽门的动作量；所述下垂式频率响应控制器和所述模糊控制器联合对火电机组进行频差响应控制。本专利技术的进一步改进在于，还包括：数据采集系统和滤波系统，用于采集火电机组系统频差值并过滤后输出。本专利技术的进一步改进在于，通过调整火电机组协调控制侧功率设定值，调节频差大于死区的频率偏差控制。本专利技术的进一步改进在于，模糊控制器叠加在火电机组数字电液控制侧；频差小于等于0.06Hz，频率变化速率小于等于0.05HZ/s时，调节汽门不发生动作；频差大于0.06Hz，频率变化速率大于0.05HZ/s时，通过模糊控制器控制调节汽门发生动作。本专利技术的进一步改进在于，火电有功出力大于等于50％额定功率时，火电机组协调控制侧参与频率调节；频率调节下垂特性通过设定频率与有功功率折线函数实现，表达式为：式中，fd为一次调频死区；fN为系统额定频率；PN为额定功率；δ％为火电机组一次调频调差率；P0为有功功率初值，P为机组有功指令。本专利技术的进一步改进在于，数字电液控制侧实现是通过模糊控制器输出汽轮机调门调节量信号叠加到火电机组数字电液控制上。本专利技术的进一步改进在于，模糊控制器的控制过程包括：(1)输入输出变量模糊化：将Δf及dΔf/dΔt划分成不同的模糊集；其中，Δf为频差，dΔf/dΔt为频率变化速率；通过隶属函数计算输入变量对各模糊子集的隶属度；模糊控制器采用三角形隶属函数，隶属度的取值范围为[0，1]；输入变量的论域范围依所接电网系统的实际情况而定，输出变量的论域范围由火电机组DEH调门角的向上最大调节量和向下最大调节量与总调节量的比例确定；(2)模糊推理：根据火电机组DEH调门角辅助频率调节的策略要求，确定模糊控制规则；模糊蕴含关系采用Mamdani最小规则求取；根据控制规则，求得用模糊子集表示的输出量；(3)解模糊化：采用最大隶属度法进行解模糊计算，由模糊子集表示的输出量得到精确的参考功率变化值。一种火电机组一次调频控制方法，包括以下步骤：S1，采集火电机组系统的频差数据；S2，将步骤S1获取的频差数据经过滤波、微分、隶属函数分类、模糊控制器及限幅环节输出火电机组调门开度到火电机组DEH调门系统；S3，将步骤S1获取的频差数据经过滤波、频率下垂调节函数及限幅环节输出火电机组有功调节指令到火电机组有功控制系统；S4，通过步骤S2和步骤S3联合对火电机组进行频差响应控制。进一步地，还包括：火电机组自动发电量控制AGC投入运行或监控系统功率闭环调节方式下，一次调频与AGC有功功率指令方向相反情况下，当电网频率小于等于额定频率时闭锁AGC减负荷指令，当电网频率大于额定频率时闭锁AGC加负荷指令。一种火电机组一次调频控制系统，包括：数据采集模块，用于采集火电机组系统的频差数据；调门开度调节模块，用于将数据采集模块获取的频差数据经过滤波、微分、隶属函数分类、模糊控制器及限幅环节输出火电机组调门开度到火电机组DEH调门系统；有功调节指令模块，用于将数据采集模块获取的频差数据经过滤波、频率下垂调节函数及限幅环节输出火电机组有功调节指令到火电机组有功控制系统。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术针对因大电网内发生的扰动故障引起系统频率大幅波动及日常频率扰动，研究了小扰动下的频率特性，分析了机组一次调频响应行为，设计了火电机组基于模糊控制的一次调频控制器，在判断为频率小扰动情况下尽可能少动DEH侧调门，在频率大幅扰动时通过DEH侧模糊控制，迅速调节汽门响应，充分考虑了CCS侧频差响应稳定但时间慢，DEH侧响应快但成本高的特点，既解决了火电机组日常参与调整系统频率小扰动引起的火电机组DEH控制系统频繁调节造成的调门磨损问题，又解决了频率大扰动后迅速响应问题，为发电企业节约了大量运维成本的同时又不会因为一次调频量不足产生考核。本专利技术的控制方法，根据系统频率控制的要求，频率控制的目标是维持控制区内频率为零或在正常范围内，一方面针对大扰动实现快速响应，另一方面在系统频繁出线的频率小扰动时减少调门动作量，减少磨损。具体的，采用叠加模糊控制进行频率快速响应的控制器，其为：在频率变化速率快、扰动幅度大时(例如频差大于0.06HZ，频率变化速率大于0.05HZ/s)，意味着此时发生较大电网故障或扰动，应通过调节火电调门开度调整火电机组出力快速支援系统扰动，避免系统频率稳定破坏，解决单独通过协调控制CCS系统进行频率调节速度慢有回调等问题；在频率变化速度快、频率扰动幅度小时(例如频差在0.06HZ以内，频率变化速率小于0.05HZ/s)，减小调门开度调节控制量，主要依靠协控侧频率快速响应及其余水电机组进行调频控制；在频率变化速度慢、频率扰动幅度大时，意味着电网有常规的较大负荷变动，此时应主要依靠协控侧进行功率调节，DEH侧调门调节量随着扰动幅度及扰动速度逐渐恢复而迅速减小，避免汽轮机调门控制频繁调整；在频率变化速度慢、频率扰动幅度小时，退出调门开度控制功能，减少调门磨损。附图说明图1是本专利技术实施例的一种火电机组一次调频控制器的示意框图；图2是本专利技术实施例中DEH侧的模糊控制器控制示意框图；图3是本专利技术实施例中模糊控制器中的频差的隶属度函数示意图；图4是本专利技术实施例中模糊控制器中的频率变化速率的隶属度函数示意图；图5是本专利技术实施例中的频率曲线与常规一次调频的对比示意图；图6是本专利技术实施例中的控制器与常规一次调频火电机组动作情况对比示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。请本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种火电机组一次调频控制器，其特征在于，包括：下垂式频率响应控制器和模糊控制器；所述下垂式频率响应控制器投入于火电机组的协调控制侧，其输入为火电机组系统频差值，输出为火电机组协调控制侧有功调节指令；所述模糊控制器投入于火电机组的数字电液侧，其输入为火电机组系统频差值，输出为调节汽门的动作量；所述下垂式频率响应控制器和所述模糊控制器联合对火电机组进行频差响应控制。

【技术特征摘要】
1.一种火电机组一次调频控制器，其特征在于，包括：下垂式频率响应控制器和模糊控制器；所述下垂式频率响应控制器投入于火电机组的协调控制侧，其输入为火电机组系统频差值，输出为火电机组协调控制侧有功调节指令；所述模糊控制器投入于火电机组的数字电液侧，其输入为火电机组系统频差值，输出为调节汽门的动作量；所述下垂式频率响应控制器和所述模糊控制器联合对火电机组进行频差响应控制。2.根据权利要求1所述的一种火电机组一次调频控制器，其特征在于，还包括：数据采集系统和滤波系统，用于采集火电机组系统频差值并过滤后输出。3.根据权利要求1所述的一种火电机组一次调频控制器，其特征在于，通过调整火电机组协调控制侧功率设定值，调节频差大于死区的频率偏差控制。4.根据权利要求1所述的一种火电机组一次调频控制器，其特征在于，模糊控制器叠加在火电机组数字电液控制侧；频差小于等于0.06Hz，频率变化速率小于等于0.05HZ/s时，调节汽门不发生动作；频差大于0.06Hz，频率变化速率大于0.05HZ/s时，通过模糊控制器控制调节汽门发生动作。5.根据权利要求1所述的一种火电机组一次调频控制器，其特征在于，火电有功出力大于等于50％额定功率时，火电机组协调控制侧参与频率调节；频率调节下垂特性通过设定频率与有功功率折线函数实现，表达式为：式中，fd为一次调频死区；fN为系统额定频率；PN为额定功率；δ％为火电机组一次调频调差率；P0为有功功率初值，P为机组有功指令。6.根据权利要求1所述的一种火电机组一次调频控制器，其特征在于，数字电液控制侧实现是通过模糊控制器输出汽轮机调门调节量信号叠加到火电机组数字电液控制上。7.根据权利要求1所述的一种火电机组一次调频控制器，其特征在于，模糊控制器的控制过程包括：(1)输入输出变量模糊化：将Δf及dΔf/dΔt划分成不同的模糊集；其中，Δf为频差，dΔf/dΔt...

【专利技术属性】
技术研发人员：程林，任冲，彭书涛，柯贤波，李小腾，金吉良，张青蕾，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61