一种水轮机调速器功率频率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种水轮机调速器功率频率控制方法，通过将频率偏差信号折算成目标功率信号与功率给定信号进行叠加，形成实际的目标给定功率，再与实际功率信号进行比较，得出控制偏差进行控制。为实现不同水头下调节控制性能均能取得较好的指标，提出了参考模型控制方法。根据目标控制功率和当前运行水头，由参考模型直接产生所需的控制输出，加快了控制响应速度。为取得较好的控制精度，目标功率与实际功率进行比较，将偏差信号引入校正控制器输出校正控制输出。利用校正环节输出进行参考模型校正，使参考模型具有自完善功能。旨在解决现有技术中存在的响应速度慢、调节精度不高、指标达标率低、控制参数适应性不强的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种水轮机调速器功率频率控制方法
本专利技术涉及水轮机调节系统控制
，尤其涉及一种水轮机调速器功率频率控制方法、系统及终端设备。
技术介绍
在现代电力系统中，随着电网容量的不断增大，各区域联网调度频繁，再加上新能源发电设备并网时对电网造成冲击，电力系统对水轮机调节系统的功能性和稳定性有了更高的要求，在更为严苛的电网条件下，水轮机调速器要根据电力系统负荷的变化及时调整输出功率以维持机组转速稳定，一次调频的动作性能要求日益变高。在国外，如欧洲UCTE和美国WECC针对本地的实际情况分别对不同的发电机组的一次调频功能制定了详尽的技术规范，并且只有通过现场试验的达标的机组才能发电。此外，当负荷大幅度变化时，一次调频后的静态频率指标可能存在较大的差值，为满足电网频率的二次调整需要和方便实现电力系统的电力调度，还需要方便地实现自动发电控制(AGC)。为满足水轮发电机组不同运行模式与工况的需要，水轮机调速器往往设有频率调节、开度调节与功率调节三种模式。在电厂实际运行中，大多采用频率调节模式和功率调节模式两种模式。频率调节模式一般用于单机带孤立负荷、空载自动运行的工况；功率调节模式则广泛地应用于机组并入大电网的运行模式。在目前国内调速器中，频率调节模式与功率调节模式往往共用一个控制器。空载时采用空载控制参数进行控制，实际频率与给定频率的偏差作用于控制器的输入，实现对机组频率的精确控制；并网运行时，实际功率与给定功率的偏差乘以永态转差系数bp(ep)再与超出一次调频死区后的频率偏差叠加，作用于PID控制器的输入；当电网频率在一次调频死区范围内时，通过功率给定指令实现水电机组的功率调整与分配；当电网频率超过一次调频死区范围内时，有频率偏差信号作用于PID控制器的输入，实现一次调频。此种调节模式难以保证一次调频与AGC的调节指标均满足电网两个细则的考核要求，存在一次调频参数与AGC控制参数不好整定的问题。此外，若电网频率是阶跃扰动时，存在响应时间过长、调速器速动性差、过调量大等问题。实际电网频率不可能是阶跃变化，在实测信号(电厂实际频率信号)下，水头较低或者出力较大时，大频差一次调频考核指标更是难以合格。现有调速器控制模式下，当水电站水头变化时，采用相同的PID参数的一次调频过程和AGC调节过程差异较大，若要取得良好的一次调频和AGC控制结果，则需要根据不同的工况调整PID控制参数，若要使AGC和一次调频具有良好的静态特性和动态特性，则又需要采用两组不同的PID控制参数。因此，如何提高水轮机调速器响应速度、调节精度和指标达标率，是一个亟需解决的技术问题。上述内容仅用于辅助理解本专利技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种水轮机调速器功率频率控制方法，旨在解决现有技术中存在的响应速度慢、调节精度不高、指标达标率低、控制参数适应性不强的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提出一种水轮机调速器功率频率控制方法，所述功率和频率控制方法包括如下步骤：获取目标控制功率：根据机组频率与给定频率值求取频率控制偏差信号，并将获得的频率控制偏差信号转换为功率控制增量；利用功率控制增量实现调频限幅的目标功率与给定功率相加得到实际目标控制功率；构建参考控制模型：构建水轮发电机组输出功率与工作水头、导叶接力器行程的关系曲线，建立参考控制模型；导叶接力行程计算与校正：根据获得的当前工作水头和目标控制功率，基于建立的参考控制模型计算得到导叶接力器行程，对计算得到的导叶接力器行程进行变化速度限制校正和非线性校正；获取功率控制偏差信号：获取水轮发电机组的有功功率，根据得到的目标控制功率求得功率差值，并根据该功率差值生成功率控制偏差信号；功率控制偏差信号校正：将功率控制偏差信号送入PI控制器进行偏差校正，得到偏差校正输出，根据偏差校正输出与参考控制模型的校正输出得到接力器行程的控制目标值；接力器运行速度限制并输出：对控制目标值进行输出反馈限幅，并对输出反馈限幅结构进行积分输出。优选的，获取目标控制功率包括如下子步骤：S101：测量获取机组频率值f，调整给定频率值为cf；由获取的机组频率值f和给定频率值cf求得频率差值ef，其中：ef＝cf-f；S102：根据计算的频率差值ef计算生成频率控制偏差信号ef1，其中：e0为一次调频的死区值；S103：将频率控制偏差信号转换为功率控制增量Pf实现一次调频限幅得到Pf1，其中：Pf＝ef1/ep，ep为一次调频差值系数；Pfm为一次调频最大功率限制值；S104：获取功率给定值P0，将给定功率P0与一次调频的目标功率Pf1相加得到实际的目标控制功率CP＝P0+Pf1。优选的，构建参考控制模型包括如下子步骤：S201：测量获取当前工作水头H；S202：由水轮发电机组的运行特性与记录得到水轮发电机组的出力与水头和导叶接力器行程的关系：P＝f(y,H)；根据该关系建立参考控制模型：y＝g(H，P)，即建立水轮发电机组输出功率与工作水头、导叶接力器行程的关系曲线，作为参考控制模型。优选的，导叶接力器行程计算与校正包括如下子步骤：S301：根据当前运行水头H和所需要的目标控制功率CP，直接由构建的参考控制模型得到当前应对应的导叶接力行程yc0，其中：yc0＝g(H，CP)；S302：利用速度限制模型对得到的导叶接力器行程yc0的变化速度进行变化速度限制校正，得到yc1；S303：利用非线性校正系数模型对参考模型的变化速度限制校正输出yc1进行非线性校正，得到yc2，所述非线性校正系数ky为实际目标功率与工作水头的非线性函数；其中：ky＝f1(H，CP)；yc2＝ky*yc1，在初始状态下，ky＝1。优选的，获取功率控制偏差信号包括如下子步骤：S401：测量获取得到水轮发电机组的有功功率P，进而由目标控制功率CP和有功功率P求得功率差值pe，其中：pe＝CP-P；S402：计算获得功率控制偏差信号pe1，其中：pe0为功率调节的死区值。优选的，功率控制偏差信号校正包括如下子步骤：S501：将将功率控制偏差信号送入PI控制器进行偏差校正，包括：通过调整比例控制系数，获取的比例控制信号Pp；通过调整积分控制系数，获取的积分控制信号Pi；对比例控制和积分控制进行综合得到校正输出ym；S502：将校正输出ym与参考控制模型的校正输出yc2综合得到接力器行程的控制目标值yc3；其中，yc3＝yc2+ym。优选的，接力器运行速度限制并输出包括如下子步骤：S601：将输出的控制目标值yc3与yc4进行比较，得到差值ey＝yc3-yc4；S602：对得到的差值ey进行限幅得到限幅输出ey1，其中：S603：对ey1进行积分得到输出yc4，并输出接力器控制信号输出yc4。优选的，调速器功率和频率控制方法还包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水轮机调速器功率频率控制方法，其特征在于，所述功率和频率控制方法包括如下步骤：/n获取目标控制功率：根据机组频率与给定频率值求取频率控制偏差信号，并将获得的频率控制偏差信号转换为功率控制增量；利用功率控制增量实现调频限幅的目标功率与给定功率相加得到实际目标控制功率；/n构建参考控制模型：构建水轮发电机组输出功率与工作水头、导叶接力器行程的关系曲线，建立参考控制模型；/n导叶接力器行程计算与校正：根据获得的当前工作水头和目标控制功率，基于建立的参考控制模型计算得到导叶接力器行程，对计算得到的导叶接力器行程进行变化速度限制校正和非线性校正；/n获取功率控制偏差信号：获取水轮发电机组的有功功率，根据得到的目标控制功率求得功率差值，并根据该功率差值生成功率控制偏差信号；/n功率控制偏差信号校正：将功率控制偏差信号送入PI控制器进行偏差校正，得到偏差校正输出，根据偏差校正输出与参考控制模型的校正输出得到接力器行程的控制目标值；/n接力器运行速度限制并输出：对控制目标值进行输出反馈限幅，并对输出反馈限幅结构进行积分输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种水轮机调速器功率频率控制方法，其特征在于，所述功率和频率控制方法包括如下步骤：
获取目标控制功率：根据机组频率与给定频率值求取频率控制偏差信号，并将获得的频率控制偏差信号转换为功率控制增量；利用功率控制增量实现调频限幅的目标功率与给定功率相加得到实际目标控制功率；
构建参考控制模型：构建水轮发电机组输出功率与工作水头、导叶接力器行程的关系曲线，建立参考控制模型；
导叶接力器行程计算与校正：根据获得的当前工作水头和目标控制功率，基于建立的参考控制模型计算得到导叶接力器行程，对计算得到的导叶接力器行程进行变化速度限制校正和非线性校正；
获取功率控制偏差信号：获取水轮发电机组的有功功率，根据得到的目标控制功率求得功率差值，并根据该功率差值生成功率控制偏差信号；
功率控制偏差信号校正：将功率控制偏差信号送入PI控制器进行偏差校正，得到偏差校正输出，根据偏差校正输出与参考控制模型的校正输出得到接力器行程的控制目标值；
接力器运行速度限制并输出：对控制目标值进行输出反馈限幅，并对输出反馈限幅结构进行积分输出。


2.如权利要求1所述的一种水轮机调速器功率频率控制方法，其特征在于，所述获取目标控制功率包括如下子步骤：
S101：测量获取机组频率值f，调整给定频率值为cf；由获取的机组频率值f和给定频率值cf求得频率差值ef，其中：ef＝cf-f；
S102：根据计算的频率差值ef计算生成频率控制偏差信号ef1，其中：

e0为一次调频的死区值；
S103：将频率控制偏差信号转换为功率控制增量Pf实现一次调频限幅得到Pf1，其中：
Pf＝ef1/ep，ep为一次调频差值系数；

Pfm为一次调频最大功率限制值；
S104：获取功率给定值P0，将给定功率P0与一次调频的目标功率Pf1相加得到实际的目标控制功率CP＝P0+Pf1。


3.如权利要求2所述的一种水轮机调速器功率频率控制方法，其特征在于，所述构建参考控制模型包括如下子步骤：
S201：测量获取当前工作水头H；
S202：由水轮发电机组的运行特性与记录得到水轮发电机组的出力与水头和导叶接力器行程的关系：P＝f(y,H)；根据该关系建立参考控制模型：y＝g(H，P)，即建立水轮发电机组输出功率与工作水头、导叶接力器行程的关系曲线，作为参考控制模型。


4.如权利要求3所述的一种水轮机调速器功率频率控制方法，其特征在于，所述导叶接力器行程计算与校正包括如下子步骤：
S301：根据当前运行水头H和所需要的目标控制功率CP...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁占涛，程远楚，赵文利，张雨晗，
申请(专利权)人：国家能源集团新疆开都河流域水电开发有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65