火电机组一次调频方法和系统与流程

1.本技术实施例涉及电网监测技术领域，具体涉及火电机组一次调频方法和系统。


背景技术：

2.随着新能源并网、负荷增长和电网规模的不断扩大，在特高压电网和大区电网互联的新形式下，各级电网联系日益精密，电网和机组之间的协调配合的要求也越来越高，厂网协调功能中的一次调频成为稳定电网的有效手段之一。火电机组一次调频控制结构如图1所示，在常规采用的协调控制方式下一次调频控制方式为deh(digital electric hydraulic control system，汽轮机数字电液调节系统)+dcs(distributed control system，分散控制系统)，即deh内额定转速(频率)与汽轮机转速(电网频率)差通过一定函数计算后直接动作汽轮机调门，dcs进行调节补偿，保证机组负荷满足电网要求。
3.目前火电机组一次调频调节过程中普遍存在的问题有以下两种：
4.问题一：发电功率超调过多，并伴随主汽压波动大、功率震荡、汽包水位大幅波动等现象，引发调节系统紊乱，严重者可造成电厂跳机。发电功率超调不仅会危及火电机组本身的安全，超调的功率对电网也是一种额外负担。造成发电功率超调的原因就在于dcs与deh的不匹配。
5.例如，某220mw火电机组在响应+17r转差的一次调频过程中理论响应功率为-22mw，收到转差信号后deh侧一次调频指令瞬间置为-10，汽轮机主控指令瞬间由70减至51，汽轮机调门指令由70减至41，机组实际最大响应功率为-45mw，动作过程中汽包水位波动较大，造成机组跳机。发电功率之所以超调过多，原因在于dcs侧作用与deh侧作用瞬间叠加，汽轮机调门指令瞬间变化量达到汽轮机调门指令全量程的29％。
6.问题二：发电功率补偿不够。机组发电功率补偿不够会增加电网频率调节的难度，电厂也会因为一次调频不满足要求而被考核。
7.针对以上现有技术中存在的问题，如何在机组一次调频时协调好dcs和deh是亟待解决的问题。


技术实现要素：

8.为此，本技术实施例提供火电机组一次调频方法和系统，针对火电机组一次调频中，响应不同情况对dcs由于deh做出相应调整，使dcs与deh灵活配合，不仅保证机组参与一次调频时的安全性，还能使机组一次调频响应满足要求，提高了火电机组对电网频率支撑的有效性，同时降低电网频率的波动。
9.为了实现上述目的，本技术实施例提供如下技术方案：
10.根据本技术实施例的第一方面，提供了火电机组一次调频方法，所述方法包括：
11.根据火电机组一次调频的历史响应数据划分工况段；所述工况段包括第一工况、第二工况和第三工况；
12.若划分为第一工况，则在分散控制系统dcs侧将经过延时的一次调频指令叠加调
频前负荷指令，生成调频后负荷指令，再进行一次调频；
13.若划分为第三工况，则在dcs侧的汽轮机主控指令和汽轮机数字电液调节系统deh侧的一次调频指令经系数放大后叠加，生成汽轮机阀门调节指令，再进行一次调频。
14.可选地，所述历史响应数据包括机组一次调频实际最大响应功率和理论响应功率。
15.可选地，所述根据火电机组一次调频的历史响应数据划分工况段，包括：
16.若机组一次调频实际最大响应功率大于理论响应功率的130％，则判定功率超调过多，划分为第一工况；
17.若机组一次调频实际最大响应功率为理论响应功率的90％～130％，则判定为正常调节，划分为第二工况；
18.若机组一次调频实际最大响应功率小于理论响应功率的90％，则判定为功率补偿不足，划分为第三工况。
19.可选地，所述方法还包括：
20.若划分为第二工况，则不做任何调整。
21.可选地，在分散控制系统dcs侧将经过延时的一次调频指令叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，包括：
22.当电网频率偏离基准值后，在dcs侧经过转速不等率函数得到一次调频指令，再经过延时后叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，其中延时的时间是根据机组一次调频响应时间和机组实际负荷变化速度确定。
23.可选地，所述方法还包括：
24.当电网频率偏离基准值后，在deh侧瞬间生成一次调频指令，再叠加到汽轮机调门指令上，机组实际负荷开始变化，以使得dcs侧pid控制器的输入偏差变小。
25.可选地，在dcs侧的汽轮机主控指令和汽轮机数字电液调节系统deh侧的一次调频指令经系数放大后叠加，生成汽轮机阀门调节指令，包括：
26.在dcs侧的汽轮机主控指令与系数k1相乘，与在deh侧的一次调频指令与系数k2相乘的结果叠加，生成汽轮机阀门调节指令；其中系数k1和k2是经过一次调频的历史响应数据确定。
27.根据本技术实施例的第二方面，提供了火电机组一次调频系统，所述系统包括：
28.工况划分模块，用于根据火电机组一次调频的历史响应数据划分工况段；所述工况段包括第一工况、第二工况和第三工况；
29.第一工况调整模块，用于若划分为第一工况，则在分散控制系统dcs侧将经过延时的一次调频指令叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，再进行一次调频；
30.第三工况调整模块，用于若划分为第三工况，则在dcs侧的汽轮机主控指令和汽轮机数字电液调节系统deh侧的一次调频指令经系数放大后叠加，生成汽轮机阀门调节指令，再进行一次调频。
31.可选地，所述历史响应数据包括机组一次调频实际最大响应功率和理论响应功率。
32.可选地，所述工况划分模块，具体用于：
33.若机组一次调频实际最大响应功率大于理论响应功率的130％，则判定功率超调
过多，划分为第一工况；
34.若机组一次调频实际最大响应功率为理论响应功率的90％～130％，则判定为正常调节，划分为第二工况；
35.若机组一次调频实际最大响应功率小于理论响应功率的90％，则判定为功率补偿不足，划分为第三工况。
36.可选地，所述系统还包括：
37.第二工况模块，用于若划分为第二工况，则不做任何调整。
38.可选地，所述第一工况调整模块，具体用于：
39.当电网频率偏离基准值后，在dcs侧经过转速不等率函数得到一次调频指令，再经过延时后叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，其中延时的时间是根据机组一次调频响应时间和机组实际负荷变化速度确定。
40.可选地，所述第一工况调整模块，还用于：
41.当电网频率偏离基准值后，在deh侧瞬间生成一次调频指令，再叠加到汽轮机调门指令上，机组实际负荷开始变化，以使得dcs侧pid控制器的输入偏差变小。
42.可选地，所述第三工况调整模块，具体用于：
43.在dcs侧的汽轮机主控指令与系数k1相乘，与在deh侧的一次调频指令与系数k2相乘的结果叠加，生成汽轮机阀门调节指令；其中系数k1和k2是经过一次调频的历史响应数据确定。
44.根据本技术实施例的第三方面，提供了一种设备，所述设备包括：数据采集装置、处理器和存储器；所述数据采集装置用于采集数据；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于执行一个或多个程序指令，用以执行第一方面任一项所述的方法。
45.根据本技术实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行如第一方面任一项所述的方法。
46.综上所述，本技术实施例提供了火电机组一次调频方法和系统，通过根据火电机组一次调频的历史响应数据划分工况段；若划分为第一工况，则在分散控制系统dcs侧将经过延时的一次调频指令叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，再进行一次调频；若划分为第三工况，则在dcs侧的汽轮机主控指令和汽轮机数字电液调节系统deh侧的一次调频指令经系数放大后叠加，生成汽轮机阀门调节指令，再进行一次调频。针对火电机组一次调频中，响应不同情况对dcs由于deh做出相应调整，使dcs与deh灵活配合，不仅保证机组参与一次调频时的安全性，还能使机组一次调频响应满足要求，提高了火电机组对电网频率支撑的有效性，同时降低电网频率的波动。
附图说明
47.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
48.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供
熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
49.图1为本技术实施例提供的火电机组一次调频结构原理图；
50.图2为本技术实施例提供的火电机组一次调频方法流程示意图；
51.图3为本技术实施例提供的火电机组一次调频方法实施例流程图；
52.图4为本技术实施例提供的第一工况实施例流程图；
53.图5为本技术实施例提供的第三工况实施例流程图；
54.图6为本技术实施例提供的火电机组一次调频系统框图。
具体实施方式
55.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.图2示出了本技术实施例提供的火电机组一次调频方法流程，所述方法包括：
57.步骤201：根据火电机组一次调频的历史响应数据划分工况段；所述工况段包括第一工况、第二工况和第三工况；
58.步骤202：若划分为第一工况，则在分散控制系统dcs侧将经过延时的一次调频指令叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，再进行一次调频；
59.步骤203：若划分为第三工况，则在dcs侧的汽轮机主控指令和汽轮机数字电液调节系统deh侧的一次调频指令经系数放大后叠加，生成汽轮机阀门调节指令，再进行一次调频。
60.在一种可能的实施方式中，所述历史响应数据包括机组一次调频实际最大响应功率和理论响应功率。
61.在一种可能的实施方式中，所述根据火电机组一次调频的历史响应数据划分工况段，包括：
62.若机组一次调频实际最大响应功率大于理论响应功率的130％，则判定功率超调过多，划分为第一工况；
63.若机组一次调频实际最大响应功率为理论响应功率的90％～130％，则判定为正常调节，划分为第二工况；
64.若机组一次调频实际最大响应功率小于理论响应功率的90％，则判定为功率补偿不足，划分为第三工况。
65.在一种可能的实施方式中，所述方法还包括：若划分为第二工况，则不做任何调整。
66.在一种可能的实施方式中，在步骤202中，在分散控制系统dcs侧将经过延时的一次调频指令叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，包括：
67.当电网频率偏离基准值后，在dcs侧经过转速不等率函数得到一次调频指令，再经过延时后叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，其中延时的时间是根据机组一次调
频响应时间和机组实际负荷变化速度确定。
68.在一种可能的实施方式中，在步骤202中，所述方法还包括：当电网频率偏离基准值后，在deh侧瞬间生成一次调频指令，再叠加到汽轮机调门指令上，机组实际负荷开始变化，以使得dcs侧pid控制器的输入偏差变小。
69.在一种可能的实施方式中，在步骤203中，在dcs侧的汽轮机主控指令和汽轮机数字电液调节系统deh侧的一次调频指令经系数放大后叠加，生成汽轮机阀门调节指令，包括：
70.在dcs侧的汽轮机主控指令与系数k1相乘，与在deh侧的一次调频指令与系数k2相乘的结果叠加，生成汽轮机阀门调节指令；其中系数k1和k2是经过一次调频的历史响应数据确定。
71.本技术实施例针对火电机组一次调频响应不同情况，对dcs由于deh做出相应调整，使dcs与deh灵活配合，不仅保证机组参与一次调频时的安全性，还能使机组一次调频响应满足要求，提高火电机组对电网频率支撑的有效性，降低电网频率的波动。
72.图3示出了火电机组dcs与deh灵活配合的一次调频方法实施例示意图，如图3所示，包括以下步骤：
73.(1)根据火电机组一次调频历史响应数据，将火电机组一次调频分成三种工况：
74.工况一：功率超调过多工况。机组一次调频实际最大响应功率大于理论响应功率的130％，即认为功率超调过多。
75.工况二：正常调节工况。机组一次调频实际最大响应功率为理论响应功率的90％～130％，即视为正常调节。
76.工况三：功率补偿不够工况。机组一次调频实际最大响应功率小于理论响应功率的90％，即认为功率补偿不够。
77.例如：根据机组一次调频历史响应数据，机组在75％额定负荷附近常出现功率超调过多工况，把75％
±
5％额定负荷标记为工况一段；机组在60％额定负荷附近常出现功率补偿不够现象，把60％
±
5％额定负荷标记为工况三段；除工况一段和工况三段外的所有负荷点都标记为工况二段。
78.(2)如火电机组发生一次调频前的负荷处于工况一段，则采用如图4所示的控制方案，当电网频率偏离基准值(50hz)后，dcs侧经过转速不等率函数给出一次调频指令，一次调频指令经过延时再叠加调频前负荷指令、生成调频后负荷指令，延时时间根据机组一次调频响应时间和机组实际负荷变化速度确定，一般取1～2s。
79.按照火电机组常规的一次调频控制方案，当电网频率偏离基准值(50hz)后，机组一次调频动作，调频后负荷指令瞬间变化，调频后负荷指令与实际负荷瞬间产生偏差，汽轮机主控指令在dcs侧pid控制器比例作用的作用下瞬间变化，dcs侧的作用叠加deh侧的作用使汽轮机调门指令瞬间过调，所以造成机组功率超调过多。
80.按照本技术实施例提供的控制方案，当电网频率偏离基准值(50hz)后，deh侧瞬间给出一次调频指令叠加到汽轮机调门指令上，机组实际负荷开始变化。在dcs侧，由于一次调频指令经过延时再叠加调频前负荷指令生成调频后负荷指令，调频后负荷指令与实际负荷之间延时后才会产生偏差。因为机组实际负荷已提前变化，所以dcs侧pid控制器的输入偏差会变小，那么汽轮机主控指令的瞬间变化量也会变小，可以避免汽轮机调门指令瞬间
过调，进而避免机组功率超调过多。本技术实施例在火电机组发生一次调频前的负荷处于工况一段时，相当于适时减弱dcs侧的作用，使dcs与deh灵活配合，即安全又可靠。
81.(3)如火电机组发生一次调频前的负荷处于工况二段，不做任何调整。
82.(4)如火电机组发生一次调频前的负荷处于工况三段，则采用如图5所示的控制方案。汽轮机主控指令与调频指令经系数放大后再叠加，汽轮机主控指令乘系数k1，调频指令乘系数k2，k1和k2经过一次调频历史响应数据分析后确定，机组实际补偿功率与理论补偿功率相差越多，系数越大，k1一般取1.1～1.2，k2一般取1.1～1.3。
83.综上所述，本技术实施例提供了火电机组一次调频方法，通过根据火电机组一次调频的历史响应数据划分工况段；若划分为第一工况，则在分散控制系统dcs侧将经过延时的一次调频指令叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，再进行一次调频；若划分为第三工况，则在dcs侧的汽轮机主控指令和汽轮机数字电液调节系统deh侧的一次调频指令经系数放大后叠加，生成汽轮机阀门调节指令，再进行一次调频。针对火电机组一次调频中，响应不同情况对dcs由于deh做出相应调整，使dcs与deh灵活配合，不仅保证机组参与一次调频时的安全性，还能使机组一次调频响应满足要求，提高了火电机组对电网频率支撑的有效性，同时降低电网频率的波动。
84.基于相同的技术构思，本技术实施例还提供了火电机组一次调频系统，如图6所示，所述系统包括：
85.工况划分模块601，用于根据火电机组一次调频的历史响应数据划分工况段；所述工况段包括第一工况、第二工况和第三工况；
86.第一工况调整模块602，用于若划分为第一工况，则在分散控制系统dcs侧将经过延时的一次调频指令叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，再进行一次调频；
87.第三工况调整模块603，用于若划分为第三工况，则在dcs侧的汽轮机主控指令和汽轮机数字电液调节系统deh侧的一次调频指令经系数放大后叠加，生成汽轮机阀门调节指令，再进行一次调频。
88.在一种可能的实施方式中，所述历史响应数据包括机组一次调频实际最大响应功率和理论响应功率。
89.在一种可能的实施方式中，所述工况划分模块601，具体用于：
90.若机组一次调频实际最大响应功率大于理论响应功率的130％，则判定功率超调过多，划分为第一工况；
91.若机组一次调频实际最大响应功率为理论响应功率的90％～130％，则判定为正常调节，划分为第二工况；
92.若机组一次调频实际最大响应功率小于理论响应功率的90％，则判定为功率补偿不足，划分为第三工况。
93.在一种可能的实施方式中，所述系统还包括：
94.第二工况模块，用于若划分为第二工况，则不做任何调整。
95.在一种可能的实施方式中，所述第一工况调整模块602，具体用于：当电网频率偏离基准值后，在dcs侧经过转速不等率函数得到一次调频指令，再经过延时后叠加调频前负荷指令，生成调频后负荷指令，其中延时的时间是根据机组一次调频响应时间和机组实际负荷变化速度确定。
96.在一种可能的实施方式中，所述第一工况调整模块602，还用于：当电网频率偏离基准值后，在deh侧瞬间生成一次调频指令，再叠加到汽轮机调门指令上，机组实际负荷开始变化，以使得dcs侧pid控制器的输入偏差变小。
97.在一种可能的实施方式中，所述第三工况调整模块603，具体用于：在dcs侧的汽轮机主控指令与系数k1相乘，与在deh侧的一次调频指令与系数k2相乘的结果叠加，生成汽轮机阀门调节指令；其中系数k1和k2是经过一次调频的历史响应数据确定。
98.基于相同的技术构思，本技术实施例还提供了一种设备，所述设备包括：数据采集装置、处理器和存储器；所述数据采集装置用于采集数据；所述存储器用于存储一个或多个程序指令；所述处理器，用于执行一个或多个程序指令，用以执行所述的方法。
99.基于相同的技术构思，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于执行所述的方法。
100.本说明书中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
101.需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
102.虽然本技术提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。
103.上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本技术时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
104.本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程
逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
105.本技术可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本技术，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
106.通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
107.本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本技术可用于众多通用或专用的计算机系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的电子设备、网络pc、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
108.以上所述的具体实施例，对本技术的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本技术的具体实施例而已，并不用于限定本技术的保护范围，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。