基于数据分析的电网一次调频能力实时监控系统及方法
【专利摘要】本发明公开了基于数据分析的电网一次调频能力实时监控系统及方法，包括信号采集器模块，将采集到的机组的实时负荷值分别送至第一函数设定模块、比较器模块及第二函数设定模块；第一函数设定模块的输出接入第一选择器模块的第一输入端，第二函数设定模块的输出接入第二选择器模块的第一输入端，比较器模块的输出分别接入第一选择器模块和第二选择器模块的置位端；将所有并网调频机组的第一选择器模块输出的实时一次调频上限值求和；将所有并网调频机组的第二选择器模块输出的实时一次调频下限值求和；本发明通过扰动试验实现了对机组各个负荷区间内的一次调频能力的归纳分析，能够有效监控到各台并网调频机组的一次调频状况，实现有效的监督管理。
【专利说明】
基于数据分析的电网一次调频能力实时监控系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及火电机组调频领域，具体涉及基于数据分析的电网一次调频能力实时 监控系统及方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统频率是整个系统安全运行的一个非常重要的参数，是监测电能质量和安 全情况的一个重要指标，无论系统频率过高或者过低均会对整个系统的发电机组、设备等 带来严重的危害。发电机组参与电力系统的频率一次调节是属于辅助服务的，直接影响到 系统频率的质量，对系统的稳定运行起到重要作用。当系统中产生不平衡功率时，系统的频 率就会发生变化，频率超出系统所允许的正常范围，那么系统中的所有在线发电机组的调 速系统就会自动的调节发电机组的输出电磁功率，使频率偏差限制在系统允许的正常范 围，从而达到系统新的平衡状态。一次调频是在系统频率发生波动的时候，自动的调节发电 机组的输出功率进行频率调节，快速的调节频率回到系统允许的正常范围，是短时间的频 率大幅度波动的有效和可靠调节手段之一。
[0003] 发电机组一次调频功能是汽轮发电机组固有的功能，主要是利用锅炉蓄热，在电 网出现异常的情况下，快速响应电网的要求，稳定电网频率，以弥补电网负荷差距，维持电 网的安全。一次调节对系统频率变化的响应快，根据IEEE的统计，电力系统综合的一次调节 特性时间常数一般在10秒左右，由于燃烧系统中的化学能量没有发生变化，随着蓄热量的 减少，发电机的功率又会回到原来的水平。一次调频能力的大小和发电机组的调速系统以 及发电机组的控制方式有非常重要的关系。目前，火电机组的数字电液调节系统(DH1)得到 了普遍的使用，从而使得发电机组的一次调频功能不再是调速系统所固有的调节特性，而 可以通过人为来进行逻辑更改和投切的操作。随着电力市场的不断深入改革，厂网分离之 后，发电机组的考核及管理的难度越来越来。部分的发电厂只注重发电机组的稳定性运行， 不愿意参与到一次调频中去，担心开启一次调频功能会造成调速系统和热力系统的频繁波 动，因此由于发电厂长时间的切除机组参与频率一次调节的功能，从而导致了整个电力系 统的一次调频能力始终处于一个非常低的水平，而且会造成低频减载装置的不正确动作， 危害电力系统的安全稳定运行，甚至导致系统遭受扰动后的频率迅速崩溃。准确和实时的 评估电力系统中发电机组的一次调频能力，才能更好的增加整个系统的安全稳定运行质 量。
[0004] 目前，由于对并网机组的一次调频能力无法实现有效的预测和监控，因此，当电网 发生大幅度的负荷波动，如外送直流闭锁等造成大额功率损失，电网调度部门只能根据功 率缺口迅速切掉相应的线路负荷，此方法容易造成重要负荷断电，大面积居民停电等次生 事故，导致较大的社会影响，不仅对正常的生产运行不利，同时不利于电网的安全稳定。同 时，随着能源互联网的发展，对于外电比重逐渐提高的东南发达地区，参与调频的机组相对 减少，将对网内机组一次调频能力提出了更高的要求。
【发明内容】
[0005] 为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于数据分析的电网一次调频能力实 时监控系统及方法，本发明通过电网调度对单台机组一次调频能力的分析判断，能够全面 掌握在运机组的总体调频能力，有针对性的进行相应幅度的线路切除。
[0006] 为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
[0007] 基于数据分析的电网一次调频能力实时监控系统，包括：
[0008] 信号采集器模块，将采集到的机组的实时负荷值分别送至第一函数设定模块、比 较器模块及第二函数设定模块；
[0009] 第一函数设定模块的输出接入第一选择器模块的第一输入端，第二函数设定模块 的输出接入第二选择器模块的第一输入端，比较器模块的输出分别接入第一选择器模块和 第二选择器模块的置位端；
[0010] 第一加法器模块，用于将所有并网调频机组的第一选择器模块输出的实时一次调 频上限值求和，得到电网实时一次调频上限值；
[0011] 第二加法器模块，用于将所有并网调频机组的第二选择器模块输出的实时一次调 频下限值求和，得到电网实时一次调频下限值。
[0012] 进一步的，所述比较器模块输入信号分别为:机组实时负荷值和设定百分比的机 组额定功率，即认为机组实时负荷大于设定百分比的机组额定功率时，为机组运行状态。
[0013] 进一步的，第一选择器模块及第二选择器模块的第二输入端均置零。
[0014] 进一步的，第一函数设定模块用于生成根据扰动试验统计出的机组在不同负荷区 间内的一次调频上限值函数，即机组一次调频最大增加能力。
[0015] 进一步的，第二函数设定模块用于生成根据扰动试验统计出的机组在不同负荷区 间内的一次调频下限值函数，即机组一次调频最大减少能力。
[0016] 基于数据分析的电网一次调频能力实时监控方法，包括以下步骤：
[0017]利用信号采集器模块将采集到的机组的实时负荷值分别送至第一函数设定模块、 比较器模块及第二函数设定模块；
[0018] 第一函数设定模块的输出接入第一选择器模块的第一输入端，第二函数设定模块 的输出接入第二选择器模块的第一输入端，比较器模块的输出分别接入第一选择器模块和 第二选择器模块的置位端；
[0019] 将所有并网调频机组的第一选择器模块输出的实时一次调频上限值送至第一加 法器模块求和得到电网实时一次调频上限值；
[0020] 用于将所有并网调频机组的第二选择器模块输出的实时一次调频下限值送至第 二加法器模块求和得到电网实时一次调频下限值，通过电网实时一次调频上限值及电网实 时一次调频下限值即可得到当前电网整体一次调频空间。
[0021] 进一步的，所述第一函数设定模块及第二函数设定模块中一次调频上下限值获取 方式为:按照机组装机装机容量，将50 % -100 %额定功率平均划分为5个负荷区间，根据国 家电网《火力发电机组一次调频试验导则》分别进行扰动试验，分别统计出其各自在不同负 荷区间内的一次调频上下限值即一次调频空间值。
[0022] 进一步的，若机组未运行，则将该机组所有负荷区间对应的一次调频空间值置为 "0，，。
[0023] 本发明通过对并网机组不同工况下调频能力的归纳分析，实现对并网机组整体一 次调频能力的监控，既能实现电网调度对单台机组一次调频能力的分析判断，又能全面掌 握在运机组的总体调频能力，有针对性的进行相应幅度的线路切除，为保证电网的安全稳 定运行提供保障。
[0024]本发明的有益效果：
[0025] (1)本发明通过扰动试验实现了对机组各个负荷区间内的一次调频能力的归纳分 析，能够有效监控到各台并网调频机组的一次调频状况，实现有效的监督管理；
[0026] (2)本发明通过电网调度对单台机组一次调频能力的分析判断，能够全面掌握在 运机组的总体调频能力，有针对性的进行相应幅度的线路切除，为保证电网的安全稳定运 行提供保障，进而确保广大用户的电气设备及电力设备的安全、有效运行。
【附图说明】
[0027]图1为电网一次调频空间分析处理示意图；
[0028]图2为电网实时一次调频空间曲线。
【具体实施方式】：
[0029] 下面结合附图对本发明进行详细说明：
[0030] 如图1所示，一种基于数据分析的电网一次调频能力实时监控系统，包括：
[0031] 所述信号采集器模块S将采集到的机组PLC1的实时负荷值分别送至函数设定模块 F1H(x)、比较器模块CMP、函数设定模块F1L(x)，通过函数设定模块F1H( X)、F1L(x)分别求出此 时机组的实时一次调频上下限值；
[0032]机组实时负荷值在比较器模块CMP中与30 %Pe (额定功率的30 % )相比较，若机组 处于"运行"状态，则实时负荷必然大于30%Pe，此时比较器模块CMP输出开关量信号"1"，此 信号分别接入选择器模块AXSEL1和AXSEL2的置位端S，将其各自的输出分别切换至Z1端，即 将机组的实时一次调频上限值和下限值ΛΡπ^Ρ下限值AP 1L;若机组处于"停机"状态，则实 时负荷必然小于30%Pe，此时比较器模块CMP输出开关量信号"0"，此信号分别接入选择器 模块AXSEL1和AXSEL2的置位端S，将其各自的输出分别切换至Z2端，即将机组的实时一次调 频上限值和下限值均置为常数0。
[0033]如上述所示，将所有并网调频机组的实时一次调频上限值送至加法器模块Σ1中 求和，将所有并网调频机组的实时一次调频下限值送至加法器模块Σ2中求和，则可得出此 时电网的实时一次调频空间。
[0034] 按照Q/GDW 669-2011《火力发电机组一次调频试验导则》技术标准中的要求，机组 参与一次调频的调频负荷变化幅度上限可以加以限制，但限制幅度不应过小，规定如下：
[0035] (1) 2 50MW>Po的火电机组，限制幅度彡10 % Po;
[0036] (2)350MW彡Po彡250MW的火电机组，限制幅度彡8%P〇;
[0037] (3)500MW彡Po>350MW的火电机组，限制幅度彡7%Po;
[0038] (4)Po>500MW的火电机组，限制幅度彡6%Po。
[0039] -种基于数据分析的电网一次调频能力实时监控方法，具体包括以下步骤：
[0040] (1)并网调频机组在各个负荷区间内一次调频能力的归纳统计；
[0041] (2)对电网并网调频机组的运行状态进行分析判断:若机组运行，则分析其目前负 荷所处的负荷区间段，并将其当前所处负荷区间对应的一次调频空间值给出；若机组未运 行，则将该机组所有负荷区间对应的一次调频空间值置为"〇" ；
[0042] (3)电网整体实时一次调频空间统计:将区域电网内当前时刻所有并网调频机组 给出的一次调频空间值相加求和，则得出当前电网整体一次调频空间。
[0043]所述步骤(1)中，对区域电网内并网调频的机组，按照机组装机装机容量，将50%-100%Pe(额定功率)平均划分为5个负荷区间，根据国家电网《火力发电机组一次调频试验 导则》分别进行扰动试验，分别统计出其各自在不同负荷区间内的一次调频上下限值(即一 次调频空间值）。
[0044]以华北区域内某300MW火电机组为例，其一次调频的理论上限值最小为8%*300MW = 24MW，下限值为-24MW。但由于实际运行中，由于低负荷段机组的稳定燃烧需求以及高负 荷段主汽压力不足等造成实际一次调频能力达不到理论上下限值，其实际一次调频上下限 值如下表所示
[0046] 按照标准，通过常规扰动试验求出每台机组的一次调频实际上下限值后，并根据 其运行状态，求出其累加和，则可得出电网的实时一次调频空间，如图2所示。图2中，线条1 是理论上限值;线条2是实际上限值;线条3是实时负荷值;线条4是实际下限值;线条5是理 论下限值。
[0047] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 基于数据分析的电网一次调频能力实时监控系统，其特征是，包括： 信号采集器模块，将采集到的机组的实时负荷值分别送至第一函数设定模块、比较器 模块及第二函数设定模块； 第一函数设定模块的输出接入第一选择器模块的第一输入端，第二函数设定模块的输 出接入第二选择器模块的第一输入端，比较器模块的输出分别接入第一选择器模块和第二 选择器模块的置位端； 第一加法器模块，用于将所有并网调频机组的第一选择器模块输出的实时一次调频上 限值求和，得到电网实时一次调频上限值； 第二加法器模块，用于将所有并网调频机组的第二选择器模块输出的实时一次调频下 限值求和，得到电网实时一次调频下限值。2. 如权利要求1所述的基于数据分析的电网一次调频能力实时监控系统，其特征是，所 述比较器模块输入信号分别为:机组实时负荷值和设定百分比的机组额定功率，即认为机 组实时负荷大于设定百分比的机组额定功率时，为机组运行状态。3. 如权利要求1所述的基于数据分析的电网一次调频能力实时监控系统，其特征是，第 一选择器模块及第二选择器模块的第二输入端均置零。4. 如权利要求1所述的基于数据分析的电网一次调频能力实时监控系统，其特征是，第 一函数设定模块用于生成根据扰动试验统计出的机组在不同负荷区间内的一次调频上限 值函数，即机组一次调频最大增加能力。5. 如权利要求4所述的基于数据分析的电网一次调频能力实时监控系统，其特征是，第 二函数设定模块用于生成根据扰动试验统计出的机组在不同负荷区间内的一次调频下限 值函数，即机组一次调频最大减少能力。6. 基于数据分析的电网一次调频能力实时监控方法，其特征是，包括以下步骤： 利用信号采集器模块将采集到的机组的实时负荷值分别送至第一函数设定模块、比较 器模块及第二函数设定模块； 第一函数设定模块的输出接入第一选择器模块的第一输入端，第二函数设定模块的输 出接入第二选择器模块的第一输入端，比较器模块的输出分别接入第一选择器模块和第二 选择器模块的置位端； 将所有并网调频机组的第一选择器模块输出的实时一次调频上限值送至第一加法器 模块求和得到电网实时一次调频上限值； 用于将所有并网调频机组的第二选择器模块输出的实时一次调频下限值送至第二加 法器模块求和得到电网实时一次调频下限值，通过电网实时一次调频上限值及电网实时一 次调频下限值即可得到当前电网整体一次调频空间。7. 如权利要求6所述的基于数据分析的电网一次调频能力实时监控方法，其特征是，所 述第一函数设定模块及第二函数设定模块中一次调频上下限值获取方式为:按照机组装机 装机容量，将50%_100%额定功率平均划分为5个负荷区间，根据国家电剛火力发电机组 一次调频试验导则》分别进行扰动试验，分别统计出其各自在不同负荷区间内的一次调频 上下限值即一次调频空间值。8. 如权利要求6所述的基于数据分析的电网一次调频能力实时监控方法，其特征是，若 机组未运行，则将该机组所有负荷区间对应的一次调频空间值置为"0"。
【文档编号】H02H7/26GK106026099SQ201610344043
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】李军, 廖大鹏, 李慧聪, 张辉, 汪挺, 马晓红, 王昭鑫
【申请人】国网山东省电力公司电力科学研究院, 国网山东省电力公司, 国家电网公司