基于PMU的电网周波变化率的一次调频校正方法及系统与流程

本公开涉及一次调频技术领域，特别是涉及基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正方法及系统。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提到了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术中存在以下技术问题：

近年来,火电机组和新能源发电的飞速发展,对发电调度的运行管理,特别是一次调频提出了更高的要求。例如,山东省电网调度管理条例细则实施办法中规定,每月机组只要有1次一次调频动作不合格,就将被考核200万kwh的电量，这就意味着几十万元的经济损失。因此电厂现在要求机组一次调频动作的合格率必须是100％。

电网对于机组一次调频动作考核和评价的依据:普遍基于同步相量测量装置(pmu)高速采集的动态测量数据，在广域测量系统(wams)中通过在线实时监测电网频率(周波)识别扰动的发生，并利用多判据区分大扰动和小扰动，然后采用不同的方法计算出机组一次调频的特性参数。因此，为了保证机组一次调频动作的合格率必须是100％，机组的一次调频校正系统对电网频率的大扰动和小扰动也应该有分别的校正策略。

目前火电机组一次调频校正系统对于电网频率(周波)扰动的发生无法预先识别是大扰动还是小扰动，因而无法采用分别的校正策略，而是只用一种策略应对。国家电网公司《q/gdw669-2011火力发电机组一次调频试验导则》5.3.1规定“机组参与一次调频响应的滞后时间应该小于3秒”。5.3.3规定“机组一次调频的负荷响应速度应满足：燃煤机组达到75％目标负荷的时间不大于15秒，达到90％目标负荷的时间不大于30秒”。这样机组如果将一次调频动作门槛按照《q/gdw669-2011》5.2规定“机组参与一次调频死区应该在±0.033hz或±2r/min范围内”设置，则在电网频率(周波)电网频率(周波)大扰动时，机组的一次调频响应有时就无法满足上述规定5.3.1和规定5.3.3，一次调频动作的合格率就无法达到100％。如果将一次调频动作门槛设置低于《q/gdw669-2011》规定5.2，例如：设置在±1.6r/min(即0.0267hz)，让机组的一次调频系统提前响应电网频率(周波)的扰动，减少因机组迟缓率等产生的一次调频延迟时间,满足《q/gdw669-2011》5.3.1，这种方法虽然提高了机组一次调频动作的合格率，但由于电网频率(周波)小扰动经常发生，机组每月因此增加的一次调频非法响应次数为正常响应次数的1～3倍，严重影响了机组的安全运行和使用寿命，并对电网造成大量的扰动，影响电网的安全运行。

中国发明专利(申请号：201310306502.2，专利名称：火力发电机组一次调频在线监测及性能考核方法)，该专利虽然提到了“判断机组一次调频有效扰动是否为频率大扰动”的方法，但是，该专利为判断一次调频效果的考核方法,与本公开为一次调频直接响应的控制方法,二者有着本质的不同。该专利判断一次调频是否为大扰动,使用的是”机组母线频率在3秒突变时间内频率突变值超过0.05hz,且持续时间超过1秒”的频率(位置变量)超过门槛的判断值仅发生一次就判断的方法。这种方法无法应用在对一次调频直接响应的控制方法中，因为它需要使用4秒钟时间才能判断一次调频是否为大扰动,已经超过了《q/gdw669-2011》5.3.1规定“机组参与一次调频响应的滞后时间应该小于3秒”。

总而言之，目前需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题是：如何精确的预先识别电网频率(周波)扰动是大扰动还是小扰动，机组的一次调频系统进而分别采取不同的响应策略。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本公开提供了基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正方法及系统；提供了预先准确识别电网频率(周波)扰动是大扰动还是小扰动的精确方法，提供了分别响应电网频率大、小扰动的机组一次调频自适应控制系统，该系统和方法可以确保机组一次调频动作的合格率达到100％，机组一次调频非法响应次数实现零，从而大大提高了电网和机组的安全运行。

第一方面，本公开提供了基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正方法。

基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正方法，包括：

电网同步向量测量装置pmu将收到的基于pmu电网同步频率向量转换成电网同步频率相量的变化率；

进行电网同步频率相量的变化率是否超过电网周波大扰动门槛判定；

进行电网同步频率相量是否超过电网周波大扰动门槛判定，

提前确定了电网频率是否发生了大扰动；

如果确认电网频率发生了大扰动，对大扰动进行响应。

第二方面，本公开还提供了基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正系统。

基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正系统，包括：

电网同步频率提取模块，其被配置为电网同步向量测量装置pmu将收到的基于pmu电网同步频率向量转换成电网同步频率相量的变化率；

第一判定模块，其被配置为进行电网同步频率相量的变化率是否超过电网周波大扰动门槛判定；

第二判定模块，其被配置为进行电网同步频率相量是否超过电网周波大扰动门槛判定，提前确定了电网频率是否发生了大扰动；

响应模块，其被配置为如果确认电网频率发生了大扰动，对大扰动进行响应。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

1提供了预先准确识别电网频率(周波)扰动是大扰动还是小扰动的精确方法，这样就为提供分别响应电网频率大、小扰动的一次调频校正系统成为可能。因为无论从理论上考虑(电网考核及评价系统对大小扰动是采用不同的计算方法)，还是从实际上考虑(为了尽量提前响应，从而减少因机组迟缓率等产生的一次调频延迟时间)，都必须对电网大小扰动采用不同的校正策略。

2在一次调频校正系统对大扰动的响应方式中，采用电网频率变化率超过特定门槛而发信号甲(大扰动第一判定条件)，和低于《q/gdw669-2011火力发电机组一次调频试验导则》5.2规定的门槛(即：2r/min或0.033hz)发信号乙(大扰动第二判定条件)，这两个信号同时存在(上述2个大扰动判定条件均成立)的情况下发一次调频信号，响应一次调频，既保证了一次调频校正系统提前动作，减少因机组迟缓率等产生的一次调频延迟时间,满足《q/gdw669-2011》5.3.1，又消除了误动的可能性，使机组一次调频非法响应次数实现零。

3在一次调频校正系统对大扰动的响应方式中，采用了“缩短机组出力动态稳定时间，增大补偿电量”控制方式，有效的减少了汽轮机调门的波动，减少了因机组迟缓率等产生的一次调频延迟时间,满足《q/gdw669-2011》5.3.1的“机组参与一次调频响应的滞后时间应该小于3秒”，更重要的是:因为一次调频考核及评价系统对大扰动补偿电量计算方法是基于与机组相对稳定的出力相关的调差系数,所以采用该控制方式可以缩短机组出力动态稳定时间,使得一次调频响应期间补偿的电量为尽可能大的数值,满足《q/gdw669-2011》5.3.3的“机组一次调频的负荷响应速度应满足：燃煤机组达到75％目标负荷的时间不大于15秒，达到90％目标负荷的时间不大于30秒”，从而确保了机组一次调频动作时补偿的电量完全满足电网一次调频考核及评价系统对大扰动计算方法的要求，使得机组一次调频系统动作考核率为100％。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为第一个实施例的简要流程图；

图2为第一个实施例的详细流程图；

图3为第一个实施例的图2的部分细节补充流程图；

图4为300mw机组一次调频死区函数实例，其中±pa为±0.033hz，±pb为±0.025～0.0316hz，图中0.2hz对应-24mw，-0.2hz对应24mw。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

第一方面，本实施例提供了基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正方法；

基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正方法，包括：

电网同步向量测量装置pmu将收到的基于pmu电网同步频率向量转换成电网同步频率相量的变化率；

进行电网同步频率相量的变化率是否超过电网周波大扰动门槛判定；

进行电网同步频率相量是否超过电网周波大扰动门槛判定，

提前确定了电网频率是否发生了大扰动；

如果确认电网频率发生了大扰动，对大扰动进行响应。

如图1所示，基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正方法，包括：

s1：从电网同步向量测量装置pmu中提取出带有时间标签的电网同步频率向量hzi-1和hzi；其中，i表示第i时刻；将电网同步频率向量hzi送入s2；

s2：汽轮机数字电液控制系统deh(digitalelectrichydrauliccontrolsystem)将收到的电网同步频率向量hzi与机组原有的汽轮机的转速信号ri进行作差，然后将差值与设定安全因子进行比较，如果小于安全因子，则进入s3；如果大于安全因子，则使用deh原有的一次调频控制方式；结束；

s3：将接收到的电网同步频率向量hzi与电网同步频率向量hzi-1在单位时间内进行作差，得到同步频率向量变化率，将同步频率向量变化率与设定的电网周波大扰动门槛的变化因子进行比较；

如果同步频率向量变化率大于设定的电网周波大扰动门槛的变化因子，则表示电网同步频率相量满足了大扰动第一判定条件，为了继续判定是否发生了大扰动，则转入s4；

如果同步频率向量变化率小于设定的电网周波大扰动门槛的变化因子，则继续判定电网同步频率相量是否发生小扰动，如果发生小扰动，则进入s6，如果未发生小扰动，则返回s2；

s4：判断当前电网同步频率相量是否超过一次调频大扰动动作门槛，如果超过，即满足了大扰动第二判定条件，则输出激励信号t1，进入s5；如果未超过，则返回s2；

s5：缩短机组出力动态稳定时间，增大补偿电量，以对大扰动进行响应；

s6：对小扰动进行响应。

本公开使用的是电网频率变化率(速度变量)突破门槛的连续判断方法，判断时间为200ms且连续进行。

应理解的，所述电网同步向量测量装置pmu设置成主从式多机通信方式。

作为一个或多个实施例，所述s2的详细步骤包括：

将收到的电网同步频率相量hzi与机组原有的汽轮机的转速信号ri进行对比：

︱hzi–ri︱＜δr,(1)；

其中，δr为确认deh系统收到的电网同步频率相量hzi是可靠数据的安全因子，ri为汽轮机的频率，汽轮机的频率等于汽轮机的转速除以60；ri下标的含义：i表示第i时刻。

例如：将δr设置为0.1hz(即6r/min)；

如果︱hzi–ri︱＜δr,说明电网同步频率相量hzi与机组原系统收到电网周波的误差在允许范围内，hzi是可靠数据，进入步骤s3。

如果︱hzi–ri︱＞δr，说明电网同步频率相量hzi与机组原系统收到电网周波的误差超出了允许范围,hzi数据有问题，恢复deh系统原有的一次调频控制方式，从而保证机组的安全运行。

作为一个或多个实施例，所述s3的具体步骤为：

同步频率相量的变化率：︱hzi–hzi-1︱＞δhzi,(2)

其中，hz为电网同步频率相量，hzi下标的含义：i表示第i时刻,第i时刻与第i-1时刻相差200ms，δhzi为判定电网周波大扰动门槛的变化率因子，δhzi为0.02hz。

s3的有益效果是：通过计算单位时间内增量大小的代数和，等效于微分效果，从而把位置变量转换成速度变量，相当于变化率的计算效果。

设置200ms为单位时间进行判定，对于电网频率而言，等效于电网周波完成10个周期后计算一次平均速度差(即变化率判定)。

如果(2)式成立，意味着1秒后，由此速度差而导致的位移值(即电网频率)将达到了50.1hz(或49.9hz)，这个差值0.1hz为《q/gdw669-2011》5.2规定0.033hz的3倍。

如果电网同步频率相量的变化率超过电网周波大扰动门槛的变化率因子hz，则说明电网周波满足了大扰动第一判定条件，为了继续判定是否发生了大扰动，则转入s4。

如果电网同步频率相量的变化率没有超过电网周波大扰动门槛的变化率因子δhzi，则对电网周波是否发生了扰动进行判定：

︱hzi-50.0hz(即3000r/min)︱＞pa(3)

其中，pa为一次调频扰动动作门槛(即一次调频扰动死区)，按照《q/gdw669-2011》5.2规定应该设置pa为2r/min或0.033hz。

如果满足(3)式条件，则表明电网同步频率相量发生扰动，由于不满足(2)式条件，因此认为该扰动是小扰动，转入s6。

如果不满足(3)式条件，则表明电网同步频率相量没有发生扰动，转回s2。

作为一个或多个实施例，所述s4的具体步骤包括：

进行此时电网同步频率相量是否超过一次调频大扰动动作门槛(即：一次调频大扰动死区)pb的判定(即：大扰动第二判定条件)：

︱hzi-50.0hz(即3000r/min)︱＞pb(4)

其中，pb为一次调频大扰动动作门槛(即一次调频扰动死区)，根据现场情况设置，一般在1.5～1.9r/min(即0.025～0.0316hz)。

如果满足式(4)条件，表明电网同步频率相量也超过一次调频大扰动动作门槛(即：一次调频大扰动死区值)pb，说明两个大扰动判定条件均成立，电网周波确实发生了大扰动，则输出激励信号t1，转入一次调频校正系统响应电网频率大扰动的控制逻辑，即转入s5。

如果不满足式(4)条件，则表明此时电网同步频率相量没有超过一次调频大扰动动作门槛(即一次调频大扰动死区)pb(即：大扰动第二判定条件不满足)，则转回s2。

作为一个或多个实施例，s5的具体步骤包括：

s51：输出激励信号t1设定时间后，激励信号t1变更为发生扰动的一次调频响应信号t2，t2信号的定义为满足公式：︱hzi-50.0hz)︱＞pa，则发出t2(见图2)；

s52：在激励信号t1或响应信号t2存在的情况下，将电网同步频率向量δhzi施加在根据《q/gdw669-2011》规定5.1和5.2及5.4建立的一次调频死区函数上，死区拐点设为±pb(见图2)；由于该函数与机组铭牌标称功率有关，无法一一列举，图4为300mw机组根据《q/gdw669-2011》规定5.1和5.2及5.4建立的一次调频死区函数实例。

s53：计算新值与保持值的最大绝对值，保持最大绝对值在时间范围t内不变，将最大值作为增量指令直接施加在汽轮机调门，产生补偿电量；

s54：超过设定时间范围t后，计算新值在新的时间范围t内的最大绝对值，继续保持新的最大绝对值在时间范围t内不变，将新的最大绝对值作为增量指令直接施加在汽轮机调门，产生补偿电量；

s55：重复步骤s53和s54，直至激励信号t1或响应信号t2消失为止。

作为一个或多个实施例，由满足公式(2)和满足公式(4)并逻辑相与形成一次调频有效响应信号t1后，再过1秒钟，便将一次调频有效响应信号t1变更为满足公式(3)而形成的一次调频有效响应信号t2。这是因为大扰动形成数秒后,电网同步频率相量变化率会在一次调频响应的作用下，逐步回归正常,t1信号会消失，但是满足公式(3)而形成的一次调频有效响应信号t2会在扰动期间一直保持有效。

在上述一次调频响应信号(t1或t2)有效的情况下，将hzi施加在根据《q/gdw669-2011》规定5.1和5.2及5.4建立的一次调频死区函数上，但其死区拐点设为±pb，不是《q/gdw669-2011》规定5.1和5.2及5.4要求的±pa(即：2r/min或0.033hz)。这时如果hzi有波动其函数输出值也会有波动，

如图2所示，但在200ms的时间内，通过“保持值模块”和运行“不间断的比较数据大小模块”后实际的函数输出值始终保持200ms内最大绝对值恒定不变，该输出值作为增量指令直接施加在汽轮机调门，产生补偿电量。“保持值模块”和运行“不间断的比较数据大小模块”的功能和工作原理请参见图3，图3中有这两个模块的实际的逻辑组态。

在图3中，“max模块”的输出通过“切换开关”的1通道连接到“max模块”另1个输入端，作为反馈信号。两个输入端的信号经过比较后，“max模块”输出1个最大绝对值。在200ms的时间结束后，“定时模块”将“切换开关”的2通道连接到“max模块”另1个输入端，即断开“max模块”输出的反馈信号。这样1个零信号连接到“max模块”原反馈输入端，两个输入端的信号经过比较后，“max模块”输出1个新值。3ms后，“定时模块”将“切换开关”的1通道切回到“max模块”反馈输入端，即再次连接“max模块”输出的反馈信号，两个输入端的信号经过比较后，“max模块”在新的200ms的时间内输出1个新的最大绝对值。该值作为增量指令直接施加在汽轮机调门，产生补偿电量。如此反复，直到在一次调频有效响应信号t1或t2消失为止。

在一次调频校正系统对大扰动的响应方式中，采用这种“缩短机组出力动态稳定时间，增大补偿电量”控制方式，有效的减少了汽轮机调门的波动，减少了因机组迟缓率等产生的一次调频延迟时间,满足《q/gdw669-2011》5.3.1的“机组参与一次调频响应的滞后时间应该小于3秒”，更重要的是:因为一次调频考核及评价系统对大扰动补偿电量计算方法是基于与机组相对稳定的出力相关的调差系数,所以采用该控制方式可以缩短机组出力动态稳定时间,使得一次调频响应期间补偿的电量为尽可能大的数值,满足《q/gdw669-2011》5.3.3的“机组一次调频的负荷响应速度应满足：燃煤机组达到75％目标负荷的时间不大于15秒，达到90％目标负荷的时间不大于30秒”，从而确保了机组一次调频动作时补偿的电量完全满足电网一次调频考核及评价系统对大扰动计算方法的要求，使得机组一次调频系统动作考核率为100％。

作为一个或多个实施例，所述s6对小扰动的响应方式，是现在机组普遍使用的常规方式：

将hzi施加在根据《q/gdw669-2011》规定5.1和5.2及5.4建立的一次调频死区函数(见图3)上，其死区拐点设为±pa(即：2r/min或0.033hz)。该一次调频死区函数的输出值作为增量指令直接施加在汽轮机调门，产生补偿电量。在常规方式中普遍使用的如一次调频机前压力补偿等等功能还都应该有，不再描述了。

图3中的死区函数1就是《q/gdw669-2011》规定5.1和5.2及5.4建立的一次调频死区函数上，死区拐点为±pa(即：0.033hz)。

图3中的死区函数2就是《q/gdw669-2011》规定5.1和5.2及5.4建立的一次调频死区函数上，死区拐点为±pb(即：0.025～0.0316hz)。

图3中的“max模块”、“切换开关”、“零值”和“定时模块”等4个模块就是

图2中和文字描述中s5部分里面的“保持值模块”和“不间断的比较数据大小模块”的实际的逻辑组态。

图3中的一次调频死区函数的功率输出值±⊿mwi，就是图2中的汽轮机调门增量指令,产生补偿电量。

第二方面，本实施例提供了基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正系统；

基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正系统，包括：

电网同步频率提取模块，其被配置为电网同步向量测量装置pmu将收到的基于pmu电网同步频率向量转换成电网同步频率相量的变化率；

第一判定模块，其被配置为进行电网同步频率相量的变化率是否超过电网周波大扰动门槛判定；

第二判定模块，其被配置为进行电网同步频率相量是否超过电网周波大扰动门槛判定，提前确定了电网频率是否发生了大扰动；

响应模块，其被配置为如果确认电网频率发生了大扰动，对大扰动进行响应。

基于pmu的电网周波变化率的一次调频校正系统，包括：

电网同步频率提取模块，其被配置为从电网同步向量测量装置pmu中提取出带有时间标签的电网同步频率向量hzi-1和hzi；其中，i表示第i时刻；将电网同步频率向量hzi送入电网同步频率向量比较模块；

电网同步频率向量比较模块，其被配置为汽轮机数字电液控制系统deh(digitalelectrichydrauliccontrolsystem)将收到的电网同步频率向量hzi与机组原有的汽轮机的转速信号ri进行作差，然后将差值与设定安全因子进行比较，如果小于安全因子，则进入同步频率向量变化率比较模块；如果大于安全因子，则使用deh原有的一次调频控制方式；结束；

同步频率向量变化率比较模块，其被配置为将接收到的电网同步频率向量hzi与电网同步频率向量hzi-1在单位时间内进行作差，得到同步频率向量变化率，将同步频率向量变化率与设定的电网周波大扰动门槛的变化因子进行比较；

如果同步频率向量变化率大于设定的电网周波大扰动门槛的变化因子，则表示电网同步频率相量满足了大扰动第一判定条件，为了继续判定是否发生了大扰动，则转入大扰动判定模块；

如果同步频率向量变化率小于设定的电网周波大扰动门槛的变化因子，则继续判定电网同步频率相量是否发生小扰动，如果发生小扰动，则进入小扰动响应模块，如果未发生小扰动，则返回电网同步频率向量比较模块；

大扰动判定模块，其被配置为判断当前电网同步频率相量是否超过一次调频大扰动动作门槛，如果超过，即满足了大扰动第二判定条件，则输出激励信号t1，进入大扰动响应模块；如果未超过，则返回电网同步频率向量比较模块；

大扰动响应模块，其被配置为缩短机组出力动态稳定时间，增大补偿电量，以对大扰动进行响应；

小扰动响应模块，其被配置为对小扰动进行响应。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。