基于厂站通讯的火电机组与燃气轮机机组振荡抑制方法

1.本发明涉及电力系统控制领域，具体涉及基于厂站通讯的火电机组与燃气轮机组振荡抑制方法。


背景技术：

2.随着大规模可再生能源的接入，新型电力系统的能源结构发生转变。同时，可再生能源的波动性和随机性使电力系统对灵活性资源的需求大大提升。燃气轮机具有快速启动、深度调峰等优良性能，为新型电力系统的灵活调节提供支撑。然而，当系统发生扰动时，由于燃气轮机与传统火电机组的响应速率差异大，系统将会产生较大的振荡，最终可能使系统失稳。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中的上述问题，即为了解决如何抑制火电机组与燃气轮机机组间的振荡问题，本发明提出一种基于厂站通讯的火电机组与燃气轮机机组振荡抑制方法。首先，获取火电机组和内燃机机组输出端口各自的平均频率，进而求出各自端口的频率扰动量；其次，通过厂站通讯网络获取相互的频率扰动量，获得二者间的扰动量之差作为控制系统的输入量；然后根据火电机组与燃气轮机机组系统模型选取自抗扰控制器参数；最后，将控制器输出量作为电压偏差引入各自励磁调节系统的电压控制中。
4.为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：
5.一种基于厂站通讯的火电机组与燃气轮机机组振荡抑制控制方法，所述火电机组包括多个子机组，所述燃气轮机机组包括多个子机组，各所述子机组均对应设置有控制器，各子机组分别包括一台以上发电机；
6.所述方法包括以下步骤：
7.步骤1：获取火电机组和内燃机机组中的各子机组输出端口各自的平均频率，并求出各子机组输出端口各自的频率扰动量；
8.步骤2：通过厂站通讯网络获取各子机组输出端口的频率扰动量，计算各子机组与其他子机组的频率扰动量之差作为各自控制器的输入量；
9.步骤3：根据火电机组与燃气轮机机组系统模型选取控制器参数；
10.步骤4：将控制器输出量作为电压偏差引入各子机组励磁调节系统的电压控制中。
11.进一步的，所述步骤1包括：
12.1)通过测量装置采集各个子机组的发电机的频率，计算各子机组输出端口的平均频率，其中，各个所述发电机受各自调速器控制，所述各子机组输出端口的平均频率表示为：
13.14.公式(1.1)中各参数含义是：
15.w
gi
为第i个子机组输出端口的平均频率，w
gij
为第i个机组第j个发电机的输出频率，ni为第i个机组内部发电机的数量；
16.2)计算各个子机组输出端口的频率扰动量，其表达式为：
[0017][0018]
公式(1.2)中各参数含义为：
[0019]
δw
gi
为第i个子机组输出端口的频率扰动量，为第i个子机组的频率参考值。
[0020]
进一步的，所述步骤2包括：
[0021]
将步骤1所计算的各子机组输出端口的频率扰动量，通过厂站通讯网络进行无延迟数据传输，计算各子机组与其他子机组的频率扰动量之差，其表达式为：
[0022][0023]
公式(1.3)中各参数含义为：
[0024]
δw
ek
为第k个机组与其他m-1个机组的频率扰动量之差，sn和sk分别为第n个机组和第k个机组的总容量。
[0025]
进一步的，步骤3中，所述控制器选自一阶自抗扰控制器、二阶自抗扰控制器、pi控制器或其改进控制器。
[0026]
进一步的，步骤4中，当子机组内各个发电机参数相同或相近时，选取相同的控制器输出量。
[0027]
进一步的，本发明不局限火电机组与燃气轮机机组的数量及其内部发电机的数量，也不局限机组内部的结构及其控制方式。
[0028]
采用本发明所提出的方法可以有效地抑制各机组间的振荡，从而解决上述问题。
附图说明
[0029]
图1是本发明实施例中基于厂站通讯的振荡抑制策略简化框图；
[0030]
图2是本发明实施例中采用的典型一阶自抗扰控制器框图；
[0031]
图3是本发明实施例中一种涵盖火电机组与燃气轮机机组的仿真简化模型；
[0032]
图4是本发明实施例中不实施振荡抑制方法的频率仿真波形图；
[0033]
图5是本发明实施例中实施振荡抑制方法的频率仿真波形图。
具体实施方式
[0034]
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。
[0035]
下面结合附图，对本发明提供的一种基于厂站通讯的火电机组与燃气轮机机组振荡抑制方法进行说明。其中，火电机组包括多个子机组，燃气轮机机组包括多个子机组，各所述子机组均对应设置有控制器，各子机组分别包括一台以上发电机。
[0036]
图1示例性地示出了本实施例中一种基于厂站通讯的振荡抑制策略简化框图。如图1所示，本实施例中的抑制策略主要通过机组内部计算模块、厂站通讯模块和控制器控制模块来实施。
[0037]
结合图1，本发明一种基于厂站通讯的火电机组与燃气轮机机组振荡抑制方法，实施步骤具体如下：
[0038]
步骤1：获取火电机组和内燃机机组中的各子机组输出端口各自的平均频率，并求出各自端口的频率扰动量。
[0039]
本发明采用的是多机并联模式，各个发电机受各自调速器控制，通过测量装置采集各个发电机的频率，计算各机组端口的平均频率为：
[0040][0041]
公式(1.1)中各参数含义是：
[0042]wgi
为第i个子机组端口的平均频率，w
gij
为第i个子机组第j个发电机的输出频率，ni为第i个子机组内部发电机的数量。
[0043]
进一步地，获得各个子机组端口的频率扰动量，其数值表达式为：
[0044][0045]
公式(1.2)中各参数含义为：
[0046]
δw
gi
为第i个机组端口的频率扰动量，为第i个机组的频率参考值。
[0047]
具体地，本实施例中机组内部的各个子机组均装有频率测量装置，并实时采集各发电机的端口频率。各子机组内部通过公式(1.1)和(1.2)计算本子机组端口的频率扰动量δw
gi
。各子机组通过厂站通讯将频率扰动量δw
gi
上传至厂站的网络终端中为下一步计算准备。
[0048]
步骤2：通过厂站通讯网络获取各子机组输出端口的频率扰动量，计算各子机组与其他子机组的频率扰动量之差作为各自控制器的输入量；
[0049]
本发明所述子机组均处于一个厂站内或子机组间距离较近，各个子机组间的数据通讯延迟均可忽略不计。
[0050]
根据步骤1所计算的各子机组端口的频率扰动量，通过通讯网络进行无延迟数据传输，计算各子机组与其他子机组的频率扰动量之差，其数值为：
[0051][0052]
公式(1.3)中各参数含义为：
[0053]
δw
ek
为第k个机组与其他m-1个机组的频率扰动量之差，sk和sk分别为第n个机组和第k个机组的总容量。
[0054]
具体的，本实施例中，网络终端采集各个子机组频率扰动量δw
gi
，并调用机组数据，通过公式(1.3)计算各个子机组的控制输入指令δw
ek
。网络终端通过通讯将该指令发送给各个子机组的控制器中。
[0055]
步骤3：以一阶自抗扰控制器作为控制器，根据火电机组与燃气轮机机组系统模型选取自抗扰控制器参数。
[0056]
根据系统模型，建立在未知扰动下的非线性不确定对象为：
[0057][0058]
公式(1.4)中各参数含义为：
[0059]
为未知函数；w(t)为未知外扰；x(t)为量测输入；u为控制器输出；b为控制器输出系数。
[0060]
进一步地，控制器模型可以写成：
[0061][0062]
公式(1.5)中各参数含义为：
[0063]rt
、α0、δ、β1、α1、δ1、β2、β3、α2、δ2均为自抗扰控制器参数。可根据不同的控制模型分开进行整定。z
11
、z
21
、z
22
、ε、ε1、u0均为中间变量。非线性函数fal的表达式为：
[0064][0065]
本实施例中，各个子机组控制器接收到输入指令并按照各自控制器模型进行计算、输出。如图2所示的一阶自抗扰控制器，其中，将网络终端的指令输入控制器的输入端，即x(t)。通过控制器输出获得电压偏置指令v
offset
，即u(t)。
[0066]
步骤4：将控制器输出量作为电压偏差引入各自励磁调节系统的电压控制中，具体的，将步骤3所获得的控制器输出量u(t)作为励磁调节系统中的电压偏置量v
offset
对其进行修正，由此实现了电压补偿补。当机组内各个发电机参数相同或相近时，可选取相同的控制器输出量u(t)，以减少经济成本，即如图1中直接发送给各个机组。
[0067]
本发明火电机组与燃气轮机机组均采用传统的励磁调节系统电压控制策略，但不局限于传统的控制策略。
[0068]
进一步地，本发明提供以下两个可选技术方案：
[0069]
可选方案1：所述控制器不局限于一阶自抗扰控制器，还包括：二阶自抗扰控制器、pi控制器及其改进控制器等。
[0070]
可选方案2：所述系统不局限于火电机组和内燃机机组两个机组间的控制策略，还包括多个机组间的控制策略。
[0071]
下面结合附图，对本实施例中图3所示厂站及其仿真结果进行说明。
[0072]
参阅附图3，本实施例以华能太仓电厂及其周围电网为例进行说明。本实施例包含外部主网、香塘与九曲负荷区及华能太仓电厂，其中电厂内部包含14台18mw的燃气轮机机组和2台320mw的火电机组。
[0073]
本实施例将燃气轮机机组和火电机组作为厂站的两个机组进行说明，且各个发电机均采用传统的励磁及控制方式。图4和图5示例性地示出了通过matlab软件对上述系统的仿真结果。参阅附图4，在20s时刻，当外部负荷发生突变，电厂内部未采用本发明所述的振荡抑制策略时，系统的一次调频和二次调频均作用，但由于两类机组响应速率差异较大，功率分配难以快速平衡，此时机组间产生较大的振荡，尤其是响应较慢的火电机组，将产生较为激烈的振荡现象，易造成设备的损坏。
[0074]
继续参阅附图5，同附图4一样，在20s时刻外部负荷发生相同程度的突变，此时电厂内部已有本发明所述的振荡抑制策略。可以看出机组间的振荡已很大程度上受到抑制，频率基本上平滑变化。
[0075]
上述实施例中虽然将各个步骤按照上述先后次序的方式进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本实施例的效果，不同的步骤之间不必按照这样的次序执行，其可以同时(并行)执行或以颠倒的次序执行，这些简单的变化都在本发明的保护范围之内。
[0076]
本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在本发明的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0077]
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，单词“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的pc来实现。
[0078]
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。