一种提高并网电源一次调频合格率的方法及装置与流程

本发明涉及一种提高并网电源一次调频合格率的方法及装置，属于电力系统控制保护及自动化领域。

背景技术：

1、电力系统频率是电能生产的关键质量指标之一。系统频率的异常变化对用户、发电厂和电力系统本身均有不良影响。具体来说，系统中所有设备均依照额定频率设计，系统频率质量降低将会直接影响各行各业，当系统频率过低时，甚至会导致系统崩溃，引发大停电事故。因此，频率稳定是电力系统稳定的一个重要部分。造成电力系统频率波动的原因是发电功率和负荷功率不匹配。电力系统的负荷可分为可预测的确定性分量和不可预测的随机性分量，一次调频具有能够快速响应随机性负荷扰动的特点，对提高电能质量及电网频率控制水平，迅速平息电网频率波动起到了重要作用。

2、发电机组，包括火力发电，水力发电等常规发电的一次调频特性是并网运行的基本特性之一,它是指电网负荷变化引起电网的频率发生变化后,机组在调节系统的作用下自动地增加(电网频率下降时)或减小(电网频率升高时)自身的功率,从而限制电网频率变化的特性。

3、在风力等新能源发电发展初期，为追求最大经济效益，新能源发电一般运行在最大功率点(mppt)上，此时新能源发电不参与系统调频。由于新能源场站规模小、容量低，对电力系统影响较小。随着新能源发电装机总容量的持续快速上涨，电力系统中新能源发电渗透率不断提高。若新能源机组仍不参与系统调频，则同容量的含新能源发电电力系统与不含新能源发电电力系统相比较，含新能源发电的系统频率特性水平会低很多。世界各国对新能源发电机组参与电力系统调频己达成共识。各国为规范新能源发电并网，制定了一系列的导则或规范。

4、新能源(风电场、光伏电站)场站利用相应的有功控制系统、单机或加装独立控制装置来实现一次调频功能。一次调频下垂特性控制通过设定频率与有功功率折线函数实现，即：

5、

6、式中：

7、fd为一次调频死区，单位为hz；fn为系统额定频率，单位为hz；pn为额定功率，单位为mw；δ％为新能源一次调频调差率；p0为有功功率初值，单位为mw。

8、以风电场参与电网一次调频的下垂曲线为例，如图1所示，一次调频死区设定0.05hz，调差率设定2％，最大负荷限幅设定不小于额定负荷的10％。

9、当风电等新能源机组逐步参与电力系统一次调频，电力系统调度部门将面临一个新的难题。常规机组的一次调频静态特性近似于线性，分析系统频率的一次调整相对容易。然而，风电机组功率－频率特性呈强非线性，这给系统频率的一次调整分析带来了巨大困难。因此，在风电机组参与电力系统一次调频后，需对风电机组的调频能力进行评估，这是调度部门开展系统调频工作的前提，也是保证电力系统频率安全稳定必不可少的环节。

10、部分调度机构为了提高并网电源的一次调频能力，对一次调频等并网服务考核规则作了较大的修正，新考核规则参数更加细化，对频率小偏差(频差为50.05到50.08之间或者49.92到49.95之间)提出新的要求。大部分调度机构通过实时动态监测系统(wams)提供的同步相量数据来考核并网电源一次调频特性，即部署在电源侧的同步相量测量装置(pmu)采集电源并网点的功率信息并上送给调度主站，调度主站通过wams获取相关并网电源的频率、功率数据评估一次调频控制效果。

11、在实际运行中，并网电源一次调频合格率没有达到预期。影响一次调频合格率的重要因素之一是频率测量问题。频率测量影响一次调频合格率的原因主要是频率测量精度差异和频率测量的响应时间差异。在火力发电一次调频控制中，经常采用汽轮机转速信号代为电网频率信号参与一次调频。汽轮机转速信号测量误差较大，而调度考核所用的pmu精度能达到0.002hz，转速信号的测量精度不能满足一次调频考核的要求。根据某区域电网统计数据，电网波动大部分处于小频差波动范围内，测频精度较差直接导致网频波动时机组负荷应调节电量计算不准确，导致实际贡献电量不满足要求，机组一次调频动作不合格。另外，由于调度是在频率刚好偏离规定的死区时才开始统计一次调频是否动作。机组一次调频动作过早或者过晚都会影响调度的一次调频统计数据。因此，频率测量的响应时间也是影响一次调频考核的重要因素之一。

12、火力、水力等传统发电中，一次调频功能由发电机调速器实现。随着技术的进步，各类plc(可编程控制器)在发电机调速器领域获得了广泛应用。基于plc的发电机调速器控制核心主要由电源、cpu、频率测量、开关量输入输出、模拟量输入输出等模块组成。以水力发电为例，通过测频模块采集机组转速；通过模入模块采集机组功率、开度、水位信息；通过开入模块接受监控系统开机、停机、发电、增加、减少等指令；通过开出模块输出报警、故障、状态指示等信号去监控；cpu模块则完成调速器所有信息的采集、数据处理、pid调节计算、控制输出、通讯、调度管理等，并将最终计算结果通过模出模块转成模拟信号输出到调速器液压装置，推动水轮机导叶，达到控制水轮发电机组转速和功率的目的。

13、对于新能源(风电场、光伏发电站)发电，为了满足一次调频相关要求，如图2所示，一次调频功能大部分由独立的一次调频控制装置完成。新能源场站的一次调频控制装置通过采集并网点的频率，由频率与有功功率折线函数得到需要增加或者减少的功率目标值，并将功率目标值下发给新能源场站的功率控制系统(逆变器等)。

14、发电调速器或者新能源场站一次调频控制装置实现一次调频功能过程中，由于频率算法和pmu装置不同，频率的计算误差和响应时间存在差异，从而影响调度主站的一次调频评价效果，进而影响到一次调频的合格率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供了一种提高并网电源一次调频合格率的方法及装置，用以提升并网电源一次调频合格率，本方法适用于火力、水力等传统发电，也可用于风力，光伏等新能源场站。

2、为实现上述目的，本发明的方案包括：

3、一种提高并网电源一次调频合格率的方法，包括如下步骤：

4、1)并网电源配置的同步相量测量装置将采集计算得到的电网频率偏移值输出；

5、2)并网电源一次调频控制装置接入同步相量测量装置输出的电网频率偏移值；

6、3)并网电源一次调频控制装置通过电网频率偏移值得到实际电网频率完成一次调频功能计算，并将控制命令下发相关控制执行设备。

7、本发明将同步相量测量装置采集的频率数据结果通过模拟小信号传递给一次调频控制装置，一次调频控制装置根据频率数据实现关键的一次调频控制功能，有效提升了一次调频考核合格率。

8、进一步地，同步相量测量装置将电网频率偏移值转化为模拟信号输出；并网电源一次调频控制装置通过模拟量采集回路接入模拟信号，并将模拟信号转化为数字信号，得到电网频率偏移值。

9、进一步地，模拟信号为4～20ma或0～5v的模拟信号。

10、进一步地，并网电源配置的同步相量测量装置采集电源电压，计算对应的频率值，将频率值转化为以50hz为基准的偏移值；再通过模拟量输出模块将偏移值转换为4～20ma或0～5v的模拟信号。

11、进一步地，并网电源一次调频控制装置取消频率测量模块。

12、一种提高并网电源一次调频合格率的装置，其特征在于，包括处理器和用于从同步相量测量装置接收电网频率偏移值的接口，处理器通过电网频率偏移值得到实际电网频率完成一次调频功能计算，并将控制命令下发相关控制执行设备。

13、进一步地，接口接收同步相量测量装置将电网频率偏移值转化为的模拟信号；还包括模拟量采集回路，模拟量采集回路接入模拟信号，并将模拟信号转化为数字信号，得到电网频率偏移值。

14、进一步地，模拟信号为4～20ma或0～5v的模拟信号。

15、进一步地，取消频率测量模块。

16、本发明的有益效果为：提升并网电源一次调频合格率能有效改善系统频率特性，减小电网频率变化速率以及频率最低点，为其频率处于稳定状态提供坚实的保障，进一步提升电网抵御频率扰动能力，保障电网安全,确保高质量的电力供应具有重要意义。部分电网调度机构通过同步相量测量数据考核并网电源的一次调频功能。

17、为了提升并网电源一次调频功能合格率，本发明将同步相量测量装置的频率测量数据共享到一次调频控制装置中，使得并网电源一次调频控制装置和电网调度考核一次调频系统中关键的频率数据同源，提升了一次调频功能考核合格率。