專利名稱：基于浮動頻差調節(jié)和變速率負荷指令修正的一次調頻裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種火力發(fā)電機組一次調頻技術領域，特別涉及一種基于浮動頻差調節(jié)和變速率負荷指令修正的一次調頻裝置；此裝置適用于一種具有規(guī)模小、頻率波動頻繁、變化幅度大和穩(wěn)定周期長特征的電網。
背景技術：
電力系統(tǒng)頻率是電力系統(tǒng)運行參數(shù)中最重要的參數(shù)之一，電力系統(tǒng)頻率變化會對發(fā)電機和系統(tǒng)的安全運行帶來嚴重影響，把電力系統(tǒng)頻率控制在很小的變化范圍內是電力 系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的主要目標。一次調頻控制功能是汽輪發(fā)電機組并網運行的基本和必備功能之一，它是由一次調頻控制系統(tǒng)具體實現(xiàn)。實現(xiàn)原理是當電網負荷變化引起電網的頻率發(fā)生變化后，針對頻率偏差量，通過汽輪發(fā)電機組在一次調頻控制系統(tǒng)的作用下自動地增加(電網頻率下降時)或減小(電網頻率升高時)自身的功率，從而實現(xiàn)限制電網頻率變化。一次調頻控制功能作為通過調節(jié)發(fā)電機組負荷來穩(wěn)定電網頻率的手段，既要滿足電網側無延時性的要求，又要保證機組本身安全、平穩(wěn)運行[I]。按調頻方式分類，一次調頻控制系統(tǒng)包括汽輪機側的數(shù)字式電液控制系統(tǒng)(DEH)一次調頻(方式一)、機組協(xié)調控制(UCC) —次調頻(方式二)、DHl和UCC聯(lián)合一次調頻(方式三)三種方式[2]。具體地，目前，原系統(tǒng)并網機組的一次調頻控制系統(tǒng)設計普遍以DHl和UCC的聯(lián)合一次調頻方式為基礎，如圖I所示。調頻方法是將電網頻差因子(以50Hz為基準)轉換成負荷增減量信號后，一方面是將其疊加于汽輪機調節(jié)閥控制指令，以改變調節(jié)閥開度，并利用鍋爐蓄熱快速增減機組負荷，以滿足電網頻率要求；另一方面是改變鍋爐負荷指令，將主蒸汽壓力維持在安全范圍內。小型區(qū)域電網由于其電網規(guī)模小、裝機容量少、電網穩(wěn)定性差和電能質量水平低，一般來說，其電網頻率波動隨著負荷段的變化波動劇烈。有數(shù)據(jù)表明，其一天內的電網頻率波動范圍在49Hz 50. 5Hz之間；而大型電網電能質量較好，電網頻率波動范圍普遍在
49.9 50. IHz之間。因此，將EffiH和UCC的聯(lián)合一次調頻方式在應用于小型區(qū)域電網時，投運過程中，劇烈波動的頻率(±0. 3 0. 5Hz)直接導致網內機組一次調頻控制系統(tǒng)頻繁動作，出現(xiàn)機組負荷指令急升、急降的現(xiàn)象。由于火力發(fā)電機組動態(tài)響應存在較大的滯后特性，在高頻負荷指令變動的情況下，容易造成機組運行不穩(wěn)定。機組多項主參數(shù)(主汽溫、主汽壓、汽包水位)波動幅度較大，從而引起協(xié)調控制系統(tǒng)自動切除。嚴重時，機組部分參數(shù)甚至接近機組安全運行底限值，影響了發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。[I]馬素霞，馬慶中，張龍英，中間再熱機組一次調頻特性研究[J].熱能動力工程，2010, 25(1)；[2]鄭航林 一次調頻控制策略的優(yōu)化[J].熱力發(fā)電，2008，37 (9)。發(fā)明內容本實用新型的目的就在于克服現(xiàn)有技術存在缺點和不足，提供一種基于浮動頻差調節(jié)和變速率負荷指令修正的一次調頻裝置。本實用新型的技術方案是一、基于浮動頻差調節(jié)和變速率負荷指令修正的一次調頻裝置(簡稱裝置)包括主機設備汽輪機調閥開度計算單元、汽輪機DHl調節(jié)伺服卡、汽輪機進汽調節(jié)閥組、機組負荷指令計算單元、鍋爐給煤機指令計算單元、給煤機電機、鍋爐給水泵指令計算單元、汽動給水泵、鍋爐送風機指令計算單元和送風機電機；其特征在于設置有一次調頻控制器；其連接關系是 汽輪機調閥開度計算單元、汽輪機DHl調節(jié)伺服卡、汽輪機進汽調節(jié)閥組依次連接;機組負荷指令計算單元、鍋爐給煤機指令計算單元、給煤機電機依次連接；機組負荷指令計算單元、鍋爐給水泵指令計算單元、汽動給水泵依次連接；機組負荷指令計算單元、鍋爐送風機指令計算單元、送風機電機依次連接；一次調頻控制器分別與汽輪機調閥開度計算單元和機組負荷指令計算單元連接。本一次調頻控制器以工業(yè)控制服務器為核心并配置相應外圍通訊端口。二、基于浮動頻差調節(jié)和變速率負荷指令修正的一次調頻方法(簡稱方法)本方法包括下列步驟①將電網頻率信號fac;t按照快速頻率延時計算單元定義的傳遞函數(shù)方程■〔t〕進行計算，得到延時■后的電網頻率信號;②將電網頻率延時信號fk與電網頻率信號fart進行求差計算，得到瞬時電網頻率相對變化量A fk ；③對A fk進行求絕對值計算，得到瞬時電網頻率絕對變化量A f*k ;頻率變化速率判斷單元通過對Afk的計算分析，通過保持脈沖計算單元得到瞬時一次調頻系統(tǒng)負荷指令的補償方式代碼C1(Oa)；④通用頻率延時計算單元按照補償方式代碼C1(Oj)的要求，利用傳遞函數(shù)方程^Ct) = 對電網實時頻率信號fart進行處理計算，實現(xiàn)浮動頻差調節(jié)，得到電網
頻率延時信號f。，并與電網實時頻率信號fac;t進行比較計算，得到實時電網頻差信號Af。；⑤不等率增益計算單元根據(jù)機組不等率斜率Ks，按照方程AP1 = Ks X Af。，計算出實時機組有功功率補償量AP1，通過汽輪機調閥開度計算單元驅動汽輪機開、關調閥，改變進汽流量，進而改變機組有功功率，實現(xiàn)機組有功功率的快速補償；⑥不等率曲線函數(shù)計算單元按照機組不等率函數(shù)，實時對電網頻率fart同標準電網頻率50Hz的頻差值進行計算，得到機組有功功率緊急補償量AP2和機組安全限幅后機組有功功率緊急補償量ap*2 ；⑦不等率函數(shù)計算單元同時監(jiān)測實時電網頻率faet數(shù)值，當faet > 50. 2Hz或者fact< 49. OHz時，得到一次調頻系統(tǒng)緊急補償方式代碼C2 (0，I)；⑧模擬量指令輸出單元根據(jù)一次調頻系統(tǒng)緊急補償方式代碼C2 (0，I)進行判斷，在C2 (O，I) = I時將A Pb賦值為A p*2，在C2 (0，I) = 0時將A Pb賦值為A P1 ；⑨通過機組負荷指令計算單元、鍋爐給煤機指令計算單元、鍋爐給水泵指令計算單元、鍋爐送風機指令計算單元，分別計算出鍋爐給煤量指令P、鍋爐給水量指令《、鍋爐風量指令U，驅動鍋爐給煤機、給水泵、送風機設備，改變鍋爐燃燒率，使鍋爐負荷同機組負荷指令要求相匹配。本實用新型具有以下優(yōu)點和積極效果 ①采用浮動頻差調節(jié)，能夠克服電網頻率長周期偏離50Hz所引起的一次調頻控制系統(tǒng)持續(xù)輸出補償量而無法回復到頻差死區(qū)內的弊端，能夠保持機組的持續(xù)調頻能力，為后期響應提供調頻裕量；②采用頻率變化速率判斷單元，能通過實時監(jiān)測電網頻率的變化速率，選擇一次調頻系統(tǒng)所采用的調頻方式(快速、慢速)。在電網頻率慢速變化時，一次調頻系統(tǒng)能采用慢速調頻模式進行負荷指令補償，維持電網的穩(wěn)定性；在電網頻率因外部負荷變化突變時，一次調頻控制系統(tǒng)能夠依靠快速調頻模式及時響應負荷的變化，大幅度增加或者減少機組出力，滿足電網的調頻要求?？臁⒙僬{頻模式的區(qū)分，能提高網內火力發(fā)電機組對小型區(qū)域電網頻率特性的適應能力，并且克服了機組負荷指令隨著頻差實時變化而造成的大幅、快速增減現(xiàn)象；③引入一次調頻系統(tǒng)緊急補償方式，使一次調頻控制系統(tǒng)在電網頻率出現(xiàn)極端工況時，能夠及時為電網提供負荷支撐，為電網頻率安全提供了有效保障。

圖I是原一次調頻控制系統(tǒng)的結構框圖；圖2是本一次調頻控制裝置的結構框圖(簡圖)；圖3是本一次調頻控制裝置的結構框圖(詳圖)；圖4是本一次調頻控制器硬件結構圖；圖5是電力系統(tǒng)頻率_功率關系圖；圖6是軟件實時運算處理模塊流程圖；圖7是工程試驗測試結果。圖中000-原一次調頻控制器；100-汽輪機調閥開度計算單元；200-汽輪機DEH調節(jié)伺服卡，201-汽輪機進汽調節(jié)閥組；300-機組負荷指令計算單元；400-鍋爐給煤機指令計算單元，401-給煤機電機；500- 一次調頻控制器，501-快速頻率延時計算單元，502-絕對值計算單元，503-頻率變化速率判斷單元，504-保持脈沖計算單元，505-通用頻率延時計算單元，[0055]506-不等率增益計算單元，507-不等率曲線函數(shù)計算單元，508-補償限制單元，509-模擬量指令輸出選擇單元；600-鍋爐給水泵指令計算單元，601-鍋爐給水泵；700-鍋爐送風機指令計算單元；701-送風機電機。800-工程師室配置服務器硬件連接圖；900-電子設備間配置連接圖；1000-分散控制系統(tǒng)網絡布置。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例進一步說明一、本一次調頻裝置(單調節(jié)回路)I、總體如圖2、3，本一次調頻裝置包括主機設備汽輪機調閥開度計算單元100、汽輪機DEH調節(jié)伺服卡200、汽輪機進汽調節(jié)閥組201、機組負荷指令計算單元300、鍋爐給煤機指令計算單元400、給煤機電機401、鍋爐給水泵指令計算單元600、汽動給水泵601、鍋爐送風機指令計算單元700和送風機電機701 ；其連接關系是汽輪機調閥開度計算單元100、汽輪機DHl調節(jié)伺服卡200、汽輪機進汽調節(jié)閥組201依次連接，實現(xiàn)汽輪機組進汽量控制，進而控制汽輪機組有功功率；機組負荷指令計算單元300、鍋爐給煤機指令計算單元400、給煤機電機401依次連接，實現(xiàn)鍋爐按照機組負荷指令要求，相應改變鍋爐燃料量；機組負荷指令計算單元300、鍋爐給水泵指令計算單元600、汽動給水泵601依次連接，實現(xiàn)鍋爐按照機組負荷指令要求，為鍋爐變負荷提供相匹配的給水流量；機組負荷指令計算單元300、鍋爐送風機指令計算單元700、送風機電機701依次連接，實現(xiàn)鍋爐按照機組負荷指令要求，為鍋爐燃燒提供合適的配風；設置有本一次調頻控制器500 ；本一次調頻控制器500分別與汽輪機調閥開度計算單元100和機組負荷指令計算單元300連接，實現(xiàn)一次調頻控制功能。本一次調頻控制器500以工業(yè)控制服務器為核心并配置相應外圍通訊端口，其軟件控制模塊包括快速頻率延時計算單元501、絕對值計算單元502、頻率變化速率判斷單元503、保持脈沖計算單元504、通用頻率延時計算單元505、不等率增益計算單元506、不等率曲線函數(shù)計算單元507、補償限制單元508和模擬量指令輸出選擇單元509 ；其交互關系是快速頻率延時計算單元501、絕對值計算單元502、頻率變化速率判斷單元503、保持脈沖計算單元504、通用頻率延時計算單元505依次交互，實現(xiàn)變速率負荷指令修正方式判斷；[0079]通用頻率延時計算單元505、不等率增益計算單元506、模擬量指令輸出選擇單元509依次交互，實現(xiàn)浮動頻差調節(jié)下的變速率負荷指令修正；不等率曲線函數(shù)計算單元507、補償限制單元508、模擬量指令輸出選擇單元509依次交互，實現(xiàn)緊急工況下的負荷指令修正。2、功能塊I)主機設備①汽輪機DEH(數(shù)字電液控制系統(tǒng))調節(jié)伺服卡200及汽輪機進汽調節(jié)閥組201汽輪機采用一次中間再熱、單軸和凝式汽輪機，配備全周汽輪機進汽調節(jié)閥組201。汽輪機DEH由電氣原理設計的敏感元件、數(shù)字電路(計算機)以及按液壓原理設計的 放大元件和液壓伺服機構組成。汽輪機進汽調節(jié)閥組201的功能是實現(xiàn)汽輪機組進汽量控制，進而控制汽輪機組有功功率。②給煤機電機401給煤機電機401包括皮帶式給煤機，并配合有雙進雙出鋼球磨煤機、碗式直吹磨煤機或中儲式給粉機。給煤機電機401的功能是實現(xiàn)鍋爐按照機組負荷指令要求，相應改變鍋爐燃料量。③鍋爐給水泵601鍋爐給水泵601 —般采用兩臺50% BMCR(鍋爐最大連續(xù)出力)的汽動給水泵和一臺30% BMCR的電動給水泵；或者采用兩臺60% BMCR汽動給水泵，或者采用三臺50% BMCR電動給水泵。鍋爐給水泵601的功能是實現(xiàn)鍋爐按照機組負荷指令要求，為鍋爐變負荷提供相匹配的給水流量。④送風機電機701送風機電機701采用兩臺50% BMCR的軸流風機。送風機電機701的功能是實現(xiàn)鍋爐按照機組負荷指令要求，為鍋爐燃燒提供合適的配風。⑤汽輪機調閥開度計算單元100和機組負荷指令計算單元300均為控制系統(tǒng)軟件組態(tài)程序，其功能是接收機組負荷指令，進行相應的運算后，再向下級控制器發(fā)送控制指令。⑥汽輪機DHl調節(jié)伺服卡200、鍋爐給煤機指令計算單元400、鍋爐給水泵指令計算單元600和鍋爐送風機指令計算單元700均為可編程控制器(PLC)，其功能是接收上級控制指令進行相應的數(shù)據(jù)處理后再驅動下級執(zhí)行機構運行。2)本一次調頻控制器500①快速頻率延時計算單元501是根據(jù)電網實時頻率信號，通過慣性環(huán)節(jié)，得到快速延時后的電網頻率；②絕對值計算單元502是對電網實時頻率信號與快速延時后的電網頻率信號之差進行絕對值處理；③頻率變化速率判斷單元503是對瞬時電網頻率變化量絕對值的幅度進行判斷，超過設定的門檻值即觸發(fā)保持脈沖；④保持脈沖計算單元504是根據(jù)預先設定的脈沖時間，生成瞬時一次調頻系統(tǒng)負荷指令的補償方式代碼，并使代碼以脈沖信號的方式同其他單元進行交互；⑤通用頻率延時計算單元505是根據(jù)瞬時一次調頻系統(tǒng)負荷指令的補償方式代碼的要求，對電網實時頻率進行計算處理，實現(xiàn)浮動頻差調節(jié)功能；⑥不等率增益計算單元506是根據(jù)機組不等率，按照增益方程，計算出實時機組有功功率補償量；⑦不等率曲線函數(shù)計算單元507是按照機組不等率函數(shù)，實時對電網頻率同標準電網頻率50Hz的頻差值進行計算，得到機組有功功率緊急補償量；同時監(jiān)測電網實時頻 率，根據(jù)其范圍生成相應的一次調頻系統(tǒng)緊急補償方式代碼；⑧補償限制單元508是對507計算出的機組有功功率緊急補償量進行限幅處理；⑨模擬量指令輸出選擇單元509是根據(jù)一次調頻系統(tǒng)緊急補償方式代碼，在正常情況下將機組有功功率補償量作為輸出，交互至機組負荷指令計算單元，在緊急情況下將機組有功功率緊急補償量作為輸出，交互至機組負荷指令計算單元。如圖4，本一次調頻控制器500采用以骨架-系統(tǒng)網絡為結構的分布式控制系統(tǒng)(DCS)作為硬件平臺，并用特定軟件對控制器進行編程設計，從而實現(xiàn)所要求的一次調頻功倉泛。目前國內DCS主要廠家有上海新華、南京科遠、杭州優(yōu)穩(wěn)、浙大中控、和利時、浙江威盛、自儀股份、魯能控制、國電智深、上海華文、上海樂華、浙江中自等；國外DCS主要廠家有西屋(艾默生)、？(《8( 0、488、西門子、霍尼韋爾、橫河、羅克韋爾、山武-霍尼韋爾公司、FISHER-R0SEM0UNT公司等。DCS的系統(tǒng)網絡有幾大優(yōu)點首先，它能滿足實時性的要求，能在確定的時間限度內完成信息的傳送。這里所說的“確定”的時間限度，是指在無論何種情況下，信息傳送都能在這個時間限度內完成，而這個時間限度則是根據(jù)被控制過程的實時性要求確定的；其次，它采用雙總線、環(huán)形或雙重星形的網絡拓撲結構后，系統(tǒng)網絡非?？煽?，無論在任何情況下，網絡通信都不會中斷；第三，為了滿足系統(tǒng)擴充性的要求，系統(tǒng)網絡上可接入的最大節(jié)點數(shù)量應比實際使用的節(jié)點數(shù)量大若干倍。這樣，一方面可以隨時增加新的節(jié)點，另一方面也可以使系統(tǒng)網絡運行于較輕的通信負荷狀態(tài)，以確保系統(tǒng)的實時性和可靠性，并具有很強在線網絡重構功能。DCS系統(tǒng)采用完全對現(xiàn)場I/O處理并實現(xiàn)直接數(shù)字控制(DDC)功能的網絡節(jié)點。一般一套DCS中要設置現(xiàn)場I/O控制站，用以分擔整個系統(tǒng)的I/O和控制功能。這樣既可以避免由于一個站點失效造成整個系統(tǒng)的失效，提高系統(tǒng)可靠性，也可以使各站點分擔數(shù)據(jù)采集和控制功能，有利于提高整個系統(tǒng)的性能。DCS利用工程師站進行離線的配置、組態(tài)工作和在線的系統(tǒng)監(jiān)督、控制、維護的網絡節(jié)點，其主要功能是提供對DCS進行組態(tài)，配置工作的工具軟件(即組態(tài)軟件)，并在DCS在線運行時實時地監(jiān)視DCS網絡上各個節(jié)點的運行情況，使系統(tǒng)工程師可以通過工程師站及時調整系統(tǒng)配置及一些系統(tǒng)參數(shù)的設定，使DCS隨時處在最佳的工作狀態(tài)之下。3、本裝置工作原理[0115]為了實現(xiàn)網調所要求的一次調頻功能，火力發(fā)電機組都設計了一次調頻控制系統(tǒng)。如圖5 (電力系統(tǒng)頻率-功率關系曲線)，電力系統(tǒng)平衡運行點為a，如果系統(tǒng)中的負載增加A Pl,則總負荷靜態(tài)頻率特性變?yōu)镻u，假設這時系統(tǒng)內的所有機組均無調速器，機組的輸入功率恒定為PT，且等于匕，則系統(tǒng)頻率將下降，負載所取用的有功功率逐漸減小。依靠負荷調節(jié)效應，系統(tǒng)達到新的平衡，運行點移到b點，頻率穩(wěn)定值下降到f3，系統(tǒng)負載所取用的有功功率仍然為原來的值。在這種情況下，頻率偏差值Af決定于
值的大小，一般是相當大的。但是，實際上各火力發(fā)電機組都設計有一次調頻控制裝置，當系統(tǒng)負載增加，頻率開始下降后，一次調頻控制系統(tǒng)開始工作，驅動功率調節(jié)器動作，增加機組的輸入功率PT。經過一段時間后，在c點穩(wěn)定運行，頻率為f2，這時系統(tǒng)負載所取用的功率為Pm小于額定頻率下所需要的功率Pu。此時的頻率偏差Af要比功率調節(jié)器時小得多了，這種調節(jié)作用 通常稱為一次調頻。二、方法I、本方法的相關工作過程根據(jù)電力系統(tǒng)運行的情況，可將頻率按照不同的數(shù)值區(qū)間劃分，分別討論相應工況下本一次調頻控制器500的工作過程。I)慢速率負荷指令修正方式該方式的工作工況是電網頻率在49 50. 2Hz之間波動，在某一時刻，時刻電網頻率因為負荷用戶的增加或減少而下降或上升，且下降或上升速率< 0. OlHz/min。此時，快速頻率延時計算單元501所計算出的延時后電網頻率信號fk同實時電網頻率fac;t的差值即為瞬時電網頻率相對變化量A fk，絕對值計算單元502對A fk進行絕對值運算后，輸出瞬時電網頻率絕對變化量Af\與頻率變化速率判斷單元503進行交互。由于此時A f*k < 0. OlHz/min,保持脈沖計算單元504通過運算會判定瞬時一次調頻系統(tǒng)負荷指令的補償方式代碼C1O), I)為狀態(tài)字“0”，通用頻率延時計算單元505接收“0”狀態(tài)字后，按照預先設計好的慢速慣性環(huán)節(jié)時間常數(shù)進行運算。這樣的工作方式即稱為慢速率負荷指令修正方式。在主運算回路方面，實時電網頻率faet首先交互至通用頻率延時計算單元505,得至IJ運算后的電網頻率延時信號f。，并同實時電網頻率fac;t進行求差運算，得到電網頻差信號Af。。這種頻差不同于傳統(tǒng)的基于50Hz頻率基準的計算方式，而是實時動態(tài)變化產生一定的頻差量，因此稱為浮動頻差調節(jié)方式。不等率增益計算單元506則依據(jù)機組不等率增益斜率K5,計算出頻差信號A fc所對應的實時機組有功功率補償量APi。AP1 —方面直接疊加到汽輪機調閥開度計算單元100，驅動汽輪機進汽調節(jié)閥組201動作，提前增加汽輪機進汽流量，形成機組負荷的快速響應；另一方面交互至機組負荷指令計算單元300，進而驅動給煤機電機401、汽動給水泵601、送風機電機701,從而改變鍋爐維持后續(xù)負荷所需的煤量、水量、風量,確保一次調頻動作后，機組能進入相應的穩(wěn)定工況。此方式的特點是，只有少量的調頻補償量參與機組的調節(jié)，目的是滿足電網頻率在緩慢下降或上升(速率<0. OlHz/min)的過程中，網內各機組的一次調頻系統(tǒng)對電網負荷偏差的補償進行微調。[0127]2)快速率負荷指令修正方式該方式的工作工況是電網頻率faet在49 50. 2Hz之間波動，在某一時刻，電網頻率fart因為負荷用戶的增加或減少而下降或上升，且下降或上升速率> 0. OlHz/min。此時，快速頻率延時計算單元501所計算出的延時后電網頻率信號fk同實時電網頻率fac;t的差值即為瞬時電網頻率相對變化量A fk，絕對值計算單元502對A fk進行絕對值運算后，輸出瞬時電網頻率絕對變化量Af\與頻率變化速率判斷單元503進行交互。由于此時A f*k > 0. OlHz/min,保持脈沖計算單元504通過運算會判定瞬時一次調頻系統(tǒng)負荷指令的補償方式代碼C1 (0，I)為狀態(tài)字“1”，通用頻率延時計算單元505接收“I”狀態(tài)字后，會將輸出的延時電網頻率f。按照上一運算周期的數(shù)值進行保持，保持時間已預先在該單元中設置。這樣的工作方式即稱為快速率負荷指令修正方式。由于通用頻率延時計算單元505的輸出信號f。保持不變，在后續(xù)一段時間內，頻差信號Af。的數(shù)值會隨著實時電網頻率fac;t的逐步下降或上升一直增大，致使不等率增益計算單元506的所輸出的實時機組有功功率補償量AP1絕對值一直增大。因此，同慢速率 負荷指令修正方式相比，在單位時間內，機組對電網頻率的變化提供更多的負荷響應，實現(xiàn)了快速頻率響應。此方式的特點是一次調頻系統(tǒng)認為電網頻率下降或上升速率過快，因此提供更多的調頻補償量參與機組的調節(jié)，目的是滿足電網頻率在快速下降或上升(速率>0. OlHz/min)的過程中，網內各機組的一次調頻系統(tǒng)迅速補償電網缺口負荷或快卸盈余電量，減緩系統(tǒng)頻率的下降或上升速率。3)緊急負荷指令修正方式該方式的工作工況是電網頻率faet在某一時刻，突降至49. OHz以下或者突升至
50.2Hz以上此時，不等率曲線函數(shù)計算單元507 —方面根據(jù)機組不等率特性曲線計算出該時刻電網頻率fac;t同電網頻率基準值50Hz之間的偏差，并計算出此頻率偏差所對應的機組有功功率補償量AP2，然后同補償限制單元508交互，實現(xiàn)機組有功功率補償?shù)陌踩薹δ?，最終得到機組安全限幅后機組有功功率緊急補償量AP;另一方面，不等率曲線函數(shù)計算單元507將一次調頻系統(tǒng)緊急補償方式代碼C2 (0，I)至狀態(tài)字“1”，交互至模擬量指令輸出選擇單元509，將其輸出A Pb賦值為AP;并交互至機組負荷指令計算單元300，進而驅動給煤機電機401、汽動給水泵601、送風機電機701，從而改變鍋爐維持后續(xù)負荷所需的煤量、水量、風量，確保一次調頻動作后，機組能進入相應的穩(wěn)定工況。此方式的特點是一旦電網頻率降至49Hz以下或者升至50. 2Hz，一次調頻控制器即認為此時電網頻率的變化已經超出了安全范圍，立即將一次調頻控制方式轉為緊急模式，通過大幅度增加或者減少機組有功功率，補償或者快卸電網多余電量，使電網頻率快速恢復至正常值范圍。2、軟件設計圖6為一次調頻控制器500工作時的軟件運算流程圖。軟件運算按照以下步驟進行第0:本周期運算開始；[0141]第I :實時電網頻率變化速率計算Afk ;(對應方法步驟①，②)第2 :絕對值計算，求得A ;(對應方法步驟③)第3 :進行A f\ < 0. OlHz/min判定，是則進入第4步驟，否則跳轉至第6步驟；(對應方法步驟③)第4 ^C1(Oa)狀態(tài)字置 “0”;第5 :利用傳遞函數(shù)fe(t) = l/(l+20s) Xfact(t)計算f。,并跳轉至第8步；(對應方法步驟④)第6 ^C1(Oa)狀態(tài)字置 “I”;第7 :將fe(t)保持上一運算周期值N秒；第8 :用方程A f。= fact-f。計算頻差；(對應方法步驟④)第9 :由頻差A f。計算一次調頻補償功率AP1 ;(對應方法步驟⑤)第10 :進行fact < 49. OHz或fact > 50. 2Hz判定，是則進入第11步驟，否則跳轉至第12步驟；(對應方法步驟⑦)第11 :將A Pb賦值為A P1Jfe轉至第15步驟；(對應方法步驟⑧)第12 :根據(jù)機組不等率特性曲線計算AP2 ;(對應方法步驟⑥)第13 :限幅運算得到AP*2 ;(對應方法步驟⑥)第14 :將A Pb賦值為A P;進入第15步驟；(對應方法步驟⑧)第15 :本周期運算結束。三、測試結果圖7是將基于浮動頻差調節(jié)和變負荷指令修正的一次調頻控制系統(tǒng)應用于工程試驗中所獲得的實時機組主要參數(shù)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)在實際汽輪發(fā)電機組投運過程中，表現(xiàn)出了對小型區(qū)域電網頻率的高頻、大幅波動特性的良好適應性，且同時能夠使機組的一次調頻能力滿足電網調度指標要求。
權利要求1. 一種基于浮動頻差調節(jié)和變速率負荷指令修正的一次調頻裝置，包括主機設備汽輪機調閥開度計算單元(100)、汽輪機DHl調節(jié)伺服卡(200)、汽輪機進汽調節(jié)閥組(201)、機組負荷指令計算單元(300)、鍋爐給煤機指令計算單元(400)、給煤機電機(401)、鍋爐給水泵指令計算單元(600)、汽動給水泵(601)、鍋爐送風機指令計算單元(700)和送風機電機(701)； 其特征在于設置有一次調頻控制器(500)； 其連接關系是 汽輪機調閥開度計算單元(100)、汽輪機DHl調節(jié)伺服卡(200)、汽輪機進汽調節(jié)閥組(201)依次連接； 機組負荷指令計算單元(300)、鍋爐給煤機指令計算單元(400)、給煤機電機(401)依次連接； 機組負荷指令計算單元(300)、鍋爐給水泵指令計算單元￠00)、汽動給水泵￠01)依次連接； 機組負荷指令計算單元(300)、鍋爐送風機指令計算單元(700)、送風機電機(701)依次連接； 一次調頻控制器(500)分別與汽輪機調閥開度計算單元(100)和機組負荷指令計算單元(300)連接； 一次調頻控制器(500)以工業(yè)控制服務器為核心并配置相應外圍通訊端口。
專利摘要本實用新型公開了一種基于浮動頻差調節(jié)和變速率負荷指令修正的一次調頻裝置，涉及一種火力發(fā)電機組一次調頻技術領域。本實用新型的結構是包括主機設備，設置有一次調頻控制器(500)，一次調頻控制器(500)分別與主機設備中的汽輪機調閥開度計算單元(100)和機組負荷指令計算單元(300)連接；一次調頻控制器(500)以工業(yè)控制服務器為核心并配置相應外圍通訊端口。本實用新型采用浮動頻差調節(jié)和變速率負荷指令修正以及引入一次調頻系統(tǒng)緊急補償方式，為電網頻率安全提供了有效保障。本實用新型適用于一種具有規(guī)模小、頻率波動頻繁、變化幅度大和穩(wěn)定周期長特征的電網。
文檔編號H02J3/38GK202550543SQ20122017676
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權日2012年4月24日
發(fā)明者潘楊, 賈慶巖 申請人:湖北省電力公司電力試驗研究院