一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法与流程

1.本发明属于水电机组一次调频技术领域，尤其涉及一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法。


背景技术：

2.随着大中型水电机组的大规模投产，水电机组在电网中的占比也在不断的提高，水电机组影响电力系统的频率稳定性的问题也逐渐体现出来，水电机组的调节品质的优劣和运行的可靠性直接影响到水电机组乃至整个电力系统的安全可靠运行和电能质量。在电网中，用户对电能的需求与发电企业所发出的电能须保持平衡状态，当产生不平衡时电网必须进行调整，调整的手段主要有一次调频及自动发电控制。而在水电机组运行过程中，一次调频控制是水电机组调速系统运行时的一项基本功能，当电网频率的变化量超出频率死区时，水电机组调速系统根据频率变化量相应改变机组所带负荷。由于开度模式具有运行可靠性高、调节稳定性强等优点，一直以来都是水电机组调速系统主要运行模式。对于开度模式运行的水电机组而言，在永态转差率一定的情况下，一次调频调整量是由频率偏差决定的，而电网频率偏差一般较小，因此一次调频调整量相对较小。同时，受水电机组负荷调节非线性的影响，当机组运行水头不同时，在同一永态转差率和相同电网频率偏差下，机组的一次调频性能差别较大。
3.通常而言，对于运行水头变化幅度较大的水电机组，处于开度模式运行时，在高水头和低水头运行工况下的一次调频性能差别较大。对于开度模式下运行的水电机组，当电网频率达到或超过一次调频死区时，无论机组运行水头大小如何，其一次调频动作开度(增加或减少开度)与永态转差率和频率偏差成正比。由于水电机组的非线性特性，通常不同机组在不同运行水头下机组的有功功率变化量差别较大，对于受水头变化较大的机组在低水位运行时通常达不到一次调频负荷变化量的要求。另一方面，受运行环境中水、机、电多种因素的影响，尽管水电机组调速系统功率模式运行时一次调频性能有较大幅度提升，但是机组整体调节性能劣化严重。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题：提供一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法，以解决现有技术对于开度模式下运行的水电机组由于水电机组的非线性特性，通常不同机组在不同运行水头下机组的有功功率变化量差别较大，对于受水头变化较大的机组在低水位运行时通常达不到一次调频负荷变化量的要求；尽管水电机组调速系统功率模式运行时一次调频性能有较大幅度提升，但是机组整体调节性能劣化严重等技术问题。
5.本发明技术方案：
6.一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法，其特征在于：它包括：机组并网运行时，调速系统通过测量获得系统当前频率值为f(i)判断机组一次调频是否动作；调速系统判断机组一次调频动作时，同时调速系统采集机组特点参数k1和运行水头参数k2并根
据当前机组特点及运行水头信息调整机组一次调频动作量，从而达到优化机组一次调频性能的目标。
7.所述调速系统通过测量获得系统当前频率值为f(i)判断机组一次调频是否动作的方法为：
8.当|f
ed-f(i)|≤f
sq
时，调速系统判断机组一次调频不动作，则
9.a(i)＝ag(i)'＝a
g(i)10.式中：a(i)为机组当前运行开度值；ag(i)为调速系统计算的监控系统开度给定值；ag(i)'为一次调频动作值和监控系统开度给定叠加值；
11.当|f
ed-f(i)|≥f
sq
时，调速系统判断机组一次调频动作。调速系统采集机组特点参数k1和运行水头参数k2并根据当前机组特点及运行水头信息调整机组一次调频动作量的公式为：
[0012][0013]
式中：a(i)为机组当前导叶开度值；ag(i)为调速系统计算的监控系统导叶开度给定值；ag(i)'为一次调频动作值和监控系统导叶开度给定叠加值；a
max
为机组导叶开度最大值；f
ed
为系统额定频率；f(i)为电网当前实际频率；b
p
为机组设定的永态转差率；k1为当前机组特点参数；k2为机组运行水头参数。
[0014]
对于冲击式水电机组、轴流转桨式水电机组和水头变幅小于15米的混流式水电机组，k1＝1.10～1.15；对于轴流定桨式水电机组和水头变幅大于等于15米且小于30米的混流式水电机组，k1＝1.25～1.30；对于水头变幅大于等于30米的混流式水电机组，k1＝1.40～1.45。
[0015]
机组运行水头参数k2的确定方法为：
[0016]
当时，
[0017][0018]
当时，
[0019]
k2＝1.0；
[0020]
当时，
[0021][0022]
当时，
[0023][0024]
k2为当前机组运行水头参数；hi为机组当前运行水头；h
max
为机组最大运行水头；hmin
为机组最小运行水头；hr为机组额定运行水头。
[0025]
所述一次调频动作值包括增加值或减少值。
[0026]
本发明的有益效果：
[0027]
本发明对于运行于开度模式的水电机组，受水电机组非线性特性影响，在不同水头运行工况下存在一次调频性能欠佳、积分电量变化幅度较大的问题。本发明在不改变水电机组永态转差率和一次调频频率偏差计算方法的基础上，通过叠加机组特点参数和运行水头参数的技术手段，以动态计算一次调频动作量的方式调整(增大或减小)一次调频积分电量，从而达到优化水电机组一次调频性能的目的，是水电机组控制领域的一种实用而高效的方法。
[0028]
解决了现有技术对于开度模式下运行的水电机组由于水电机组的非线性特性，通常不同机组在不同运行水头下机组的有功功率变化量差别较大，对于受水头变化较大的机组在低水位运行时通常达不到一次调频负荷变化量的要求；尽管水电机组调速系统功率模式运行时一次调频性能有较大幅度提升，但是机组整体调节性能劣化严重等技术问题。
附图说明
[0029]
图1为本发明流程示意图。
具体实施方式
[0030]
水电机组调速系统开度模式下一次调频性能的优化方法，机组并网正常运行过程中，a(i)为机组当前运行开度值，ag(i)为调速系统通过电厂监控系统下发的有功功率指令值pg(i)而计算出的相对应的导叶开度给定值；ag(i)'为调速系统根据下发的有功功率值和一次调频动作值(增加值或减少值)叠加而对应的导叶开度计算输出值；f(i)为系统当前频率值；b
p
为机组设定的永态转差率；f
ed
为系统额定频率；f
sq
为机组一次调频频率死区。
[0031]
机组并网运行时，调速系统通过测量获得系统当前频率值为f(i)，并判断机组一次调频是否动作：
[0032]
1、当|f
ed-f(i)|≤f
sq
时，调速系统判断机组一次调频不动作，则a(i)＝ag(i)'＝a
g(i)[0033]
其中：a(i)为机组当前运行开度值；
[0034]ag
(i)为调速系统计算的监控系统开度给定值；
[0035]ag
(i)'为一次调频动作值和监控系统开度给定叠加值；
[0036]
2、当|f
ed-f(i)|≥f
sq
时，调速系统判断机组一次调频动作，同时调速系统采集机组特点参数k1和运行水头参数k2并根据当前机组特点及其运行水头信息调整机组一次调频动作量，则：
[0037][0038]
其中：a(i)为机组当前导叶开度值；
[0039]ag
(i)为调速系统计算的监控系统导叶开度给定值；
[0040]ag
(i)'为一次调频动作值和监控系统导叶开度给定叠加值；
[0041]amax
为机组导叶开度最大值；～
[0042]fed
为系统额定频率；
[0043]
f(i)为电网当前实际频率；
[0044]bp
为机组设定的永态转差率；
[0045]
k1为当前机组特点参数；
[0046]
k2为机组运行水头参数；
[0047]
上式中的k1为当前运行机组特点参数，对于冲击式水电机组、轴流转桨式水电机组和水头变幅小于15米的混流式水电机组，k1＝1.10～1.15；对于轴流定桨式水电机组和水头变幅大于等于15米且小于30米的混流式水电机组，k1＝1.25～1.30；对于水头变幅大于等于30米的混流式水电机组，k1＝1.40～1.45。
[0048]
上式中的k2根据如下规则确定，
[0049]
⑴
当时，
[0050][0051]
⑵
当时，
[0052]
k2＝1.0；
[0053]
⑶
当时，
[0054][0055]
⑷
当时，
[0056][0057]
其中：k2为当前机组运行水头参数；
[0058]hi
为机组当前运行水头；
[0059]hmax
为机组最大运行水头；
[0060]hmin
为机组最小运行水头；
[0061]hr
为机组额定运行水头；
[0062]
所以在一次调频动作时，调速系统需要采集机组的性能特点和运行水头信息，然后根据当前运行机组特点参数k1和机组运行水头参数k2经计算后确定机组一次调频动作量，从而达到优化机组一次调频性能的目标。

技术特征：
1.一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法，其特征在于：它包括：机组并网运行时，调速系统通过测量获得系统当前频率值为f(i)判断机组一次调频是否动作；调速系统判断机组一次调频动作时，同时调速系统采集机组特点参数k1和运行水头参数k2并根据当前机组特点及运行水头信息调整机组一次调频动作量，从而达到优化机组一次调频性能的目标。2.根据权利要求1所述的一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法，其特征在于：所述调速系统通过测量获得系统当前频率值为f(i)判断机组一次调频是否动作的方法为：当|f
ed-f(i)|≤f
sq
时，调速系统判断机组一次调频不动作，则a(i)＝a
g
(i)'＝a
g
(i)式中：a(i)为机组当前运行开度值；a
g
(i)为调速系统计算的监控系统开度给定值；a
g
(i)'为一次调频动作值和监控系统开度给定叠加值；当|f
ed-f(i)|≥f
sq
时，调速系统判断机组一次调频动作。3.根据权利要求1所述的一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法，其特征在于：调速系统采集机组特点参数k1和运行水头参数k2并根据当前机组特点及运行水头信息调整机组一次调频动作量的公式为：式中：a(i)为机组当前导叶开度值；a
g
(i)为调速系统计算的监控系统导叶开度给定值；a
g
(i)'为一次调频动作值和监控系统导叶开度给定叠加值；a
max
为机组导叶开度最大值；f
ed
为系统额定频率；f(i)为电网当前实际频率；b
p
为机组设定的永态转差率；k1为当前机组特点参数；k2为机组运行水头参数。4.根据权利要求3所述的一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法，其特征在于：机组特点参数k1的取值方法为：对于冲击式水电机组、轴流转桨式水电机组和水头变幅小于15米的混流式水电机组，k1＝1.10～1.15；对于轴流定桨式水电机组和水头变幅大于等于15米且小于30米的混流式水电机组，k1＝1.25～1.30；对于水头变幅大于等于30米的混流式水电机组，k1＝1.40～1.45。5.根据权利要求3所述的一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法，其特征在于：机组运行水头参数k2的确定方法为：当时，当时，k2＝1.0；当时，
当时，k2为当前机组运行水头参数；h
i
为机组当前运行水头；h
max
为机组最大运行水头；h
min
为机组最小运行水头；h
r
为机组额定运行水头。6.根据权利要求2所述的一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法，其特征在于：所述一次调频动作值包括增加值或减少值。

技术总结
本发明公开了一种水电机组开度模式下一次调频性能优化方法，它包括：机组并网运行时，调速系统通过测量获得系统当前频率值为f(i)判断机组一次调频是否动作；调速系统判断机组一次调频动作时，同时调速系统采集机组特点参数K1和运行水头参数K2并根据当前机组特点及运行水头信息调整机组一次调频动作量，从而达到优化机组一次调频性能的目标；解决了现有技术对于开度模式下运行的水电机组由于水电机组的非线性特性，通常不同机组在不同运行水头下机组的有功功率变化量差别较大，对于受水头变化较大的机组在低水位运行时通常达不到一次调频负荷变化量的要求；机组整体调节性能劣化严重等技术问题。化严重等技术问题。化严重等技术问题。


技术研发人员：陈满华 苏立 毛成 沈春和 陈晖
受保护的技术使用者：贵州电网有限责任公司
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/3/8