一種水電機組一次調頻理論動作電量的計算系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種水電機組一次調頻理論動作電量的計算系統及方法，包括電子調節器模型依據頻率偏差以及有功功率偏差或者導葉開度偏差得到水輪機組的目標導葉開度信號；導葉執行機構模型依據目標導葉開度信號得到實際導葉開度信號；水輪機原動機模型依據實際導葉開度信號得到理論有功功率；其中，水輪機原動機模型為只考慮剛性水擊的理想水輪機模型；理論動作積分電量計算模塊依據理論有功功率、理論有功功率對應的時間以及理論動作積分電量關系式得到水電機組一次調頻的理論動作積分電量。可見，本發明專利技術依據水電機組的仿真模型得到水電機組的理論有功功率，并采用理論有功功率以及時間的關系得到理論動作積分電量，采用該方式得到的理論動作積分電量更加準確。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及水電機組一次調頻
，特別是涉及一種水電機組一次調頻理論動作電量的計算系統及方法。
技術介紹
目前，在影響電能質量的因素中，電網頻率占主要部分。水電機組一次調頻是指當電網頻率發生波動時，調速系統根據電網頻率與額定頻率的頻率差自動調節導葉開度，改變機組出力來適應負荷變化。一次調頻服務作為基本輔助服務之一，是電網要求電廠必須提供的服務。若電廠因自身原因不能提供一次調頻服務或提供的一次調頻服務不達標就會被考核。根據考核的結果相應地扣減電廠發電量，最終影響其經濟效益。現有技術中對一次調頻動作后所貢獻電量的考核，是調度部門在電網頻率超出調頻死區范圍時記錄當下動作時間、電網實時頻率與電廠上送的水電機組的實際功率等數據，根據這些數據利用考核公式分別計算出機組的理論動作積分電量和實際動作積分電量，然后再根據實際動作積分電量以及理論動作積分電量判斷動作質量是否合格，并決定電廠是否要受到考核。實際動作積分電量計算如公式(1)所示：Qr=∫t0t0+Δt(Pa-P0)dt/3600---(1)]]>式中：Qr為實際動作積分電量(單位：kW·h)；t0為積分起始時間，即頻率偏差超過頻率死區的時刻(單位：s)；Δt為積分開始后的一次調頻過程持續時間(最長不超過60s，超過60s的以60s計算，單位：s)；Pa為機組實際出力(單位：kW)；P0為積分起始時間對應的機組出力(單位：kW)。理論動作積分電量計算如公式(2)所示：Qt=Pr×∫t0t0+ΔtΔf(3600×fr×4%)dt---(2)]]>式中：Qt為理論動作積分電量(單位：kW·h)；Pr為機組額定出力(單位：kW)；t0和Δt的意義與上述相同；Δf為頻率偏差；4％為機組的轉速不等率(永態轉差率)。其中，頻率偏差Δf的計算公式為：Δf=0-ef≤fr-fg≤effr-fg-efef<fr-fgfr-fg+effr-fg<-ef---(3)]]>式中：fg為水電機組的頻率(單位：Hz)；fr為電網額定頻率(單位：Hz)；ef為一次調頻死區(單位：Hz)。由公式(1)、(2)可知，實際動作積分電量是根據有功功率—時間關系曲線來計算，而理論動作積分電量是根據頻率—時間關系曲線來計算的。理論積分電量隨頻差實時改變，而水電機組調節系統滯后性較強，功率響應相對較慢，且由于水力慣性的原因，在調節初期會出現反調效應，都將致使相同時間段內實際動作積分電量較理論值偏小。極端情況下，當頻率擾動為一階躍量時，頻率—時間關系曲線為一條折線，而有功功率—時間關系曲線為一條曲線，如圖1所示，t0時刻頻率擾動-0.15Hz，機組頻差超出人工頻率死區，經短暫延時一次調頻開始動作，由于水力慣性的原因在導葉運動初期出現反調效應，如圖1(c)中t0-t1時段，此時機組為反方向出力響應，實際積分電量為負值。t1時刻之后，機組出力轉為正方向，實際積分電量逐漸變為正值。圖1(b)中陰影部分為理論動作積分電量，圖1(c)中陰影部分為實際動作積分電量，可以看出在計算過程中理論與實際值誤差較大。這說明用頻率—時間關系曲線來計算理論動作積分電量是不準確的。因此，如何提供一種準確度高的水電機組一次調頻理論動作電量的計算系統及方法是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種水電機組一次調頻理論動作電量的計算系統，依據水電機組的仿真模型得到水電機組的理論有功功率，并采用理論有功功率以及時間的關系得到理論動作積分電量，采用該方式得到的理論動作積分電量更加準確；本專利技術的另一目的是提供一種水電機組一次調頻理論動作電量的計算方法。為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種水電機組一次調頻理論動作電量的計算系統，包括：電子調節器模型，用于依據頻率偏差以及有功功率偏差或者導葉開度偏差得到所述水電機組的目標導葉開度信號，其中，所述頻率偏差為頻率給定信號減去所述水電機組的頻率得到的差值經過死區處理后得到的數值，所述有功功率偏差為給定理論有功功率減去所述水電機組的理論有功功率得到的差值；所述導葉開度偏差為給定導葉開度減去所述水電機組的導葉開度得到的差值；導葉執行機構模型，用于依據所述目標導葉開度信號得到實際導葉開度信號；水輪機原動機模型，用于依據所述實際導葉開度信號得到理論有功功率；其中，所述水輪機原動機模型為只考慮剛性水擊的理想水輪機模型，所述水輪機原動機模型對應的傳遞函數關系為：其中，Tw為水流慣性時間常數；理論動作積分電量計算模塊，用于依據所述理論有功功率、所述理論有功功率對應的時間以及理論動作積分電量關系式得到水電機組一次調頻的理論動作積分電量，其中，所述理論動作積分電量關系式為：Qt=∫t0t0+Δt(Pt-P0)dt/3600;]]>其中，Qt為所述理論動作積分電量；t0為頻率偏差超過頻率死區的時刻；Δt為積分開始后的一次調頻過程持續時間，其中，Δt最長不超過60s，超過60s的以60s計算；Pt為所述理論有功功率；P0為t0對應的理論有功功率。優選地，所述電子調節器模型具體用于：接收頻率給定信號以及水電機組的頻率，對所述頻率給定信號與所述水電機組的頻率進行做差處理，并對得到的差值進行死區處理得到所述頻率偏差；對所述頻率偏差分別進行第一比例處理和第一微分處理，對應得到第一數值和第二數值；將有功功率偏差與功率調差系數進行相乘處理或者將導葉開度偏差與開度調差系數進行相乘處理，得到第三數值；將所述第三數值與所述頻率偏差做相加處理，對相加處理得到的結果進行第一積分處理，得到第四數值；對所述第一數值、所述第二數值以及所述第四數值做相加處理，得到第五數值；對所述第五數值進行第一限幅處理，得到所述目標導葉開度信號；所述第一比例處理對應的傳遞函數為Kp，所述第一微分處理對應的傳遞函數為所述第一積分處理對應的傳遞函數為其中，Kp為第一比例增益，KI為第一積分增益，KD為第一微分增益，T1V為第一微分時間常數。優選地，所述導葉執行機構模型具體用于：將所述目標導葉開度信號與當前實際導葉開度信號進行做差處理，并對得到的差值分別進行第二比例處理、第二積分處理以及第二微分處理，再將得到的三個數值進行第二限幅處理，并對第二限幅處理得到的結果進行積分，再對積分的結果進行第三限幅處理，得到所述實際導葉開度信號；其中，所述第二比例處理對應的傳遞函數為Kp'，所述第二積分處理對應的傳遞函數為所述第二微分處理對應的傳遞函數為KD'S，其中，所述Kp'為第二比例增益，KI'為第二積分增益，KD'為第二微分增益。為解決上述技術問題，本專利技術還提供了一種水電機組一次調頻理論動作電量的計算方法，包括：電子調節器模型依據頻率偏差以及有功功率偏差或者導葉開度偏差得到所述水電機組的目標導葉開度信號，其中，所述頻率偏差為頻率給定信號減去所述水電機組的頻率得到的差值經過死區處理后得到的數值，所述有功功率偏差為給定理論有功功率減去所述水電機組的理論有功功率得到的差值；所述導葉開度偏差為給定導葉開度減去所述水電機組的導葉開度得到的差值；導葉執行機構模型依據所述目標導本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種水電機組一次調頻理論動作電量的計算系統，其特征在于，包括：電子調節器模型，用于依據頻率偏差以及有功功率偏差或者導葉開度偏差得到所述水電機組的目標導葉開度信號，其中，所述頻率偏差為頻率給定信號減去所述水電機組的頻率得到的差值經過死區處理后得到的數值，所述有功功率偏差為給定理論有功功率減去所述水電機組的理論有功功率得到的差值；所述導葉開度偏差為給定導葉開度減去所述水電機組的導葉開度得到的差值；導葉執行機構模型，用于依據所述目標導葉開度信號得到實際導葉開度信號；水輪機原動機模型，用于依據所述實際導葉開度信號得到理論有功功率；其中，所述水輪機原動機模型為只考慮剛性水擊的理想水輪機模型，所述水輪機原動機模型對應的傳遞函數關系為：其中，Tw為水流慣性時間常數；理論動作積分電量計算模塊，用于依據所述理論有功功率、所述理論有功功率對應的時間以及理論動作積分電量關系式得到水電機組一次調頻的理論動作積分電量，其中，所述理論動作積分電量關系式為：Qt=∫t0t0+Δt(Pt-P0)dt/3600;]]>其中，Qt為所述理論動作積分電量；t0為頻率偏差超過頻率死區的時刻；Δt為積分開始后的一次調頻過程持續時間，其中，Δt最長不超過60s，超過60s的以60s計算；Pt為所述理論有功功率；P0為t0對應的理論有功功率。...

【技術特征摘要】
1.一種水電機組一次調頻理論動作電量的計算系統，其特征在于，包括：電子調節器模型，用于依據頻率偏差以及有功功率偏差或者導葉開度偏差得到所述水電機組的目標導葉開度信號，其中，所述頻率偏差為頻率給定信號減去所述水電機組的頻率得到的差值經過死區處理后得到的數值，所述有功功率偏差為給定理論有功功率減去所述水電機組的理論有功功率得到的差值；所述導葉開度偏差為給定導葉開度減去所述水電機組的導葉開度得到的差值；導葉執行機構模型，用于依據所述目標導葉開度信號得到實際導葉開度信號；水輪機原動機模型，用于依據所述實際導葉開度信號得到理論有功功率；其中，所述水輪機原動機模型為只考慮剛性水擊的理想水輪機模型，所述水輪機原動機模型對應的傳遞函數關系為：其中，Tw為水流慣性時間常數；理論動作積分電量計算模塊，用于依據所述理論有功功率、所述理論有功功率對應的時間以及理論動作積分電量關系式得到水電機組一次調頻的理論動作積分電量，其中，所述理論動作積分電量關系式為：Qt=∫t0t0+Δt(Pt-P0)dt/3600;]]>其中，Qt為所述理論動作積分電量；t0為頻率偏差超過頻率死區的時刻；Δt為積分開始后的一次調頻過程持續時間，其中，Δt最長不超過60s，超過60s的以60s計算；Pt為所述理論有功功率；P0為t0對應的理論有功功率。2.如權利要求1所述的計算系統，其特征在于，所述電子調節器模型具體用于：接收頻率給定信號以及水電機組的頻率，對所述頻率給定信號與所述水電機組的頻率進行做差處理，并對得到的差值進行死區處理得到所述頻率偏差；對所述頻率偏差分別進行第一比例處理和第一微分處理，對應得到第一數值和第二數值；將有功功率偏差與功率調差系數進行相乘處理或者將導葉開度偏差與開度調差系數進行相乘處理，得到第三數值；將所述第三數值與所述頻率偏差做相加處理，對相加處理得到的結果進行第一積分處理，得到第四數值；對所述第一數值、所述第二數值以及所述第四數值做相加處理，得到第五數值；對所述第五數值進行第一限幅處理，得到所述目標導葉開度信號；所述第一比例處理對應的傳遞函數為Kp，所述第一微分處理對應的傳遞函數為所述第一積分處理對應的傳遞函數為其中，Kp為第一比例增益，KI為第一積分增益，KD為第一微分增益，T1V為第一微分時間常數。3.如權利要求1所述的計算系統，其特征在于，所述導葉執行機構模型具體用于：將所述目標導葉開度信號與當前實際導葉開度信號進行做差處理，并對得到的差值分別進行第二比例處理、第二積分處理以及第二微分處理，再將得到的三個數值進行第二限幅處理，并對第二限幅處理得到的結果進行積分，再對積分的結果進行第三限幅處理，得到所述實際導葉開度信號；其中，所述第二比例處理對應的傳遞函數為Kp'，所述第二積分處理對應的傳遞函數為所述第二微分處理對應的傳遞函數為KD'S，其中，所述Kp'為第二比例增益，KI'為第二積分增益，KD'為第二微分增益。4.一種水電機組一次調頻理論動作電量的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李璽，徐廣文，黃青松，姚澤，
申請(專利權)人：廣東電網有限責任公司電力科學研究院，
類型：發明
國別省市：廣東;44