一种利用原动机输出转矩控制发电机频率的方法 |
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申请号 | CN201510017577.8 | 申请日 | 2015-01-14 | 公开(公告)号 | CN104638650A | 公开(公告)日 | 2015-05-20 |
申请人 | 国家电网公司; 国网河南省电力公司经济技术研究院; 武汉大学; | 发明人 | 王璟; 黄泽华; 刘巍; 蒋小亮; 王利利; 陈力; 胡钋; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种利用 原动机 输出转矩控制发 电机 频率 的方法,步骤如下:A:计算各个机组的额定功率PGi的数值,设定各个机组的功率调节范围,并确定 电网 负荷的负荷调节效应系数KLD的数值;B:计算各个机组的扰动量ΔPi;C:计算各个机组单位调节功率KGi;D:根据系统的实时频率f与额定频率fN的差值Δf对各个机组分别进行PI运算得到各个机组的功率调整量ΔPGi,考虑 电 力 负荷 的调节效应,得到(ΔPGi-ΔPi)÷KLD=Δf (5);E:根据各个机组的 转子 运动方程式,结合步骤D中得到的式(5)得到各个机组的原动机的实时输出转矩TMi,将计算得到TMi作为各个机组的输入来控制系统的输出频率。本发明的调频控制方法简单可靠,能够实现电力系统调频的自动化,快速 跟踪 系统的频率变化,节约了人力成本,提高了电力系统的可靠性。 | ||||||
权利要求 | 1.一种利用原动机输出转矩控制发电机频率的方法,其特征在于:步骤如下: |
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说明书全文 | 一种利用原动机输出转矩控制发电机频率的方法技术领域背景技术[0002] 频率是电力系统最重要的运行参数之一,频率变化对系统的安全稳定运行具有重要的影响。电网发生有功不平衡时,将系统频率快速调节到额定频率极其重要,一次调频和二次调频可以有效地解决这一问题。一次调频是发电机组根据系统频率偏差调整功率输出,可以迅速消除扰动作用下电网的频率波动。二次调频是对发电机的功频特性曲线进行调整,使电网频率偏差趋向于零。 [0003] 当前的火电机组一次调频是靠机组的调速器自动调节,并且发电机组单位调节功率参数一般为固定值,不能动态的跟踪电网的变化。二次调频则是靠部分机组的同步器完成,对于没有安装自动发电控制的二次调频机组,则需要人工操作,容易引起误操作。 [0004] 当电力系统突然发生有功不平衡时,系统频率短时间内会迅速发生变化。基于上述一次调频和二次调频的缺点,提出本发明,可以快速自动的调节发电机的输出功率,使系统频率快速收敛到额定值。 发明内容[0005] 本发明要解决的是当前一次调频调不能动态的跟踪电网的变化,二次调频要依靠同步器,若不安装同步器则需要人工操作,易引起误操作等调频技术不足的技术问题。从而提供一种利用原动机输出转矩控制发电机频率的方法。 [0006] 为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案如下: [0007] 一种利用原动机输出转矩控制发电机频率的方法,步骤如下: [0008] A:计算各个机组的额定功率PGi的数值,设定各个机组的功率调节范围,并确定电网负荷的负荷调节效应系数KLD的数值; [0009] B:计算各个机组的扰动量ΔPi; [0010] C:计算各个机组单位调节功率KGi; [0011] D:根据系统的实时频率f与额定频率fN的差值Δf对各个机组分别进行PI运算得到各个机组的功率调整量ΔPGi,考虑电力负荷的调节效应,得到 [0012] (ΔPGi-ΔPi)÷KLD=Δf (5); [0014] 所述步骤B具体如下:先计算出各个机组的实时输出功率PGi';再结合各个机组的额定输出功率PGi计算出机组输出功率总和的变化量ΔP, [0015] [0016] 然后根据各个机组的额定输出功率PGi和机组输出功率总和的变化量ΔP,得到各个机组的扰动量ΔPi, [0017] [0018] 其中,n为机组的总数量,PGi'为第i台机组的实时输出功率,PGi为第i台机组的额定功率,ΔPi为第i台机组的扰动量。 [0019] 所述步骤C具体如下:根据各个机组的实时输出功率PGi'和系统的额定频率fN,计算出各个机组的单位调节功率KGi, [0020] [0021] 其中,KGi为第i台机组的单位调节功率值,KGi*为KGi的标幺值, [0022] 一般取16.7-25;为了满足实际机组的出力能力,对KGi做出限定, [0023] KGi(min)≤KGi≤KGi(max) (4); [0024] 其中,KGi(min)和KGi(max)分别为第i台机组的单位调节功率的下限和上限;当KGi小于KGi(min)时,取KGi=KGi(min);当KGi大于KGi(max)时,取KGi=KGi(max)。 [0025] 在步骤D中,比例运算P相当于电力系统一次调频,各个机组的比例系数分别取为KGi;积分运算I相当于电力系统二次调频,所有机组的积分系数统均为0.01。 [0026] 在步骤E中,所述各个机组的转子运动方程式如下: [0027] [0028] 其中,TJi为第i台机组的惯性时间常数;Di为第i台机组的阻尼系数;ωi为第i台机组的实时角速度,ωNi为第i台机组的额定角速度;TMi为第i台机组的原动机实时输出机械转矩,TMNi为第i台机组的原动机额定输出机械转矩;PEi为第i台机组的实时电磁功率,PENi为第i台机组的额定电磁功率;ΔTEi为第i台机组的电磁转矩的变化量;ΔTMi为第i台机组的原动机机械转矩的变化量;ΔTi为第i台机组的原动机机械转矩的变化量与第i台机组的电磁转矩的变化量的差值。 [0029] 结合工程实际,忽略阻尼摩擦等损耗,所述第i台机组的实时电磁功率PEi取为第i台机组的实时输出功率PGi',第i台机组的额定电磁功率PENi取为第i台机组的额定输出功率PGi,第i台机组的原动机额定输出机械转矩TMNi取为第i台机组的额定输出转矩。 [0030] 本发明以电力系统一次调频和二次调频为基础理论,将一次调频和二次调频作为比例积分(PI)环节引入控制部分,结合发电机转子运动方程,利用原动机输出的机械转矩直接对发电机进行控制,可以快速自动的调节频率,使之稳定在额定值,大大提高了电力系统的安全问题运行。 [0031] 本发明的调频控制方法简单可靠,可运用于电力系统在线控制以及离线仿真分析。利用PI控制实现电力系统调频,其中,对比例参数进行了优化,能够实现系统频率的快速收敛,使系统的频率波动很小。将系统突变作为扰动量引入控制环节,并对扰动量进行合理量化,只需获取少量的参数,即可以进行实时计算,能够实现电力系统调频的自动化,快速跟踪系统的频率变化,节约了人力成本,提高了电力系统的可靠性。附图说明 [0032] 图1为本发明的流程图。 [0033] 图2为本发明的仿真的系统输出频率图。 具体实施方式[0034] 下面结合附图对本发明的控制方法做进一步详细的描述。 [0035] 实施例:一种利用原动机输出转矩控制发电机频率的方法,以IEEE的3机9节点为仿真案例,要求系统在t=1.5s时突然增加50MW的情况下,系统快速收敛至50Hz,同时最大频率偏差不超过0.02Hz。 [0036] 根据IEEE的3机9节点模型的原始数据进行分析计算线路参数、变压器参数、负荷参数和发电机参数等数据。 [0037] 如图1所示,本发明的控制方法通过以下步骤实现: [0038] A:计算各个机组的额定功率PGi的数值,设定各个机组的功率调节范围,并确定电网负荷的负荷调节效应系数KLD的数值。 [0039] 在系统额定运行情况下,分别计算3个机组的额定功率值PG1,PG2,PG3,设定3个机组各自的功率调节范围;并确定电网负荷的负荷调节效应系数KLD的数值。 [0040] B:计算各个机组的扰动量ΔPi。 [0041] 先分别计算出3个机组的实时输出功率PG1',PG2',PG3'; [0042] 再结合3个机组的额定功率值PG1,PG2,PG3,计算出机组输出功率总和的变化量ΔP。 [0043] [0044] 然后将3个机组的额定输出功率PGi和机组输出功率总和的变化量ΔP,分别带入式(2)中得到3个机组的扰动量ΔP1,ΔP2,ΔP3。 [0045] [0046] 其中,n为机组的总数量,PGi'为第i台机组的实时输出功率,PGi为第i台机组的额定功率,ΔPi为第i台机组的扰动量。 [0047] C:计算各个机组单位调节功率KGi。 [0048] 将3个机组的实时输出功率PG1',PG2',PG3'和系统的额定频率fN,分别带入式(3)中,计算出3个机组的单位调节功率KG1,KG2,KG3。 [0049] [0050] 其中,KGi为第i台机组的单位调节功率值,KGi*为KGi的标幺值,一般取16.7-25;为了满足实际机组的出力能力,对KGi做出限定, [0051] KGi(min)≤KGi≤KGi(max) (4) [0052] 其中,KGi(min)和KGi(max)分别为第i台机组的单位调节功率的下限和上限。当KGi小于KGi(min)时,取KGi=KGi(min);当KGi大于KGi(max)时,取KGi=KGi(max)。 [0053] 在本实施例中,KG1*=20,KG2*=25,KG3*=17,KG1(min)=0.034,KG1(max)=0.051;KG2(min)=0.065,KG2(max)=0.098;KG3(min)=0.023,KG3(max)=0.035。 [0054] D:根据系统的实时频率f与额定频率fN的差值Δf对各个机组分别进行PI运算得到各个机组的功率调整量ΔPGi,考虑电力负荷的调节效应,得到 [0055] (ΔPGi-ΔPi)÷KLD=Δf (5) [0056] 将系统的实时频率f与额定频率fN的差值Δf对3个机组分别进行PI运算,得到3个机组的功率调整量ΔPG1,ΔPG2,ΔPG3。 [0057] 其中,比例运算P相当于电力系统一次调频,3个机组的比例系数分别取为KG1,KG2,KG3。积分运算I相当于电力系统二次调频,所有机组的积分系数统均为0.01。 [0058] 将3个机组的功率调整量ΔPG1,ΔPG2,ΔPG3和3个机组的扰动量ΔP1,ΔP2,ΔP3,分别带入式(5)中。 [0059] E:根据各个机组的转子运动方程式,结合步骤D中得到的式(5)得到各个机组的原动机的实时输出转矩TMi,将计算得到TMi作为各个机组的输入来控制系统的输出频率。 [0060] 所述各个机组的转子运动方程式如下: [0061] [0062] 其中,TJi为第i台机组的惯性时间常数;Di为第i台机组的阻尼系数;ωi为第i台机组的实时角速度,ωNi为第i台机组的额定角速度;TMi为第i台机组的原动机实时输出机械转矩,TMNi为第i台机组的原动机额定输出机械转矩;PEi为第i台机组的实时电磁功率,PENi为第i台机组的额定电磁功率;ΔTEi为第i台机组的电磁转矩的变化量;ΔTMi为第i台机组的原动机机械转矩的变化量;ΔTi为第i台机组的原动机机械转矩的变化量与第i台机组的电磁转矩的变化量的差值。 [0063] 合工程实际,忽略阻尼摩擦等损耗,所述第i台机组的实时电磁功率PEi取为第i台机组的实时输出功率PGi',第i台机组的额定电磁功率PENi取为第i台机组的额定输出功率PGi,第i台机组的原动机额定输出机械转矩TMNi取为第i台机组的额定输出转矩[0064] 将3个机组的在步骤D中得到各自的差值Δf代入到式(6)中,经计算得到3个机组的原动机实时输出机械转矩TM1,TM2,TM3。其中,TM1,TM2,TM3是关于系统的实时频率f的函数。 [0065] 将计算得到的3个机组的原动机实时输出机械转矩TM1,TM2,TM3,分别作为3个机组的输入进而控制系统的实时频率f。 [0066] 本发明的仿真的系统输出频率图,如图2所示。 |