一种用于协调控制水电机组一次调频与AGC的方法及系统与流程

本发明涉及电力系统技术领域，并且更具体地，涉及一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法及系统。

背景技术：

为解决西南电网典型运行方式高占比水电系统存在的超低频振荡风险，通常对水电机组调速系统进行适应性优化改造，在提升其阻尼性能的同时，降低了其参与电网频率调节的能力，电网频率波动幅度及频率限制增加，频率翻越一次调频及二次调频调节死区次数增多，发电机组一次调频与电网自动发电控制(agc)动作特性不协调问题凸显；同时发电厂监控系统与一次调频的不协调也削弱机组对系统频率的调控能力。暴露出一次调频和监控系统、agc的协调配合还存在问题，需要开展针对性研究。

文献“水电机组一次调频与agc典型控制策略的工程分析及优化”提出agc负荷指令首先响应时，应短暂屏蔽一次调频功能等策略。文献“水电厂监控系统agc负荷调节建模与仿真研究”对水电厂监控系统agc负荷调节模块结构进行了深入研究，建立了能够正确反映水电厂机组一次调频、单机agc增减负荷过程的模型。文献“互联电网频率调节动态仿真系统的研制”建立了针对研究互联电网频率控制与调节的动态仿真系统。但对agc设定值与一次调频变化量之间的协调控制问题没有考虑，agc和一次调频从属不同时域的控制，其控制目标、响应时间和响应速度也不同。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法，包括：

确定互联电网不同区域联络线中的输电功率变化，根据输电功率变化量确定水电机组的频率变化；

根据水电机组的频率变化，确定水电机组调速系统的一次调频后的水电机组调速系统负荷频率响应系数；

对水电机组调速系统的二次调频的调频功率预定值附加调频功率补正值，进行二次调频；

确定二次调频的调频功率与一次调频的调频功率是否抵消，且二次调频结束后水电机组的频率频率偏差是否为0；

当二次调频的调频功率与一次调频的调频功率相互抵消，且二次调频结束后水电机组的频率频率偏差为0时，对agc功率闭环控制图变换，获取修正后的agc功率闭环调节改进图，进行agc控制。

可选的，方法，还包括：

使用一次调频频仿真模型及二次仿真模型对一次调频及二次调频结果进行验证。

可选的，确定水电机组的频率变化，根据输电功率变化，建立水电机组发电机模型，根据水电机组发电机模型确定水电机组的频率变化。

可选的，确定水电机组调速系统负荷频率响应系数，具体为：

根据水电机组的频率变化，建立水电机组调速系统一次调节模型，获取一次调频下的传递函数，根据所述传递函数确定水电机组功率与频率的比例关系，根据比例关系确定水电机组调速系统负荷频率响应系数。

本发明还提出了一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的系统，包括：

第一数据采集模块，确定互联电网不同区域联络线中的输电功率变化，根据输电功率变化量确定水电机组的频率变化；

第二数采集模块，根据水电机组的频率变化，确定水电机组调速系统的一次调频后的水电机组调速系统负荷频率响应系数；

调频模块，对水电机组调速系统的二次调频的调频功率预定值附加调频功率补正值，进行二次调频；

判断模块，确定二次调频的调频功率与一次调频的调频功率是否抵消，且二次调频结束后水电机组的频率频率偏差是否为0；

协调模块，当二次调频的调频功率与一次调频的调频功率相互抵消，且二次调频结束后水电机组的频率频率偏差为0时，对agc功率闭环控制图变换，获取修正后的agc功率闭环调节改进图，进行agc控制。

可选的，系统，还包括：

验证模块，使用一次调频频仿真模型及二次仿真模型对一次调频及二次调频结果进行验证。

可选的，确定水电机组的频率变化，根据输电功率变化，建立水电机组发电机模型，根据水电机组发电机模型确定水电机组的频率变化。

可选的，确定水电机组调速系统负荷频率响应系数，具体为：

根据水电机组的频率变化，建立水电机组调速系统一次调节模型，获取一次调频下的传递函数，根据所述传递函数确定水电机组功率与频率的比例关系，根据比例关系确定水电机组调速系统负荷频率响应系数。

本发明提供的方法考虑了二次调节功率过程中发生了负荷突变而引起的一次调频作用，避免一次调频作用被二次功率调节所抵消引起的调节误差。

附图说明

图1为本发明一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法流程图；

图2为本发明一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法实施例发电机模型图；

图3为本发明一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法实施例对agc功率闭环控制图；

图4为本发明一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法实施例修正后的agc功率闭环调节改进图；

图5(a)为本发明一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法实施例一次调频过程频率下扰曲线图；

图5(b)为本发明一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法实施例一次调频过程频率上扰曲线图；

图6为本发明一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法实施例仿真增负荷曲线图；

图7为本发明一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法实施例仿真减负荷曲线图；

图8为本发明一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

本发明提出了一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的方法，如图1所示，包括：

确定互联电网不同区域联络线中的输电功率变化，根据输电功率变化量确定水电机组的频率变化；

根据水电机组的频率变化，确定水电机组调速系统的一次调频后的水电机组调速系统负荷频率响应系数；

对水电机组调速系统的二次调频的调频功率预定值附加调频功率补正值，进行二次调频；

确定二次调频的调频功率与一次调频的调频功率是否抵消，且二次调频结束后水电机组的频率频率偏差是否为0；

当二次调频的调频功率与一次调频的调频功率相互抵消，且二次调频结束后水电机组的频率频率偏差为0时，对agc功率闭环控制图变换，获取修正后的agc功率闭环调节改进图，进行agc控制。

使用一次调频频仿真模型及二次仿真模型对一次调频及二次调频结果进行验证。

确定水电机组的频率变化，根据输电功率变化，建立水电机组发电机模型，根据水电机组发电机模型确定水电机组的频率变化。

确定水电机组调速系统负荷频率响应系数，具体为：

根据水电机组的频率变化，建立水电机组调速系统一次调节模型，获取一次调频下的传递函数，根据所述传递函数确定水电机组功率与频率的比例关系，根据比例关系确定水电机组调速系统负荷频率响应系数。

下面结合实施例对本发明进行进一步说明。

根据电网理论，将不同区域联络线中的输电功率变化对机组运动方程影响纳入考虑范围，得到适应于互联电网的发电机模型，如图2所示。

建立在互联电网下的发电机及负荷模型，考虑区域电网之间联络线较长，电磁联系薄弱，存在着较长的机电暂态过程。在分析电网频率稳定性问题时，不考虑电磁瞬态过程对机电暂态过程的影响。根据电网理论，将不同区域联络线中的输电功率变化对机组运动方程影响纳入考虑范围，对单区域电网机组运动方程进行修正，得到适用于互联电网的发电机及负荷模型。

根据电网理论，输电线路中的功率，如下所示：

式中，ui，uj为输电线路两端母线的电压；δij＝δi-δj为输电线路两端母线的电压相角之差；xl为输电线路的电抗。

当联络线路中的功率发生变化时，其值可表示为

式中，tij＝pmaxijcosδij称为输电线路的同步系数，pmaxij＝uiuj/xl称为输电线路的极限传输容量。设有区域电网a和区域电网b，区域a经过联络线向区域b输出的功率增量，如下所示：

δpta＝δptab＝tab(δδa-δδb)(3)

由于δδ＝∫δω·dt，有如下所示：

δpta＝tab(∫δωa·dt-∫δωb·dt)(4)

取相对值，如下所示：

设tab/praωr＝k1，k1称为发电机的同步力矩系数。考虑联络线功率后可得到机组运动方程，如下所示：

其中ta为发电机组的惯性系数，en为机组阻尼系数，经过拉氏变换整理后可得，如下所示：

其中，pti为一次调频过程中频率引起的电磁转矩变化值，mt为机械转矩，mg0为负荷转矩变化值，x’为互联电网中其他机组引起的频率变化。

建立原动机调速系统一次调频模型，如图3所示，计算出原动机调速系统一次调频下的传递函数，得出系统一次调频结束后，机组功率与频率之间存在的比例关系，得出电力系统综合负荷频率响应系数。

确定一次调频下的传递函数；

当输入为负荷扰动mg0，输出为机组频率x时，可得到调节系统的传递函数

由终值定理可得，如下所示：

其中gg(s),gr(s),gt(s)分别为图3各个环节的传递函数，bp为系统的永态调差系数。电力系统综合负荷频率响应系数近似等于发电机组调节系统调差系数的倒数，如下所示：

即

二次调节功率过程中发生了负荷突变而引起一次调频作用相当于二次调频功率闭环中的一个扰动，避免一次调频作用被二次功率调节所抵消引起的调节误差。可以在机组功率给定值中附加一项功率补偿修正值，如图4所示，修正值与一次调频对应的功率变化值相当，而功率闭环调节中有积分环节，实现功率调节将是无差的。

经过对agc功率闭环控制方块图变换，得出修正后的agc功率闭环调节改进方块图，如图5(a)和5(b)所示。在二次调频过程中始终与实测到的一次调频功率相互抵消，当机组二次功率调节结束频率偏差为0时，机组实际功率就等于设定功率。避免一次调频作用被二次功率调节所抵消对整个电力系统二次调频产生不利的影响。

使用一次调频频仿真模型及二次仿真模型对一次调频及二次调频结果进行验证，验证结果如图6和7所示。

本发明还提出了一种用于协调控制水电机组一次调频与agc的系统200，如图8所示，包括：

第一数据采集模块201，确定互联电网不同区域联络线中的输电功率变化，根据输电功率变化量确定水电机组的频率变化；

第二数采集模块202，根据水电机组的频率变化，确定水电机组调速系统的一次调频后的水电机组调速系统负荷频率响应系数；

调频模块203，对水电机组调速系统的二次调频的调频功率预定值附加调频功率补正值，进行二次调频；

判断模块204，确定二次调频的调频功率与一次调频的调频功率是否抵消，且二次调频结束后水电机组的频率频率偏差是否为0；

协调模块205，当二次调频的调频功率与一次调频的调频功率相互抵消，且二次调频结束后水电机组的频率频率偏差为0时，对agc功率闭环控制图变换，获取修正后的agc功率闭环调节改进图，进行agc控制。

验证模块206，使用一次调频频仿真模型及二次仿真模型对一次调频及二次调频结果进行验证。

确定水电机组的频率变化，根据输电功率变化，建立水电机组发电机模型，根据水电机组发电机模型确定水电机组的频率变化。

确定水电机组调速系统负荷频率响应系数，具体为：

根据水电机组的频率变化，建立水电机组调速系统一次调节模型，获取一次调频下的传递函数，根据所述传递函数确定水电机组功率与频率的比例关系，根据比例关系确定水电机组调速系统负荷频率响应系数。

本发明提供的方法考虑了二次调节功率过程中发生了负荷突变而引起的一次调频作用，避免一次调频作用被二次功率调节所抵消引起的调节误差。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。