小型電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)發(fā)電控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)電控制領(lǐng)域，特別涉及一種在小型電網(wǎng)中，發(fā)電機(jī)數(shù) 目少，并且有孤網(wǎng)運(yùn)行需求的發(fā)電系統(tǒng)的自動(dòng)控制。
【背景技術(shù)】
[0002] 許多具有發(fā)電廠的高耗能企業(yè)希望通過(guò)斷開(kāi)與外部大電網(wǎng)的電氣聯(lián)絡(luò)，自己發(fā)電 自己用電，即孤網(wǎng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)用電費(fèi)用的節(jié)省和免除容量費(fèi)，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。由于 這樣的電網(wǎng)可調(diào)節(jié)的發(fā)電機(jī)數(shù)目和容量有限，并且單機(jī)容量通常大于電網(wǎng)總?cè)萘康?%，因 此稱其為小型電網(wǎng)。要達(dá)到上述目的需要實(shí)現(xiàn)對(duì)小型電網(wǎng)發(fā)電機(jī)出力的協(xié)調(diào)和靈活控制。 然而目前來(lái)說(shuō)已經(jīng)存在的孤網(wǎng)運(yùn)行小電網(wǎng)（例如一些從建立起來(lái)就沒(méi)有實(shí)現(xiàn)與大電網(wǎng)互 聯(lián)的企業(yè)電網(wǎng)或地方電網(wǎng)），僅靠各發(fā)電機(jī)組自身的頻率跟蹤調(diào)節(jié)能力，來(lái)維持瞬時(shí)的發(fā)用 電平衡和頻率穩(wěn)定在額定值50Hz附近，各機(jī)組間的調(diào)節(jié)缺乏協(xié)調(diào)，這容易導(dǎo)致超調(diào)和振蕩 現(xiàn)象，從而使得頻率波動(dòng)范圍加大，調(diào)節(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定。
[0003] 而通常的自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)AGC，只安裝于省級(jí)及以上的大電網(wǎng)調(diào)度中心。對(duì)于 省級(jí)以下的地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度中心，包括企業(yè)電力調(diào)度中心，沒(méi)有自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)，大多數(shù)機(jī) 組和企業(yè)的發(fā)電機(jī)組按預(yù)先制定的發(fā)電計(jì)劃出力，不接受調(diào)度中心的發(fā)電指令。電網(wǎng)中發(fā) 電和負(fù)荷的不平衡以及頻率維持在50Hz附近主要靠省級(jí)電力調(diào)度中心協(xié)調(diào)控制部分參與 自動(dòng)發(fā)電控制（AGC)的機(jī)組來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于省級(jí)及以上電力調(diào)度中心可控制的機(jī)組多，備用 容量大，所以盡管機(jī)組對(duì)于AGC指令的響應(yīng)有分鐘級(jí)的時(shí)間限制，即通常1分鐘內(nèi)不會(huì)響應(yīng) 下一個(gè)功率指令，但是在大電網(wǎng)中調(diào)度中心在進(jìn)行秒級(jí)（通常以4秒為調(diào)節(jié)周期）的功率 平衡和頻率調(diào)節(jié)時(shí)幾乎不需要考慮沒(méi)有機(jī)組可供調(diào)節(jié)的情況。即使真的出現(xiàn)參與AGC調(diào) 頻機(jī)組不夠的情況，只要不是大的電網(wǎng)事故，由于大電網(wǎng)中機(jī)組很多，不參與AGC的機(jī)組， 通常也會(huì)按要求提供一次調(diào)頻容量（一次調(diào)頻是機(jī)組本身的功頻響應(yīng)特性，不能被直接控 制，但是隨機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)的不同，性能會(huì)有不同，由于其只涉及轉(zhuǎn)子動(dòng)能和汽門開(kāi)度引起的汽 缸內(nèi)蒸汽壓力的能量轉(zhuǎn)換，對(duì)頻率的時(shí)間響應(yīng)可以在幾秒鐘，但是只能維持大約1分鐘；而 自動(dòng)發(fā)電控制，包括考慮頻率和聯(lián)絡(luò)線功率目標(biāo)的二次調(diào)頻，以及考慮經(jīng)濟(jì)目標(biāo)的三次調(diào) 頻，是通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的制煤、制粉、鍋爐，從燃燒系統(tǒng)開(kāi)始的發(fā)電機(jī)組功率響應(yīng)，其響應(yīng)很 長(zhǎng)，通常要1分鐘），從而保證機(jī)組頻率不會(huì)偏離50Hz太遠(yuǎn)。此外，在大電網(wǎng)自動(dòng)發(fā)電控制 中主要考慮的是機(jī)組的二次調(diào)頻性能，即機(jī)組每分鐘的功率響應(yīng)能力，而不考慮機(jī)組的一 次調(diào)頻響應(yīng)能力，即頻率變化引起的功率響應(yīng)變化（通常用速度變動(dòng)率表示Hz/MW，是機(jī)組 頻率響應(yīng)系數(shù)的倒數(shù)）。
[0004] 小型電網(wǎng)中可參頻率調(diào)節(jié)和功率快速平衡的發(fā)電機(jī)組很少，往往只有幾臺(tái)，甚至 只有兩臺(tái)機(jī)組，而火電機(jī)組對(duì)功率調(diào)節(jié)指令的響應(yīng)都有達(dá)到分鐘級(jí)的時(shí)間間隔要求，及通 常在1分鐘內(nèi)不能連續(xù)響應(yīng)功率調(diào)節(jié)指令，尤其是反向的功率調(diào)節(jié)指令。本發(fā)明充分考慮 了小型電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行的上述特點(diǎn)，提出基于機(jī)組一次調(diào)頻速度變動(dòng)率和調(diào)節(jié)裕度的綜合指 標(biāo)進(jìn)行機(jī)組輪流調(diào)節(jié)排序和功率分配的自動(dòng)發(fā)電控制方法：在安全頻率運(yùn)行范圍內(nèi)讓可調(diào) 發(fā)電機(jī)在1分鐘內(nèi)平均分布，每次選取一臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)；而在非安全頻率運(yùn)行范圍內(nèi) 每次選取超過(guò)2/3可用調(diào)節(jié)容量的機(jī)組進(jìn)行同時(shí)調(diào)節(jié)，剩余的機(jī)組用于應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的反 向功率調(diào)節(jié)需求。從而利用有限的機(jī)組在實(shí)現(xiàn)對(duì)分鐘級(jí)以上慢速變化負(fù)荷跟蹤的基礎(chǔ)上， 通過(guò)對(duì)運(yùn)行點(diǎn)和快速備用容量的調(diào)節(jié)，使得整個(gè)小型電網(wǎng)具有最優(yōu)的一次調(diào)頻響應(yīng)能力， 實(shí)現(xiàn)對(duì)快速頻率變化或者指定功率變化的快速跟蹤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了實(shí)現(xiàn)小型電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)利用數(shù)目很少的機(jī)組和有限的調(diào)節(jié)容量，在網(wǎng)內(nèi)負(fù) 荷頻繁波動(dòng)情況下，維持頻率穩(wěn)定的目的，本發(fā)明提出一種小型電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)發(fā)電控 制方法。該方法基于機(jī)組一次調(diào)頻速度變動(dòng)率和調(diào)節(jié)裕度的綜合指標(biāo)進(jìn)行機(jī)組輪流調(diào)節(jié)排 序和功率分配，在安全頻率運(yùn)行范圍內(nèi)讓可調(diào)發(fā)電機(jī)在1分鐘內(nèi)平均分布，每次選取一臺(tái) 發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而在非安全頻率運(yùn)行范圍內(nèi)每次選取超過(guò)2/3可用調(diào)節(jié)容量的機(jī)組進(jìn)行 同時(shí)調(diào)節(jié)。
[0006] 一種小型電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)發(fā)電控制方法，特征在于，所述控制方法包括以下步 驟：
[0007] 步驟1 :獲取各機(jī)組當(dāng)前的實(shí)際發(fā)電功率piC(t)，下標(biāo)i表示機(jī)組序號(hào)，根據(jù)各機(jī)組 實(shí)際發(fā)電功率是否達(dá)到其可調(diào)節(jié)容量限值或者是否在啟停磨期間等功率調(diào)節(jié)約束條件，確 定各機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)的有功發(fā)電功率上限Q(t)和有功發(fā)電功率下限D(zhuǎn)i(t)，以及能夠進(jìn)行 上下調(diào)節(jié)的容量裕度，其中i表示機(jī)組序號(hào)，當(dāng)調(diào)節(jié)容量裕度大于機(jī)組調(diào)節(jié)死區(qū)e，則認(rèn)為 該機(jī)組具有上調(diào)節(jié)或下調(diào)節(jié)能力；
[0008] 步驟2 :根據(jù)日前負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線或者經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)修正的負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線確定當(dāng)前時(shí)段 所述小型電網(wǎng)內(nèi)總發(fā)電的有功計(jì)劃出力，按照參與發(fā)電的可調(diào)節(jié)機(jī)組的當(dāng)前容量大小和快 速調(diào)節(jié)能力的不同將總的發(fā)電計(jì)劃功率按照下式分配到各參與發(fā)電的機(jī)組，得到各機(jī)組在 當(dāng)前時(shí)刻t的有功計(jì)劃出力：
[0009]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種小型電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)發(fā)電控制方法，其特征在于：該方法基于機(jī)組一次調(diào)頻 速度變動(dòng)率和調(diào)節(jié)裕度的綜合指標(biāo)進(jìn)行機(jī)組輪流調(diào)節(jié)排序和功率分配，在安全頻率運(yùn)行范 圍內(nèi)讓可調(diào)發(fā)電機(jī)在1分鐘內(nèi)平均分布，每次選取一臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而在非安全頻率 運(yùn)行范圍內(nèi)每次選取超過(guò)2/3可用調(diào)節(jié)容量的機(jī)組進(jìn)行同時(shí)調(diào)節(jié)。
2. -種小型電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)發(fā)電控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步 驟： 步驟1 :獲取各機(jī)組當(dāng)前的實(shí)際發(fā)電功率PiC(t)，下標(biāo)i表示機(jī)組序號(hào)，根據(jù)各機(jī)組實(shí)際 發(fā)電功率是否達(dá)到其可調(diào)節(jié)容量限值或者是否在啟停磨期間等功率調(diào)節(jié)約束條件，確定各 機(jī)組實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)的有功發(fā)電功率上限Ci (t)和有功發(fā)電功率下限D(zhuǎn)i (t)，以及能夠進(jìn)行上下 調(diào)節(jié)的容量裕度，其中i表示機(jī)組序號(hào)，當(dāng)調(diào)節(jié)容量裕度大于機(jī)組調(diào)節(jié)死區(qū)e，則認(rèn)為該機(jī) 組具有上調(diào)節(jié)或下調(diào)節(jié)能力； 步驟2 :根據(jù)日前負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線或者經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)修正的負(fù)荷預(yù)測(cè)曲線確定當(dāng)前時(shí)段所述 小型電網(wǎng)內(nèi)總發(fā)電的有功計(jì)劃出力，按照參與發(fā)電的可調(diào)節(jié)機(jī)組的當(dāng)前容量大小和快速調(diào) 節(jié)能力的不同將總的發(fā)電計(jì)劃功率按照下式分配到各參與發(fā)電的機(jī)組，得到各機(jī)組的當(dāng)前 時(shí)刻t的有功計(jì)劃出力：
式中下標(biāo)k表示當(dāng)前時(shí)刻t在發(fā)電計(jì)劃曲線的第k時(shí)段，1天通常均分為96個(gè)時(shí)段，i 和j均為表示機(jī)組序號(hào)的下標(biāo)，Na表示總的可參與自動(dòng)發(fā)電控制的發(fā)電機(jī)組數(shù)目，P k為第k 時(shí)段總的發(fā)電計(jì)劃功率，Ci (t)和Cj (t)分別為機(jī)組i和j在當(dāng)前時(shí)刻t的有功發(fā)電功率上 限，\和S」分別為機(jī)組i和j的一次調(diào)頻速度變動(dòng)率，1^是機(jī)組承擔(dān)基本負(fù)荷的權(quán)重系 數(shù)，P ijt(t)表示第k時(shí)段機(jī)組i按當(dāng)前時(shí)刻t所處的容量限和速度變動(dòng)率狀態(tài)應(yīng)分?jǐn)偟降?有功計(jì)劃出力； 步驟3 :計(jì)算出當(dāng)前第k時(shí)段當(dāng)前t時(shí)刻各機(jī)組有功計(jì)劃出力Pi k(t)比上一時(shí)段末時(shí) 刻有功計(jì)劃出力Pijrt(END)的增加量 Δ pi k (t) = pi k (t) -Pi (END)； 步驟4:選擇正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)母線，確定當(dāng)前小型電網(wǎng)的參考頻率，并計(jì)算頻率偏差 Af，當(dāng)頻率偏差小于預(yù)定閾值時(shí)，認(rèn)為小型電網(wǎng)處于安全頻率范圍內(nèi)；當(dāng)頻率偏差大于或 等于預(yù)定閾值時(shí)，則認(rèn)為小型電網(wǎng)處于不安全頻率范圍內(nèi)； 步驟5 :計(jì)算頻率偏差有功調(diào)節(jié)量；
其中，PF(t)為所述小型電網(wǎng)所有機(jī)組t時(shí)刻根據(jù)頻率偏差應(yīng)進(jìn)行的有功調(diào)節(jié)量，即頻 率偏差有功調(diào)節(jié)量，IcjPk1分別為發(fā)電廠機(jī)組頻率調(diào)節(jié)的比例系數(shù)和積分系數(shù)，kp通常取 為小型電網(wǎng)的頻率響應(yīng)系數(shù)，積分環(huán)節(jié)Ic 1可取為1^的0. 1倍； 步驟6 :若當(dāng)前孤網(wǎng)運(yùn)行的所述小型電網(wǎng)處于安全頻率范圍之內(nèi)，則讓可調(diào)發(fā)電機(jī)在1 分鐘內(nèi)平均分布，每次選取一臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行輪流調(diào)節(jié)； 步驟7 :若當(dāng)前孤網(wǎng)運(yùn)行的所述小型電網(wǎng)處于不安全頻率范圍時(shí)，則每次選取超過(guò)2/3 可用調(diào)節(jié)容量的機(jī)組進(jìn)行同時(shí)調(diào)節(jié)以快速恢復(fù)頻率。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)發(fā)電控制方法，其特征在于： 在步驟2中，通常各調(diào)頻機(jī)組，其承擔(dān)基本負(fù)荷的權(quán)重系數(shù)匕為1 ;當(dāng)希望某臺(tái)機(jī)組承 擔(dān)更多的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)時(shí)，令相應(yīng)值為小于1的數(shù)值；對(duì)希望承擔(dān)更多基礎(chǔ)負(fù)荷即計(jì)劃負(fù)荷的 機(jī)組，可令h為大于1的數(shù)值。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的小型電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)發(fā)電控制方法，其特征在于： 在步驟2中，若其中某臺(tái)機(jī)組i分配到的功率大于該機(jī)組當(dāng)前發(fā)電功率上限值即P i k(t) X； (t)，或者小于該機(jī)組當(dāng)前發(fā)電功率下限值即Pi k (t) Oi (t)，則令該機(jī)組當(dāng)前時(shí)刻的 有功計(jì)劃出力等于其發(fā)電功率上限值或下限值，在k時(shí)段的所有機(jī)組的總的發(fā)電計(jì)劃功率 中減去該機(jī)組的有功計(jì)劃出力，然后對(duì)剩余的機(jī)組再按照步驟2中的公式進(jìn)行功率分配， 直到將第k時(shí)段所有機(jī)組的總的發(fā)電計(jì)劃功率按照各機(jī)組當(dāng)前的發(fā)電功率限制和速度變 動(dòng)率狀態(tài)分配到各機(jī)組，且各機(jī)組均不越其當(dāng)前發(fā)電功率上下限為止。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的小型電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行自動(dòng)發(fā)電控