一种基于自诊断的一次调频调节参数自适应切换方法与流程

1.本发明属于水电调频技术领域，涉及一种基于自诊断的一次调频调节参数自适应切换方法。


背景技术：

2.保持电网频率稳定在额定频率一定偏差范围内是电网安全的一项重要内容，而电网频率又直接取决于以及反映了整个电网电量的供需平衡，亦即电网总的发电量和总的用电量是否能保持基本的一致性。因此通过调节各并网电站的发电量(有功功率输出)，以实现电网电量的供需平衡，进而保证电网频率稳定在额定频率附近，就自然而然成为调度机构和发电机构的一项重要职能。
3.常规而言，对并网电站的有功功率调节主要包括一次调频调节和二次调频调节，其中：一次调频是指当电网频率与额定频率的差值绝对值超过一次调频门槛值(国内绝大部分电网为水电0.05hz、火电0.03hz)后，各机组调速器系统根据预设的“频率—功率”调节系数对机组有功功率进行调节，以在一定程度上弥补电网发电功率与消耗功率之间的失衡。与二次调频相比，由于没有统一的控制中枢对各参与一次调频的机组进行协调控制，且与调节量的计算机制有关，一次调频无法使电网频率完全恢复到额定频率，因此又被称为有差调节，但一次调频的优势在于：1)由于没有统一的控制中枢，于是也避免了二次调频那样完全失效的风险(例如调度二次调频功能模块异常退出)，从而获得了极高的总体可靠性；2)调节指令由机组直接计算得出，省略了二次调频的调度计算、指令传输、电站agc分配等过程，因此对电网频率异常的响应速度远快于二次调频。
4.众所周知，水电机组有功功率的调节性能受水头、调节幅度、当前负荷、水流惯性、机械惯性等因素影响，特别对于高水头巨型水电机组而言，在不同水头下，调节性能往往有较大的差异。而目前国内绝大部分水电站在进行一次调频时仅采用一组固定的调节参数，于是受调节死区带来的调节误差、以及调节延时和调节速率带来的相位滞后的影响，部分情况下其一次调频的实际调节量与期望的目标调节量有较大差距，影响了一次调频的调节质量，甚至还可能使一次调频产生相反于预期的负面效果。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题在于提供一种基于自诊断的一次调频调节参数自适应切换方法，可以对一次调频质量进行自诊断并进行调节参数的自适应切换。
6.本发明是通过以下技术方案来实现：
7.一种基于自诊断的一次调频调节参数自适应切换方法，由监控系统上位机对一次调频调节质量进行自诊断，并根据自诊断结果在预设的多组调节参数间进行切换；
8.所述自诊断包括以下操作：
9.s1100)监控系统上位机对各机组一次调频调节的理论积分量和实际积分量进行计算；
10.s1200)设置对一次调频调节质量进行计算的辅助参数z1、z2、z3、z4：
11.s1210)k3＞z1＞z2＞z3＞z4＞k4，其中k3为机组一次调频功率调节上限门槛系数，k4为机组一次调频功率调节下限门槛系数；
12.s1220)z1 z4＝2，z2 z3＝2；
13.s1300)对各机组一次调频的调节质量进行计算，包括：
14.s1310)设置对一次调频的调节质量进行计算的准入门槛值；
15.s1320)比较各机组一次调频的理论积分量绝对值与对一次调频的调节质量进行计算的准入门槛值的大小，当前者大于等于后者时，则通过后续步骤，对该次一次调频的调节质量进行计算；当前者小于后者时，则跳过后续步骤，不对该次一次调频的调节质量进行计算；
16.s1330)将机组一次调频调节的实际积分量除以一次调频调节的理论积分量，得到机组一次调频调节的积分比例；
17.s1340)根据机组一次调频调节的积分比例，对机组的一次调频调节质量进行判断，并生成调节质量参数e，包括：
18.s1341)设值参数α、β、γ、δ，其中0＜α＜β＜γ＜δ；
19.s1342)当机组一次调频调节的积分比例在z2与z3之间时，认为机组一次调频调节质量为非常理想，调节质量参数e＝0；
20.s1343)当机组一次调频调节的积分比例在z1与z2之间时，认为机组一次调频调节质量为调节量较高，调节质量参数e＝α；
21.s1344)当机组一次调频调节的积分比例在z3与z4之间时，认为机组一次调频调节质量为调节量较低，调节质量参数e＝－α；
22.s1345)当机组一次调频调节的积分比例在k3与z1之间时，认为机组一次调频调节质量为调节量极高，调节质量参数e＝β；
23.s1346)当机组一次调频调节的积分比例在z4与k4之间时，认为机组一次调频调节质量为调节量极低，调节质量参数e＝－β；
24.s1347)当机组一次调频调节的积分比例超过k3时，认为机组一次调频调节质量为调节超调，调节质量参数e＝γ；
25.s1348)当机组一次调频调节的积分比例在0与k4之间时，认为机组一次调频调节质量为调节不达标，调节质量参数e＝－γ；
26.s1349)当机组一次调频调节的积分比例小于0时，认为机组一次调频调节质量为对电网频率稳定起相反作用，调节质量参数e＝－δ；
27.s1400)监控系统上位机根据各机组一次调频调节质量参数e，对一次调频功能进行自诊断；
28.所述监控系统上位机对一次调频调节参数进行切换，包括以下操作：
29.s1410)设置若干组待选的一次调频调节参数，并按照可能导致的调节量、调节速率的从小到大的变化，依次排序；
30.s1420)设置参数v，v＞0且为整数；
31.s1430)为各机组分别构建存储一次调频的调节质量参数的历史数据数组[a1、a2、a3、
…
、av]；
[0032]
s1440)在每次计算得到机组一次调频的调节质量参数e后，将历史数据数组的每个变量赋值给排序加1的数组变量，即av＝a
v-1
，a
v-1
＝a
v-2
，
…
，a3＝a2，a2＝a1，并将a1赋值为调节质量参数e，即a1＝e；
[0033]
s1450)设置一次调频的理想性门槛值λ1；
[0034]
s1460)将历史数据数组各变量进行累加a＝a1 a2 a3
…
av，并将累加所得结果a与一次调频的理想性门槛值λ1进行比较，包括：
[0035]
s1461)如果－λ1≤a≤λ1，则保持当前调节参数不变；
[0036]
s1462)如果a＜－λ1，且所得最近一次的机组一次调频调节的积分比例小于0，则保持当前调节参数不变；
[0037]
s1463)如果a＜－λ1，且所得最近一次的机组一次调频调节的积分比例大于等于0，则罗列出待选各组调节参数中所有排序在当前调节参数之后的参数，并从中选择排序最前的一个，将其切换为当前生效的调节参数，同时将历史数据数组各变量清0；
[0038]
s1464)如果a＞λ1，则罗列出待选各组调节参数中所有排序在当前调节参数之前的参数，并从中选择排序最后的一个，将其切换为当前生效的调节参数，同时将历史数据数组各变量清0。
[0039]
所述一次调频调节的理论积分量和实际积分量的计算包括：
[0040]
s1110)设置各机组的一次调频功能投入标识位se：
[0041]
s1111)当监测到机组一次调频功能处于退出状态时，将该机组一次调频功能投入标识位se设置为0；
[0042]
s1112)当监测到机组一次调频功能处于投入状态时，如果电网频率与额定频率的差值绝对值大于水电一次调频门槛值，则保持该机组一次调频功能投入标识位se不变；
[0043]
s1113)当监测到机组一次调频功能处于投入状态时，如果电网频率与额定频率的差值绝对值小于等于水电一次调频门槛值，则将该机组一次调频功能投入标识位se设置为1；
[0044]
s1120)当电网频率与额定频率的差值绝对值越过水电一次调频门槛值时，如果机组有功功率实发值位于机组有功功率设定值调节死区范围内，则进行以下操作：
[0045]
s1121)启动各机组一次调频调节的理论积分量和实际积分量的计算过程；
[0046]
s1122)记录各机组在当前的机组有功功率实发值，作为实际积分量的计算基准值；
[0047]
s1123)记录各机组在当前的机组有功功率设定值，作为判断各机组有功功率设定值是否变化的基准值；
[0048]
s1124)启动计时器t3；
[0049]
s1125)设置电网频率与额定频率的差值绝对值超过一次调频频率偏差评价门槛值的标识位sg，sg的初始值为0；
[0050]
s1126)设置一次调频实际动作时间超过一次调频动作时间评价门槛值的标识位s
t
，s
t
的初始值为0；
[0051]
s1127)设置机组有功功率设定值发生变化的标识位sc，sc的初始值为1；
[0052]
s1130)在各机组一次调频调节的理论积分量和实际积分量的计算过程的每个周期中，包括以下操作：
[0053]
s1131)分别计算各机组一次调频目标功率调节量pf与周期间隔时间tf的乘积，得到该周期各机组一次调频调节的周期理论积分量；
[0054]
s1132)分别将各机组当期机组有功功率实发值ps减去实际积分量计算基准值后，计算与周期间隔时间tf的乘积，得到该周期各机组一次调频调节的周期实际积分量；
[0055]
s1133)比较电网频率与额定频率的差值绝对值与一次调频频率偏差评价门槛值的大小，当前者大于等于后者时，将标识位sg设置为1，否则保持不变；
[0056]
s1134)比较计时器t3与一次调频动作时间评价门槛值的大小，当前者大于等于后者时，将标识位s
t
设置为1，否则保持不变；
[0057]
s1135)对各机组的机组有功功率设定值进行监测，并与判断各机组有功功率设定值是否变化的基准值进行比较；对于机组有功功率设定值发生变化的机组，将该机组有功功率设定值发生变化的标识位sc设置为0，否则保持不变；
[0058]
s1140)当电网频率与额定频率的差值绝对值从大于水电一次调频门槛值变化为小于等于水电一次调频门槛值时，进行以下操作：
[0059]
s1141)分别将各机组一次调频启动后每个周期所得的一次调频调节的周期理论积分量进行累加，然后将累加结果
×
标识位sg×
标识位s
t
×
标识位sc×
标识位se，得到各机组本次一次调频调节的理论积分量；
[0060]
s1142)分别将各机组一次调频启动后每个周期所得的一次调频调节的周期实际积分量进行累加，然后将累加结果
×
标识位sg×
标识位s
t
×
标识位sc×
标识位se，得到各机组本次一次调频调节的实际积分量；
[0061]
s1143)结束各机组一次调频调节的理论积分量和实际积分量的计算过程。
[0062]
根据自诊断结果，监控系统上位机在以下情况下发出一次调频功能异常的报警：
[0063]
如果a＜－λ1，且所得最近一次的机组一次调频调节的积分比例小于0，则保持当前调节参数不变，并发出一次调频功能异常的报警；
[0064]
如果a＜－λ1，且所得最近一次的机组一次调频调节的积分比例大于等于0，且当前调节参数在待选各组调节参数中排序最后，则发出一次调频功能异常的报警；
[0065]
如果a＞λ1，且当前调节参数在待选各组调节参数中排序最前，则发出一次调频功能异常的报警。
[0066]
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0067]
本发明提供的基于自诊断的一次调频调节参数自适应切换方法，考虑水电机组有功功率调节在不同工况下的性能差异，设置了可变的多组调节参数，并设计了根据以往若干次一次调频调节质量，在各组调节参数间自动切换的相关策略，以及对一次调频功能的异常进行报警的策略，可以有效提高一次调频调节质量，保证一次调频的可用性，并防止一次调频产生相反于预期的负面效果。
附图说明
[0068]
图1为本发明的基于自诊断的一次调频调节参数自适应切换方法的流程示意图。
具体实施方式
[0069]
下面结合实施例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限
定。
[0070]
如图1所示，一种基于自诊断的一次调频调节参数自适应切换方法，由监控系统上位机对一次调频调节质量进行自诊断，并根据自诊断结果进行调节参数的切换或设置；
[0071]
监控系统上位机对一次调频调节质量进行以下自诊断：
[0072]
s1100)设置各机组一次调频调节的理论积分量和实际积分量的计算，包括：
[0073]
s1110)设置各机组的一次调频功能投入标识位se，包括：
[0074]
s1111)当监测到机组一次调频功能处于退出状态时，将该机组一次调频功能投入标识位se设置为0；
[0075]
s1112)当监测到机组一次调频功能处于投入状态时，如果电网频率与额定频率的差值绝对值大于水电一次调频门槛值，则保持该机组一次调频功能投入标识位se不变；
[0076]
s1113)当监测到机组一次调频功能处于投入状态时，如果电网频率与额定频率的差值绝对值小于等于水电一次调频门槛值，则将该机组一次调频功能投入标识位se设置为1。
[0077]
根据s1110所述策略，标识位se的设置可能包括的情况有：1)一次调频理论上应动作时，如果一次调频功能处于退出状态，则标识位se为0；2)一次调频理论上应动作时，如果一次调频功能处于投入状态，但是在一次调频动作结束前，一次调频功能退出，则标识位se为0；3)一次调频理论上应动作时，如果一次调频功能处于投入状态，且在一次调频动作结束前，一次调频功能始终处于投入状态，则标识位se为1。
[0078]
s1120)当电网频率与额定频率的差值绝对值越过水电一次调频门槛值时，如果机组有功功率实发值位于机组有功功率设定值调节死区范围内，则进行以下操作，包括：
[0079]
s1121)启动各机组一次调频调节的理论积分量和实际积分量的计算过程；
[0080]
s1122)记录各机组在当前的机组有功功率实发值，作为实际积分量的计算基准值；
[0081]
s1123)记录各机组在当前的机组有功功率设定值，作为判断各机组有功功率设定值是否变化的基准值；
[0082]
s1124)启动计时器t3；
[0083]
s1125)设置电网频率与额定频率的差值绝对值超过一次调频频率偏差评价门槛值的标识位sg，sg的初始值为0；
[0084]
s1126)设置一次调频实际动作时间超过一次调频动作时间评价门槛值的标识位s
t
，s
t
的初始值为0；
[0085]
s1127)设置机组有功功率设定值发生变化的标识位sc，sc的初始值为1。
[0086]
s1130)各机组一次调频调节的理论积分量和实际积分量的计算过程的每个周期，进行以下操作，包括：
[0087]
s1131)分别计算各机组一次调频目标功率调节量pf与周期间隔时间tf的乘积，得到该周期各机组一次调频调节的周期理论积分量，
[0088]
s1132)分别将各机组当期机组有功功率实发值ps减去实际积分量计算基准值后，计算与周期间隔时间tf的乘积，得到该周期各机组一次调频调节的周期实际积分量；
[0089]
s1133)比较电网频率与额定频率的差值绝对值与一次调频频率偏差评价门槛值的大小，当前者大于等于后者时，将标识位sg设置为1，否则保持不变；根据南方电网一次调
频动作评价条件，“一次调频动作中间的频率峰值超过评价门槛(火电》0.05hz，水电》0.065hz)”，实施例将一次调频频率偏差评价门槛值设置为0.065hz；
[0090]
s1134)比较计时器t3与一次调频动作时间评价门槛值的大小，当前者大于等于后者时，将标识位s
t
设置为1，否则保持不变，根据南方电网一次调频动作评价条件，“一次调频动作持续时间超过规定动作延迟(火电15s，水电15s)”,实施例将一次调频动作时间评价门槛值设置为15s；
[0091]
s1135)对各机组的机组有功功率设定值进行监视，并与判断各机组有功功率设定值是否变化的基准值进行比较，对于机组有功功率设定值发生变化的机组，将该机组有功功率设定值发生变化的标识位sc设置为0，否则保持不变，本条策略是根据电网“对于二次调频动作期间的一次调频免考”相关规定所设置；
[0092]
s1140)当电网频率与额定频率的差值绝对值从大于水电一次调频门槛值变化为小于等于水电一次调频门槛值时，进行以下操作，包括：
[0093]
s1141)分别将各机组一次调频启动后每个周期所得的一次调频调节的周期理论积分量进行累加，然后将累加结果
×
标识位sg×
标识位s
t
×
标识位sc×
标识位se，得到各机组本次一次调频调节的理论积分量；
[0094]
s1142)分别将各机组一次调频启动后每个周期所得的一次调频调节的周期实际积分量进行累加，然后将累加结果
×
标识位sg×
标识位s
t
×
标识位sc×
标识位se，得到各机组本次一次调频调节的实际积分量；
[0095]
s1143)结束各机组一次调频调节的理论积分量和实际积分量的计算过程。
[0096]
s1200)设置对一次调频调节质量进行计算的辅助参数z1、z2、z3、z4：
[0097]
s1210)k3＞z1＞z2＞z3＞z4＞k4，其中k3为机组一次调频功率调节量的上限门槛系数，k4为机组一次调频功率调节量的下限门槛系数，根据南方电网一次调频动作评价条件“一次调频动作积分电量达到理论动作积分电量的50％判为动作合格”，则实施例中k4应设置为0.5，由于电网未对“动作积分电量的合格上限”进行规定，则根据对称原则，k3可设置为1.5；
[0098]
s1220)z1 z4＝2，z2 z3＝2，按照实施例假设，如果k4设置为0.5，k3设置为1.5，则可以考虑将z4设置为0.65，z3设置为0.8，z2设置为1.2，z3设置为1.35；
[0099]
s1300)对各机组一次调频的调节质量进行计算，包括：
[0100]
s1310)设置对一次调频的调节质量进行计算的准入门槛值，准入门槛值是一个大于0的数值，其作用是过滤因为电网频率与额定频率偏差绝对值较小且一次调频动作持续时间较短而不计入电网考核评价的一次调频调节，或者在s1141中理论积分量计算结果为0的一次调频调节，在后续步骤不对其调节质量进行计算；
[0101]
s1320)比较各机组一次调频的理论积分量绝对值与对一次调频的调节质量进行计算的准入门槛值的大小，当前者大于等于后者时，则通过后续步骤，对该次一次调频的调节质量进行计算，当前者小于后者时，则跳过后续步骤，不对该次一次调频的调节质量进行计算；
[0102]
s1330)将机组一次调频调节的实际积分量除以一次调频调节的理论积分量，得到机组一次调频调节的积分比例。
[0103]
s1340)根据机组一次调频调节的积分比例，对机组的一次调频调节质量进行判
断，并生成调节质量参数e，包括：
[0104]
s1341)设值参数α、β、γ、δ，其中0＜α＜β＜γ＜δ，本实施例假设α＝0.5、β＝1、γ＝2、δ＝4；
[0105]
s1342)当机组一次调频调节的积分比例在z2与z3之间时，认为机组一次调频调节质量为非常理想，调节质量参数e＝0；
[0106]
s1343)当机组一次调频调节的积分比例在z1与z2之间时，认为机组一次调频调节质量为调节量较高，调节质量参数e＝α；
[0107]
s1344)当机组一次调频调节的积分比例在z3与z4之间时，认为机组一次调频调节质量为调节量较低，调节质量参数e＝－α；
[0108]
s1345)当机组一次调频调节的积分比例在k3与z1之间时，认为机组一次调频调节质量为调节量极高，调节质量参数e＝β；
[0109]
s1346)当机组一次调频调节的积分比例在z4与k4之间时，认为机组一次调频调节质量为调节量极低，调节质量参数e＝－β；
[0110]
s1347)当机组一次调频调节的积分比例超过k3时，认为机组一次调频调节质量为调节超调，调节质量参数e＝γ；
[0111]
s1348)当机组一次调频调节的积分比例在0与k4之间时，认为机组一次调频调节质量为调节不达标，调节质量参数e＝－γ；
[0112]
s1349)当机组一次调频调节的积分比例小于0时，认为机组一次调频调节质量为对电网频率稳定起相反作用，调节质量参数e＝－δ。
[0113]
s1400)监控系统上位机根据各机组一次调频调节质量参数e，对一次调频功能进行自诊断；并根据诊断结果进行调节参数的切换，或发出一次调频功能异常的报警。
[0114]
所述监控系统上位机对一次调频调节参数进行设置或切换，包括以下操作：
[0115]
s1410)设置若干组待选的一次调频调节参数(包括pid等参数)，并按照可能导致的调节量、调节速率的从小到大的变化，依次排序；
[0116]
s1420)设置参数v，v＞0且为整数，本实施例假设v设置为10；
[0117]
s1430)为各机组分别构建存储一次调频调节质量参数的历史数据数组[a1、a2、a3、
…
、av]；
[0118]
s1440)在每次计算得到机组一次调频的调节质量参数e后，将历史数据数组的每个变量赋值给排序加1的数组变量，即av＝a
v-1
，a
v-1
＝a
v-2
，
…
，a3＝a2，a2＝a1，并将a1赋值为调节质量参数e，即a1＝e；
[0119]
s1450)设置一次调频的理想性门槛值λ1，本实施例假设λ1设置为10；
[0120]
s1460)将历史数据数组各变量进行累加a＝a1 a2 a3
…
av，并将累加所得结果a与一次调频的理想性门槛值λ1进行比较，包括：
[0121]
s1461)如果－λ1≤a≤λ1，则保持当前调节参数不变；
[0122]
s1462)如果a＜－λ1，且s1330所得最近一次的机组一次调频调节的积分比例小于0，则保持当前调节参数不变；
[0123]
s1463)如果a＜－λ1，且s1330所得最近一次的机组一次调频调节的积分比例大于等于0，则罗列出s1410所设置各组调节参数中所有排序在当前调节参数之后的参数，并从中选择排序最前的一个，将其设置或切换为当前生效的调节参数，同时将历史数据数组各
变量清0；
[0124]
s1464)如果a＞λ1，则罗列出s1410所设置水各组调节参数中所有排序在当前调节参数之前的参数，并从中选择排序最后的一个，将其设置或切换为当前生效的调节参数，同时将历史数据数组各变量清0。
[0125]
而在以下情况，则在以下情况下发出一次调频功能异常的报警：
[0126]
如果a＜－λ1，且s1330所得最近一次的机组一次调频调节的积分比例小于0，则保持当前调节参数不变，并发出一次调频功能异常的报警；
[0127]
如果a＜－λ1，且s1330所得最近一次的机组一次调频调节的积分比例大于等于0，且调节参数在s1410所设置的各组调节参数中排序最后，则发出一次调频功能异常的报警；
[0128]
如果a＞λ1，且当前调节参数在s1410所设置的各组调节参数中排序最前，则发出一次调频功能异常的报警。
[0129]
上述本实施例中调节质量参数的作用情况，如下表所示：
[0130]
ea动作情况ea动作情况ea动作情况11无动作-1-0.5无动作25.5无动作12无动作-2-2.5无动作18.5无动作13无动作-1-3.5无动作09.5无动作25无动作-0.5-4无动作-46无动作27无动作0.5-3.5无动作-41.5无动作29无动作0.5-3无动作-4-3无动作211切换参数，并清01-2无动作-4-8无动作0.50.5无动作2-0.5无动作-4-14报警0.51无动作10无动作1-14切换参数，并清0-0.50.5无动作22.5无动作22无动作
[0131]
根据工况不同，本发明一次调频调节参数的自适应切换以及异常报警大致可以分为以下几种情况：
[0132]
1)一次调频实际调节量长期低于目标调节量，则切换调节参数以增大一次调频调节量，若无法通过切换调节参数使一次调频调节量增加，则发出异常报警；
[0133]
2)一次调频实际调节量长期高于目标调节量，则切换调节参数以减小一次调频调节量，若无法通过切换调节参数使一次调频调节量减小，则发出异常报警；
[0134]
3)一次调频实际调节量与目标调节量相反，即一次调频对电网频率稳定性起负面效果，则发出异常报警；
[0135]
4)一次调频实际调节量长期总体与目标调节量基本保持一致，则不进行任何动作。
[0136]
综上，本发明考虑水电机组有功功率调节在不同工况下的性能差异，设置了可变的多组调节参数，并设计了在各组调节参数间自动切换的相关策略，以及对一次调频功能的异常进行报警的策略；可以有效提高一次调频调节质量，保证一次调频的可用性，并防止一次调频产生相反于预期的负面效果。
[0137]
以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本
发明的保护范围。