基于模糊控制的电极锅炉快速频率响应控制方法及系统与流程

本发明涉及电力设备领域，具体来说，涉及基于模糊控制的电极锅炉快速频率响应控制方法及系统。

背景技术：

1、电网频率是评价电力系统稳定运行性能的重要指标，频率偏差出现的主要原因是发电机组出力与负荷需求的不平衡。随着以风电、光伏为代表的新能源装机容量的不断增长，其出力的间歇性与波动性给电力系统的安全稳定运行带来隐患，新能源机组大都以电力电子元件并入电网，自身并不具备调频能力，同时还会降低系统整体频率调整性能，因此传统机组面临着更大的调频压力。在我国目前承担调频任务的是火电机组和水电机组，通过持续调整发电量来响应电网频率的变化。

2、但是上述两种调频机组均存在着限制和一定的不足，例如：火电机组响应时间长，爬坡率低，不适用于短期调频，有时会造成反向调节；火电机组一次调频受蓄热制约，存在调频量未达到指定的一次调频调节量问题；火电机组二次调频爬坡慢，调频效果与指令之间存在出入，火电机组收到调频指令时，通过增发或者减少出力进行调频，会导致设备磨损加剧，带来成本增加等一系列问题。

3、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出基于模糊控制的电极锅炉快速频率响应控制方法及系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：

3、根据本发明的一个方面，提供了基于模糊控制的电极锅炉快速频率响应控制方法，该基于模糊控制的电极锅炉快速频率响应控制方法包括以下步骤：

4、对电极锅炉的频率进行周期性采样，并将当前周期的采样频率与上一周期的采样频率比较生成频率差值；

5、依据电极锅炉负荷响应特性获取电极锅炉的频率响应系数，并基于频率响应系数计算电机锅炉调频死区；

6、判断频率差值是否在频率死区范围内，并依据判断结果自适应调整电极锅炉的控制参数，以实现电极锅炉的频率波动响应。

7、优选地，对电极锅炉的频率进行周期性采样，并将当前周期的采样频率与上一周期的采样频率比较生成频率差值包括：

8、利用频率传感器对电极锅炉供电端口的频率进行周期性采样，得到电极锅炉的频率数据；

9、建立异常数据检测模型，并提取电极锅炉的历史运行数据作为特征量，同时将频率幅值作为标签对异常数据检测模型进行训练；

10、利用训练完成后的异常数据检测模型将频率数据中的频率异常值剔除，并提取频率数据中当前周期的采样频率与上一周期的采样频率进行比较，得到频率差值。

11、优选地，电机锅炉调频死区的计算公式为：

12、|fn|＝ps/kb；

13、式中，fn表示电机锅炉调频死区；

14、ps表示预设阈值；

15、kb表示电极锅炉的频率响应系数。

16、优选地，判断频率差值是否在频率死区范围内，并依据判断结果自适应调整电极锅炉的控制参数，以实现电极锅炉的频率波动响应包括；

17、若频率差值小于频率死区范围，则表示电极锅炉不采取动作；

18、若频率差值大于频率死区范围，则基于电极锅炉的频率响应系数计算电极锅炉的频率整定值；依据电极锅炉的频率偏差调整电极锅炉的频率整定值，以实现电极锅炉的频率波动响应。

19、优选地，依据电极锅炉的频率偏差调整电极锅炉的频率整定值，以实现电极锅炉的频率波动响应包括：

20、将电极锅炉的频率偏差及频率变化率作为模糊控制器的输入，并将模糊控制器的输入划分为若干个模糊子集；

21、设定模糊控制规则对划分后的模糊子集进行逻辑推理，并将模糊子集中隶属度最高的输出值作为pid控制调整值；

22、基于pid控制调整值自适应调整电极锅炉的控制参数，并通过平衡有功波动实现频率波动响应。

23、优选地，将电极锅炉的频率偏差及频率变化率作为模糊控制器的输入，并将模糊控制器的输入划分为若干个模糊子集包括：

24、基于电极锅炉的频率偏差计算频率变化率，并将电极锅炉的频率偏差及频率变化率作为模糊控制器的输入；

25、将模糊控制器的输入划分为模糊子集，并利用隶属函数计算输入变量对各模糊子集的隶属度。

26、优选地，设定模糊控制规则对划分后的模糊子集进行逻辑推理，并将模糊子集中隶属度最高的输出值作为pid控制调整值包括：

27、制定模糊控制规则表；对模糊控制器的输入依据模糊控制规则表进行逻辑推理生成模糊输出；

28、将模糊输出传输至对应的实际输出空间中，选取输入变量对各模糊子集的最大隶属度作为输出值，同时将输出值作为pid控制调整值。

29、优选地，电极锅炉的频率整定值的计算公式为：

30、δp＝δf·kd；

31、式中，δf表示频率偏差；

32、kd表示电极锅炉的频率调节效应系数；

33、δp表示电极锅炉的频率整定值。

34、根据本发明的另一个方面，还提供了基于模糊控制的电极锅炉快速频率响应控制系统，该基于模糊控制的电极锅炉快速频率响应控制系统包括频率差值计算模块、调频死区计算模块及频率波动响应模块；

35、频率差值计算模块，用于对电极锅炉的频率进行周期性采样，并将当前周期的采样频率与上一周期的采样频率比较生成频率差值；

36、调频死区计算模块，用于依据电极锅炉负荷响应特性获取电极锅炉的频率响应系数，并基于频率响应系数计算电机锅炉调频死区；

37、频率波动响应模块，用于判断频率差值是否在频率死区范围内，并依据判断结果自适应调整电极锅炉的控制参数，以实现电极锅炉的频率波动响应。

38、优选地，频率差值计算模块包括频率数据采集模块、检测模型构建模块及频率差值生成模块；

39、频率数据采集模块，用于利用频率传感器对电极锅炉供电端口的频率进行周期性采样，得到电极锅炉的频率数据；

40、检测模型构建模块，用于建立异常数据检测模型，并提取电极锅炉的历史运行数据作为特征量，同时将频率幅值作为标签对异常数据检测模型进行训练；

41、频率差值生成模块，用于利用训练完成后的异常数据检测模型将频率数据中的频率异常值剔除，并提取频率数据中当前周期的采样频率与上一周期的采样频率进行比较，得到频率差值。

42、本发明的有益效果为：

43、1、本发明通过模糊控制算法对电极锅炉的控制参数进行优化，实现电极锅炉控制参数的自适应整定，进而提高电极锅炉功率响应的动态性能，以满足电力系统一次调频的时效性需求。

44、2、本发明提供的电极锅炉快速频率响应控制方法，能够在新能源出力平稳时，电极锅炉在设定功率工况下运行并留有可调节功率裕度；当新能源出力发生波动时，附加下垂控制策略的电极锅炉能够根据频率偏差和频率调整效应系数得到功率调整值，从而能够自动调节自身功率，进而为电力系统提供有功支撑，抑制频率波动。

45、3、本发明提供的电极锅炉快速频率响应控制方法，使得电极锅炉在短时间内平衡有功功率波动，不仅能够将新能源所产生的过剩电力制热供暖，增加新能源的消纳空间，还可以快速响应高比例间歇式新能源接入电力系统频率的瞬时波动，提供快速的功率支撑并提高电力系统一次调频支撑能力，同时短时间的功率调整并不会打破热力系统原有平衡。