CN101789608B - 孤立电网多机组并行负荷分配控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，其包括负荷分配系统和DEH系统，所述的DEH系统的控制器内置有DEH控制程序；汽轮机运行过程中的状态信号和参数，以及DCS系统、电气系统和锅炉FSSS系统的状态信号、运行参数以信号方式被负荷分配系统接收，经过负荷分配程序判断、处理后将控制信号发送到各DEH系统，由内置的DEH控制逻辑对机组负荷进行分配；本发明实现孤立电网多台机组并行的负荷分配、转移，可显示各机组运行状态，根据机组的运行参数选择合适的运行方式，自由设定负荷分配比例，实现机组并网后的频率控制方式或负荷控制方式及负荷的计划性调度，保证各汽轮机组能同时安全、可靠运行。

Description

孤立电网多机组并行负荷分配控制系统

技术领域

本发明涉及汽轮机组负荷分配控制系统，确切的说，它涉及是一种孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，保证多台发电机组在孤网工况安全运行，实现发电机组之间合理的负荷分配调度。

背景技术

在现有技术领域中，提供了不少关于孤立电网多机组并列运行的技术，如：“孤网运行问题探讨”(刊于《新疆电力技术》2008年第3期总第98期)，“孤网运行火电厂各类异常情况处理策略”(刊于《贵州电力技术》2008年第8期)，“DEH系统孤网运行控制技术解决方案”(刊于《热力透平》2009年3月第38卷第1期)，“300MW火电机组孤网稳定运行控制技术”(刊于《广西电力》2009年第1期)，上述材料中的调节系统有不少优点，但也有需要改进的方面，特别是多台发电机组孤立电网同时运行时，由于没有相关控制系统协调各发电机组的工作方式以及负荷的分配；当电网投入大负荷设备或者甩大负荷时，电网频率将无法得以维持；当有机组启停时，也会引起电网较大的转速波动，各机组之间互相牵扯调节，发电机组之间无法实现负荷合理分配和转移。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺点，提供一种孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，通过专用可视化界面显示各机组运行状态、自由设定负荷分配比例、根据机组的运行参数选择合适的运行方式，实现参数修改、历史数据查询等功能；发电机组并网后在保持传统的功率开环或闭环控制方式基础上，新增加频率控制方式或负荷控制方式，并针对运行过程中出现的各种异常情况如单机故障、单机甩负荷或停机等进行处理。

为了解决存在的技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，包括负荷分配系统和DEH系统，其中DEH系统的控制机内置有DEH特殊控制程序，负荷分配系统接收、处理现场信号，并与DEH系统及现场设备系统进行信息交互；所述的负荷分配系统包括人机接口和控制柜，其中人机接口包括打印机、主机、显示器，控制柜内安装有PLC控制系统、电源装置、继电器、端子、风扇、日光灯及其开关；所述的PLC控制系统包括CPU模块、通信模块、I/O模块，其中I/O模块用于对现场信号的接收和前端处理，通信模块实现CPU模块与人机接口的数据传输，CPU模块的微存储卡中集成了负荷分配程序，该负荷控制程序对I/O模块处理后的数据信号进行逻辑判断和处理，根据处理结果发送控制信号，经由I/O模块、继电器和端子到DEH系统及现场设备系统，DEH系统接收到控制信号，由控制机内的DEH特殊控制程序对汽轮发电机组进行负荷分配和运行方式切换。

所述的人机接口包括A4激光打印机，主机，22″LCD，所述的主机站主机安装有负荷分配人机界面程序，配合负荷分配系统的负荷分配程序可实现汽轮机组的目标负荷设定及运行方式设定，机组出现异常情况后，操作人员可通过重新设定机组目标负荷来消除异常，并可打印机组的运行参数，便于异常情况的分析处理和查询；所述的PLC控制系统、电源装置、风扇、日光灯及其开关通过螺钉安装在控制柜内；所述的继电器和端子卡装在卡条上，卡条通过螺钉安装在控制柜内；电源装置为可提供直流电源和交流电源的多功能电源切换装置，为PLC控制系统提供直流电源，为机柜内部的风扇、日光灯及开关等用电设备提供交流电源，且具备电源报警功能；所述的开关为控制柜内照明的门碰开关，根据检测到的柜门开、关状态，开关日光灯，当柜门打开时，门碰开关闭合，日光灯亮，反之，门碰开关断开，日光灯熄灭。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：解决了多台发电机组在孤立电网并网运行方式及负荷协调问题，实现孤立电网多台机组之间的负荷分配、转移，通过负荷分配系统人机接口中的人机界面或者DEH系统中的人机界面均可显示出各机组运行状态，根据机组的运行参数人工或自动选择合适的运行方式，设定负荷分配比例，并适时修改运行参数，查询历史数据，实现机组并网后的频率控制方式或负荷控制方式以及负荷分配的计划性调度，并针对运行过程中出现的包括单机故障、单机甩负荷或停机等各种异常情况进行处理，保证每台汽轮机组能同时安全、可靠运行。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是负荷分配系统的结构示意图；

图3是控制柜开箱正视图；

图4是汽轮发电机组运行方式示意图；

图5是负荷分配系统异常情况处理示意图；

图6是负荷分配系统工作流程图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1中所示，本发明包括负荷分配系统和DEH系统，在汽轮发电机组并网前，DEH系统为转速闭环无差调节系统，并网后，汽轮发电机组的控制方式为闭环功率控制和开环功率控制，系统工作在功率开环控制状态下，当外界有负荷扰动时，机组的转速和负荷都不会改变，外部的扰动会反应在内部电网上，如果系统工作在功率闭环控制状态下，当外界有负荷扰动时，系统会通过调整机组的转速来应对扰动，但转速会有所变动，汽轮机转速变化会使机组发出的电能频率、电压不能满足用用电设备的要求，而且就汽轮机组的自身强度和效率来看也是不允许的，所以在孤立电网系统中必须还要有频率控制方式的系统，此种系统是通过调整负荷，以保证机组转速恒定。DEH系统控制机内加入DEH特殊控制程序使汽轮发电机组并网后采用频率控制方式或负荷控制方式，负荷分配系统与DEH系统、DCS系统、电气系统及锅炉FSSS系统进行数据交换，对接收到的相关信号及数据进行逻辑判断及处理，然后负荷分配系统向DEH系统发出目标负荷的负荷分配请求信号并维持2秒，DEH特殊控制程序接收到该信号后将调整当前机组的负荷至目标负荷，并处理机组运行过程中出现的各种异常情况，保证每台汽轮发电机组能同时安全、可靠运行。

如图2、3中所示，本发明中负荷分配系统，包括人机接口和控制柜，其中人机接口由A4激光打印机，主机及22″LCD组成，配合人机界面和系统程序可以实现汽轮机组的目标负荷设定及运行方式设定，对机组启动后运行方式切换，既可以通过本负荷分配系统统一切换也可以单独由DEH系统人机界面切换当前机组的运行方式，避免了当负荷分配系统出现故障时无法切换机组运行方式的情况。各汽轮发电机组启动前预先设定运行方式，当出现异常情况后，汽轮发电机组的状态信号和参数，以及DCS系统、电气系统和锅炉FSSS系统的状态信号和运行参数经过端子以信号方式被PLC控制系统的I/O模块接收，由I/O模块完成前端处理后将数据送入PLC控制系统的CPU模块，模块的微存储卡集成的负荷分配控制程序再对数据进行逻辑判断和计算，在负荷分配系统自动控制模式下，负荷分配程序会根据判断和计算结果自动发出运行参数调整信号，经由I/O模块处理后将信号输入到DEH系统及现场设备系统，其中开关量输出信号驱动继电器的线圈，由继电器的触点开出干触点信号经端子输送到各个DEH系统或者DCS系统等电气设备，使用继电器主要是为了增加开关量输出信号的带载能力，除了开关量输出信号要经过继电器，其他信号都直接由I/O模块从端子输出。DEH系统接收到控制信号，由控制机内的DEH特殊控制程序实现对汽轮发电机组负荷分配和运行方式切换；在手动控制模式下，经负荷分配程序处理后的数据经由通信模块送入人机接口，操作人员通过人机界面观察各机组的运行参数及运行方式，并对相关数据进行分析和判断，如果需要调整某台机组的负荷，操作人员需要在人机界面上按下该机组的“投入负荷分配系统控制”按钮，然后在人机界面上输入该机组的目标负荷，该信号通过PLC控制系统的I/O模块处理后发送控制信号到DEH系统，DEH系统接收到控制信号，由控制机内的DEH特殊控制程序实现对汽轮发电机组负荷分配和运行方式切换；若负荷分配系统出现故障，则各DEH系统将维持机组当前负荷量及工作状态，此时操作人员操控DEH系统人机界面，通过DEH特殊控制程序单独为每台机组设定目标负荷，保证每台汽轮发电机组安全、可靠运行。

如图4中所示，机组运行方式包括转速方式和负荷方式，各机组并网运行时，受外界负荷变动影响，当电网频率发生变化，此时各机组的调节系统参与调节作用，各机组改变所带的负荷，所有机组的功率相应地增大或减小，从而达到新的功率平衡，使之与外界负荷相平衡，尽力减少电网频率的变化，将电网频率的变化限制在一定的限度以内，但有差调节，只能缓和电网频率的改变程度，不能维持电网频率不变，所以通常需要控制系统增加、减少某些机组的负荷，以恢复电网频率。汽轮发电机组运行方式包括转速方式和负荷方式，孤立电网中的用电设备在运行过程中可能会引起电网中负荷的波动，不同运行方式的机组对负荷波动的处理方式不同。首台机组启动时，必须设定为转速方式，剩余机组启动时，设定为负荷方式，当出现小负荷波动时，对于电网中快速的负荷变动所引起的周波变动，控制系统根据电网频率的变化情况调整锅炉FSSS系统运行参数，利用锅炉的蓄能，自动改变调门的开度，即改变发电机的功率，使之适应电网负荷的随机变动，来满足电网负荷变化的过程这就是一次调频，为了防止在电网频差小范围变化时汽机调门不必要的动作而设置的频差，也就是说为了机组的稳定运行，当电网频率基本稳定在额定值时机组对频率的微小波动不产生调节作用，因此在额定转速附近设置了死区，一般死区大小为±2rpm，即当频率变化超过额定频率时，才起调节作用，即电网频率波动不超过负荷方式运行机组设定的调频死区，该方式运行的机组将维持负荷运行，即蒸汽参数维持不变，机组所带负荷也不改变，孤立电网上小负荷的变化则由转速控制机组通过二次调频承担；当出现大负荷波动时，所有机组都将参与一次调频快速应对网上大负荷的变化，由于一次调频的作用，转速会回到死区范围内，剩余的负荷小差异和电网频率由转速机组逐步调整，操作人员在电网频率稳定后，根据需要进行负荷重新分配；当转速控制机组进行二次调频却又无法完全承担负荷变化时，则需要通过负荷分配系统进行二次调频，负荷分配系统给出新的负荷目标，让其他机组承担部分负荷，待系统稳定后，再根据孤立电网中运行各台机组的情况，重新进行负荷分配。

如图5中所示，机组异常情况包括单机故障、单机甩负荷等。单机故障一般指运行机组因为电气或者辅机故障造成的减负荷运行的状况，此时，机组并未停机，还能够带一定的负荷，当转速机组出现故障时，应该将另外一台机组切换到转速调节，将故障机组切换到负荷调节，负荷分配系统需要重新分配剩余机组的负荷目标，同时报警，当负荷机组出现故障，相当于降低该机组的负荷，由网上其他机组分担，根据负荷大小，进行小负荷或大负荷波动的处理，负荷分配系统需要重新分配剩余机组负荷目标，同时报警；单机甩负荷包括两种情况，一是转速方式运行的机组甩负荷，二是负荷方式运行的机组甩负荷，在运行过程中如果转速方式运行的机组甩负荷，需要将剩余机组中的一台设为转速运行方式，且剩余机组均要通过一次调频和负荷分配的方式来承担孤立电网上的负荷波动，如果是负荷方式运行的机组甩负荷，则每台机组的运行方式不需要改变，只需要通过一次调频和负荷分配的方式来调整剩余机组的负荷，从而适应孤立电网上的负荷波动。

如图6中所示，负荷分配系统先上电自检，再进行参数初始化，初始化完成后由PLC控制系统的I/O模块将“负荷分配系统正常”信号发送给DEH系统，DEH系统接收到此信号后，由操作人员通过DEH系统的人机界面启动“负荷分配系统控制”功能，并输出“负荷分配系统控制允许”信号至负荷分配系统，之后，各台DEH系统对汽轮发电机组工作方式及目标负荷的设定由负荷分配系统统一控制。如果机组为负荷运行方式，操作人员可以通过负荷分配控制系统人机接口设置新的目标负荷，负荷分配系统向DEH系统发出目标负荷的负荷分配请求信号并维持2秒，DEH系统接收到该信号后将该控制信号作为机组的目标负荷；当DEH系统的实际负荷达到设定的目标负荷时，如果机组工作在转速控制方式，则本机的负荷设置值会随时跟踪本机组当前负荷。负荷分配系统有两种控制方式：自动控制、手动控制，在自动控制方式下，负荷分配系统会自动设置机组目标负荷，并可根据机组运行状态自动切换机组工作方式；在手动控制方式下，机组工作方式切换、机组目标负荷的设置由操作人员在人机界面上手动完成。在切换机组工作方式、自动或手动切换、投入或切除负荷分配系统控制过程中，不会出现任何扰动。若负荷分配系统故障，则各DEH系统将切换到负荷分配系统控制功能，但会维持当前工作状态，此时操作人员可通过DEH系统的人机界面单独设定每台机组的负荷和运行方式，保证汽轮发电机组正常运转。

本发明实现孤立电网多台机组并行的负荷分配、转移，可显示各机组运行状态，根据机组的运行参数选择合适的运行方式，自由设定负荷分配比例，实现各机组并网后的频率控制方式或负荷控制方式以及负荷分配的计划性调度，并针对运行过程中出现各种异常情况进行处理，保证各汽轮机组能同时安全、可靠运行。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (5)

1.一种孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，其特征在于：包括负荷分配系统和DEH系统，其中DEH系统的控制机内置有DEH特殊控制程序，负荷分配系统接收、处理现场信号，并与DEH系统及现场设备系统进行信息交互，其中现场设备系统包括DCS系统、电气系统和锅炉FSSS系统；所述的负荷分配系统包括人机接口和控制柜，其中人机接口包括A4激光打印机、主机和22″LCD，控制柜内安装有PLC控制系统、电源装置、继电器、端子、风扇、日光灯及其开关；所述的PLC控制系统包括CPU模块、通信模块、I/O模块，其中通信模块实现CPU模块与人机接口的数据传输，I/O模块接收经由端子输入的现场信号，并进行前端处理，CPU模块的微存储卡中集成了负荷分配程序，该负荷分配程序对I/O模块处理后的数据信号进行逻辑判断和运算，通过I/O模块、继电器和端子信号处理输出设备与各DEH系统及现场设备系统进行信息交互，由DEH系统的控制机内置的DEH特殊控制程序指令汽轮发电机组在并网后采用频率控制方式或负荷控制方式，并单独为每台机组设定目标负荷，根据接收到的信号调整当前机组的负荷至目标负荷，实现对汽轮发电机组进行负荷分配和转速方式的切换，以及对各种异常情况的处理，保证每台汽轮机组能同时安全与可靠的运行。

2.根据权利要求1所述的孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，其特征在于：所述的主机内安装有负荷分配系统人机界面程序，配合负荷分配程序修改各汽轮发电机组的运行参数，实现当前汽轮机组的目标负荷和运行方式设定，机组出现异常情况后打印运行参数，便于异常情况的分析处理和历史数据查询。

3.根据权利要求1所述的孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，其特征在于：所述的PLC控制系统、电源装置、风扇、日光灯及开关通过螺钉安装在控制柜内；所述的继电器和端子卡装在卡条上，卡条通过螺钉固定在柜内。

4.根据权利要求1所述的孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，其特征在于：电源装置为可提供直流电源和交流电源的电源切换装置，为PLC控制系统提供直流电源，为机柜内部的风扇、日光灯及开关提供交流电源，且具备电源报警功能。

5.根据权利要求1所述的孤立电网多机组并行负荷分配控制系统，其特征在于：所述的开关为控制柜内照明的门碰开关，根据检测到的柜门开、关状态，开关日光灯，柜门打开时，门碰开关闭合，日光灯亮，反之，门碰开关断开，日光灯熄灭。

Images