CN102536343A - 孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法及系统，所述方法包括： S1 ，增加锅炉的蒸发量，打开旁路系统维持蒸汽压力的稳定并且通过压控方式自动调节旁路阀开度； S2 ， DEH 调速系统探测发电机组的转速降低后，开启汽轮机调节阀，同时在旁路系统的压力反馈作用下关小旁路阀。本发明通过利用旁路系统的大容量蓄能作用，旁路阀快开，降低锅炉的负载及保护系统免于超压；旁路阀快关，快速调节发电机组的输出功率，带上大电机负荷，实现了供电总量的平衡，使得孤立电网在大负荷阶跃情况下输出频率及电压稳定的电流；不需要预先输出所需的大功率电能，可以有效解决孤立电网发电机组的散热问题，方便机组调试，节约了成本。

Description

孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法及系统，属于孤网系统的发电控制技术领域。

背景技术

持续稳定地向用户提供品质（频率、电压等）指标符合国家标准的电能，以保证国家经济建设、人民生产生活的需要，是电力部门的首要任务。电网将电能从电力生产企业输送到电力消费用户。电网供电频率与电压的稳定性和准确性，是供电质量的重要指标。当电网中电能的总生产量与总消耗量不平衡时，供电频率就会升高或降低。只要设法控制好电能的总生产量和总消耗量，即可调节供电频率与电压，将供电频率与电压控制在规定的范围内。

电压稳定性是指电力系统在正常情况下或遭受扰动之后在所有节点维持可接受电压的能力。当电力系统因为扰动、负荷增加或系统状态变化引起持续和不可控的电压降落时，就进入了电压不稳定状态。随着电压稳定研究的不断深入，人们越来越清晰地认识到负荷对电压稳定问题的重要性。电压失稳的过程就是负荷功率失去平衡且逐步恶化的过程，电压失稳导致的系统崩溃则是这种失稳在电力系统中的传播。

通常孤立运行电网的负荷扰动量相对值很大，因此电网频率及电压的稳定问题比较突出。在电网减负荷时，通过及时关小汽轮机调节阀的开度即可方便地降低发电量。但是在电网加负荷时，开大汽轮机调节阀增加的耗汽量，需要锅炉及时加大蒸发量来补上。由于控制锅炉的蒸发量的时间比较长，在大负荷阶跃情况下，响应不及时。为了增大系统快速接带大负荷的能力，许多电厂都采用了假负载技术，假负载为可分别连接到电网上的多组大功率电阻。在接带大负荷前，通过控制假负载逐级加负荷，使锅炉蒸发量逐步增加到满足接带大型用电设备的要求。在大型设备接入系统的同时，断开假负载并利用DEH稳定系统频率。

但是使用假负载存在如下缺点：假负载的总功率需要达到甚至超过孤立电网中大型用电设备的功率，才能满足突加负荷的要求，因此这些假负载的功率都很大，它们会将电能全部转化为热能，所以散热是个大问题。通常采用强制风冷或强制水冷技术来解决该问题,但是相关设备的占地面积及投资都很大。另外由于采用假负载的散热效果较差，经常会出现过热保护动作或烧毁大功率假负载的情况，可靠性较低。此外，为了节省投资，大功率电阻不能设计得太多，因此假负载功率只能步进调整，而且步幅较大，给机组调试运行带来许多不便。

发明内容

本发明的目的在于，提供孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法及系统，它可以使得孤立电网在大负荷阶跃情况下输出频率及电压稳定的电流，同时它可以有效解决孤立电网使用假负荷带来的散热问题，节省占地面积，节约成本，方便机组调试，提高系统的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法，包括以下步骤：

S1，增加锅炉的蒸发量，打开旁路系统维持蒸汽压力的稳定，并且通过压控方式自动调节旁路阀的开度；

S2，DEH调速系统探测发电机组的转速降低后，开启汽轮机调节阀，同时在旁路系统的压力反馈作用下关小旁路阀。

在机组正常运行时，通过DEH调速系统来调整汽轮机旁路阀开度，从而实现对功率的连续调整。

前述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法中，当汽轮发电机组的保护参数超限时，紧急停汽轮机，保证系统安全动作。

前述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法中，步骤S1中所述的旁路系统还包括：阀门执行机构，阀门执行机构控制系统计算部分与DEH调速系统相整合，从而有利于各阀门执行机构协同动作；所述的阀门执行机构采用的自容电液执行器，自容电液执行器将油源站与执行器集成为一体，是一种自带油源的电液执行器，优化了阀门执行机构系统结构，从而降低了能耗，节省了设备成本和运行维护成本。

前述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法中，所述的阀门执行机构不用抗燃油而采用46#抗磨液压油或低压透平油，从而彻底解决了由抗燃油带来的环保问题。

前述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法中，还包括：降低蒸汽温度，从而保护凝汽器等设备。

前述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法中，步骤S2还包括：对汽轮机调节阀的开度进行调整从而维持孤立电网及发电机组转速的稳定及进一步改善系统的动态品质，所述的动态品质即系统的转速及频率的动态响应特性。

前述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法中，当发电机组功率不足频率下降过低时切除部分负荷，从而避免了孤立电网发生频率崩溃。

实现前述方法的一种孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统，包括锅炉、旁路系统、汽轮机、发电机和凝汽器；所述的旁路系统包括旁路阀；所述的汽轮机包括汽轮机调节阀及DEH调速系统；发电机分别与孤立电网和汽轮机连接，旁路系统分别与锅炉、汽轮机和凝汽器连接。

所述系统还包括：汽机TSI监视仪、振动传感器、位移传感器、转速传感器、汽机油系统管路上的AST电磁阀及ETS系统，ETS接受来自TSI监视仪的超限保护信号，驱动AST电磁阀，实现紧急停汽轮机，从而保证系统安全动作。

前述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统中，所述的旁路系统还包括：阀门执行机构，阀门执行机构控制系统计算部分与DEH调速系统相整合，从而有利于各阀门执行机构协同动作；所述的阀门执行机构采用的自容电液执行器，自容电液执行器将油源站与执行器集成为一体，是一种自带油源的电液执行器，优化了阀门执行机构系统结构，从而降低了能耗，节省了设备成本和运行维护成本。

所述的阀门执行机构不用抗燃油而采用46#抗磨液压油或低压透平油，彻底解决了由抗燃油带来的环保问题。

所述系统还包括：旁路系统蒸汽管路上的旁路喷水调节阀门，旁路喷水调节阀门的响应速度与旁路阀的动作速度相匹配，通过喷水降低蒸汽温度，从而保护凝汽器等设备。

所述系统还包括：旁路阀常速调节装置和旁路阀快速调节装置，一般工况下采用旁路阀常速调节装置来调节旁路阀的开度；快速变负荷等工况下采用旁路阀快速调节装置来调节旁路阀开度，从而保证系统在启动大负荷或者甩负荷时频率及电压的稳定。

前述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统中，所述的系统还包括：设置在DEH调速系统上的一次调频模块和转速微分调节回路，通过利用DEH调速系统上的一次调频模块对汽轮机调节阀开度进行调整，从而可以维持孤立电网及发电机组转速的稳定；并且通过利用转速微分调节回路可进一步改善一次调频的动态品质（即系统的转速及频率的动态响应特性）。

前述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统中，所述系统还包括：设置在用户负荷侧的低周减载装置，从而避免了孤立电网发生频率崩溃，保证机组的安全。

前述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统中，所述的旁路阀采用杭州和利时自动化有限公司的自容式油动机来驱动（即阀门执行机构可采用杭州和利时自动化有限公司的自容式油动机），从而提高了发电机组的响应速度，大大改善了在大幅度扰动下主汽压力的超调问题；所述的汽轮机调节阀采用汽轮机厂的低压透平油电液油动机来驱动，对于中小机组来说，低压透平油纯电调具有下述优点：系统简洁，制造工艺符合汽轮机厂的设备条件，制造成本低；液压系统易损件少，寿命长，运行维护费用低；透平油油源主油泵由汽轮机主轴驱动，其可靠性高于外置式油源站；不用抗燃油，环保特性好。

与现有技术相比，本发明通过利用旁路系统的大容量蓄能作用，旁路阀快开，从而降低锅炉的负载及保护系统免于超压；旁路阀快关，从而快速调节发电机组的输出功率，带上大电机负荷，最终实现了供电总量的平衡，使得孤立电网在大负荷阶跃情况下输出频率及电压稳定的电流，同时与采用假负载方式相比，由于本发明不需要预先输出所需要的大功率电能，因而可以有效解决使用假负载而面临的散热困难、故障率高、不能连续变化等问题；另外，旁路系统采用压控方式，通过旁路系统实时调节汽机进汽压力，使其保持在设定值，从而保证系统频率更加稳定。此外，假负载将电能转化为热能，需要专门的散热措施，比如风冷或者水冷，占地面积大，投资高，而本发明中的旁路系统本身为一些阀门及管道，旁路蒸汽通过喷水及凝汽器减温，不需要额外的散热设施，因而占地面积小；另外，在华电工程海外分公司承揽的法国拉法基水泥集团的印度尼西亚自备电厂项目中，业主为解决大负荷启动，专门采购了西班牙IES公司生产的两套电阻耗能系统(ILB,英文直译为理想负荷银行)作为假负载管理负荷侧，价值超过1500万元，而采用本发明中所述方案的设备费用只要160万元左右，由此可知采用本发明大大节约了成本；另外，本发明不需要考虑装置的散热问题，所以方便机组调试，提高了系统的可靠性。此外，本发明为环保设计，阀门执行机构不用抗燃油而采用46#抗磨液压油或低压透平油，彻底解决了由抗燃油带来的环保问题。另外，传统旁路阀的阀门执行机构大多采用电动执行器，其调节动作时间常数为40s左右、快开时间为5s左右，基本能满足汽包炉机组启动、甩负荷等工况的需要。但是完全不能满足孤立电网突然接带大型用电设备的需要，接带大型用电设备时，汽轮机调节阀需要迅速开大，同时旁路阀需要迅速关小。传统旁路系统的电动执行器调节动作时间太长，满足不了此要求，本发明采用动态特性较高的自容电液执行器来驱动旁路阀，所述的自容电液执行器可采用杭州和利时自动化有限公司的自容式油动机，从而提高了发电机组的响应速度，大大改善了在大幅度扰动下主汽压力的超调问题，而且自容电液执行器的能耗远低于常规电液伺服系统；另外，阀门执行机构采用的自容电液执行器将油源站与执行器集成为一体，是一种自带油源的电液执行器，优化了阀门执行机构系统结构，从而降低了能耗，节省了设备成本和运行维护成本。所述的汽轮机调节阀采用汽轮机厂的低压透平油电液油动机来驱动，对于中小机组来说，低压透平油纯电调具有下述优点：系统简洁，制造工艺符合汽轮机厂的设备条件，制造成本低；液压系统易损件少，寿命长，运行维护费用低；透平油油源主油泵由汽轮机主轴驱动，其可靠性高于外置式油源站；不用抗燃油，环保特性好。另外，本发明对汽轮机调节阀的开度进行调整从而维持孤立电网及发电机组转速的稳定及进一步改善系统的动态品质，所述的动态品质即系统的转速及频率的动态响应特性。最后，当发电机组功率不足频率下降过低时切除部分负荷，从而避免了孤立电网发生频率崩溃。

附图说明

图1是汽轮机热力循环简图；

图2是本发明的一种实施例的工作流程图；

图3为投切5MW的电动机中未采用旁路系统的频率恢复曲线；

图4 为投切5MW的电动机中未采用旁路系统的电压恢复曲线；

图5为投切5MW的电动机中采用有旁路系统的频率恢复曲线；

图6为投切5MW的电动机中采用有旁路系统的电压恢复曲线；

图7为模拟计算结果表。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

具体实施方式

本发明的实施例：一种孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统，如图1所示，

包括锅炉、旁路系统、汽轮机、发电机和凝汽器；所述的旁路系统包括旁路阀；所述的汽轮机包括汽轮机调节阀及DEH调速系统；发电机分别与孤立电网和汽轮机连接，旁路系统分别与锅炉、汽轮机和凝汽器连接。所述系统还包括：汽机TSI监视仪、振动传感器、位移传感器、转速传感器、汽机油系统管路上的AST电磁阀及ETS系统，ETS接受来自TSI监视仪的超限保护信号，驱动AST电磁阀。所述的旁路系统还包括：阀门执行机构，阀门执行机构控制系统计算部分与DEH调速系统相整合；所述的阀门执行机构采用的自容电液执行器，自容电液执行器将油源站与执行器集成为一体，是一种自带油源的电液执行器。所述的阀门执行机构不用抗燃油而采用46#抗磨液压油或低压透平油。所述系统还包括：旁路系统蒸汽管路上的旁路喷水调节阀门，旁路喷水调节阀门的响应速度与旁路阀的动作速度相匹配。所述系统还包括：旁路阀常速调节装置和旁路阀快速调节装置，一般工况下采用旁路阀常速调节装置来调节旁路阀的开度；快速变负荷等工况下采用旁路阀快速调节装置来调节旁路阀开度。所述的系统还包括：设置在DEH调速系统上的硬件一次调频模块和转速微分调节回路，通过利用DEH调速系统上的一次调频模块对汽轮机调节阀开度进行调整，通过利用转速微分调节回路可进一步改善一次调频的动态品质（即系统的转速及频率的动态响应特性）。所述系统还包括：设置在用户负荷侧的低周减载装置。所述的旁路阀采用杭州和利时自动化有限公司的自容式油动机来驱动（即阀门执行机构可采用杭州和利时自动化有限公司的自容式油动机）；所述的汽轮机调节阀采用汽轮机厂的低压透平油电液油动机来驱动；旁路阀由上海CCI公司提供。本系统中，汽轮机上DEH调速系统的计算机部分由和利时公司的FM系列硬件及MACS V3 软件系统组成；液压部分采用汽轮机厂随主机配套的低压透平油调节系统。

本发明的一种实施例的工作原理：（如图2所示）

增加锅炉的蒸发量，打开旁路系统维持蒸汽压力的稳定并且通过压控方式自动调节旁路阀开度，使旁路阀预留足够的流通能力；DEH调速系统探测发电机组的转速降低后，开启汽轮机调节阀，同时在旁路系统的压力反馈作用下关小旁路阀，使通过旁路的蒸汽流向汽轮机做功发电，从而维持蒸汽压力的稳定。本发明通过利用旁路系统的大容量蓄能作用，旁路阀快开，从而降低锅炉的负载及保护系统免于超压；旁路阀快关，从而快速调节发电机组的输出功率，带上大电机负荷，最终实现了供电总量的平衡，使得孤立电网在大负荷阶跃情况下输出频率及电压稳定的电流。其中，旁路容量的选取主要考虑满足机组启动要求，并考虑甩负荷情况下旁路部分蒸汽流量的作用。所述的旁路系统包括：旁路阀及阀门执行机构，阀门执行机构控制系统计算部分与DEH调速系统相整合，有利于各执行机构协同动作，阀门执行机构采用的自容电液执行器，自容电液执行器将油源站与执行器集成为一体，是一种自带油源的电液执行器，优化了阀门执行机构系统结构，从而降低了能耗，节省了设备成本和运行维护成本。所述的阀门执行机构不用抗燃油而采用46#抗磨液压油或低压透平油，从而彻底解决了由抗燃油带来的环保问题。旁路系统采用压控方式，通过旁路系统实时调节汽机进汽压力，使其保持在设定值，从而保证系统频率更加稳定。在开启汽轮机调节阀之前，设置在DEH调速系统上的一次调频模块迅速响应汽轮机转速的变化，并且输出转速微分信号，共同作用调节汽轮机调节阀的开度。当发电机组功率不足频率下降过低时，低周减载装置切除部分负荷，从而避免了孤立电网发生频率崩溃。当汽轮发电机组的保护参数超限时，紧急停汽轮机，保证系统安全动作。图中给水泵的作用是将加热后的凝结水重新送回锅炉，从而实现完整的热力循环。途中调节阀前面的阀门为主汽门，可以隔断主蒸汽。

实例说明：在大电机起动工况，利用旁路蓄能作用，协助机组迅速带上30％以上额定负荷，维持机组正常频率<30rpm,瞬时不超过90rpm，并维持系统电压稳定；机组甩负荷带厂用电或部分负荷，旁路迅速释放能量，维持机组正常频率<30rpm，瞬时不超过90rpm，并维持系统电压稳定。模拟计算结果表如图7所示。

图3～图6分别为投切5MW的电动机中未采用旁路系统的和采用旁路系统的的频率恢复曲线及电压恢复曲线，由图中曲线可以看出采用旁路系统后，电动机所输出的电流的频率和电压较稳定。 

Claims (10)

1.孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，增加锅炉的蒸发量，打开旁路系统维持蒸汽压力的稳定，并且通过压控方式自动调节旁路阀的开度； 

S2，DEH调速系统探测发电机组的转速降低后，开启汽轮机调节阀，同时在旁路系统的压力反馈作用下关小旁路阀。

2.根据权利要求1所述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法，其特征在于，当汽轮发电机组的保护参数超限时，紧急停汽轮机，保证系统安全动作。

3.根据权利要求2所述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法，其特征在于，所述的阀门执行机构采用46#抗磨液压油或低压透平油。

4.根据权利要求1或3所述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法，其特征在于，步骤S2还包括：对汽轮机调节阀的开度进行调整从而维持孤立电网及发电机组转速的稳定及进一步改善系统的动态品质。

5.根据权利要求4所述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的方法，其特征在于：当发电机组功率不足频率下降过低时，切除部分负荷。

6.实现权利要求 1～5所述方法的一种孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统，其特征在于：包括锅炉、旁路系统、汽轮机、发电机和凝汽器；所述的旁路系统包括旁路阀；所述的汽轮机包括汽轮机调节阀及DEH调速系统；发电机分别与孤立电网和汽轮机连接，旁路系统分别与锅炉、汽轮机和凝汽器连接。

7.根据权利要求6所述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统，其特征在于，所述系统还包括：汽机TSI监视仪、振动传感器、位移传感器、转速传感器、汽机油系统管路上的AST电磁阀及ETS系统。

8.根据权利要求7所述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统，其特征在于，所述的系统还包括：设置在DEH调速系统上的一次调频模块和转速微分调节回路。

9.根据权利要求6或8所述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统，其特征在于，所述系统还包括：设置在用户负荷侧的低周减载装置，从而保证机组的安全。

10.根据权利要求9所述的孤网系统大负荷阶跃时稳定系统频率与电压的系统，其特征在于，所述的旁路阀采用杭州和利时自动化有限公司的自容式油动机来驱动，所述的汽轮机调节阀采用汽轮机厂的低压透平油电液油动机来驱动。

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