CN106432997A - 一种火电机组一次调频装置 - Google Patents

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Abstract

一种火电机组一次调频装置，其特征在于该装置包括以下设备，发电机组(1)，汽轮机(2)，燃煤锅炉(3)，一次调频控制装置(5)和分散控制装置(6)，所述发电机组(1)的一端和汽轮机(2)相连，汽轮机(2)和燃煤锅炉(3)相连，所述发电机组(1)的另一端通过电压互感器(4)与一次调频控制装置(5)相连，该一次调频控制装置(5)与分散控制装置(6)的一端相连，该分散控制装置(6)的另一端分别与汽轮机(2)和燃煤锅炉(3)相连，该装置连接简单，使用方便，可实现对电网频率信号的高速率、高精度采集。

Description

一种火电机组一次调频装置
技术领域
本发明涉及一种火电机组一次调频装置。
背景技术
随着新能源并网、负荷增长和电网规模的不断增大，在特高压电网和大区电网互联的新形势下，各级电网联系日渐紧密，电网和机组之间协调配合的要求也越来越高，网厂协调功能中的一次调频成为稳定电网的有效手段之一。发电机组一次调频功能是汽轮发电机组固有的功能，主要是通过调节DEH系统的进汽调节门，利用锅炉蓄热，在电网出现异常的情况下，快速响应电网的要求，稳定电网频率，以弥补电网负荷差距，维持电网的安全。传统发电机组一次调频系统信号源的采集均为汽轮机转速或ECS中频率变送器作为驱动信号，信号的精度最高为0.1转。而上传调度的调频信号是发电机出口57.7V的PT信号，由于信号转换、传输存在偏差的原因，导致一次调频动作频繁，每天实际记录的动作次数偏多，无效扰动严重影响一次调频动作合格率。同时一次调频频繁动作导致汽轮机调门波动，给机组的安全运行带来隐患。
发明内容
本发明为了克服现有技术中的缺陷，提供了
一种火电机组一次调频装置，其特征在于该装置包括以下设备，发电机组(1)，汽轮机(2)，燃煤锅炉(3)，一次调频控制装置(5)和分散控制装置(6)，所述发电机组(1)的一端和汽轮机(2)相连，汽轮机(2)和燃煤锅炉(3)相连，所述发电机组(1)的另一端通过电压互感器(4)与一次调频控制装置(5)相连，该一次调频控制装置(5)与分散控制装置(6)的一端相连，该分散控制装置(6)的另一端分别与汽轮机(2)和燃煤锅炉(3)相连；
所述一次调频控制装置(5)采用嵌入式结构平台，该装置包括频率采集装置(5-1)和一次调频动态调整控制装置(5-2)，所述频率采集装置(5-1)采用16位高精度A/D转换器，该频率采集装置(5-1)采用自制的传感器使得一次调频控制装置(5)的采集精度能够达到±0.001Hz，处理周期为20ms。
2、如权利要求1所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于所述一次调频动态调整控制装置(5-2)采用双核CPU，其中包含一个32位ARM处理器和32位浮点数字信号处理器。
3、如权利要求1所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于所述自制的传感器的制备方法包括以下步骤：
步骤一、传感器基体材料的制备
首先将无机填料加入至γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，并进行超声分散15-45min得到分散液，之后将高分子纤维置于无机填料分散液中在温度30-40℃下超声分散处理15-20min，之后升温至50-60℃下超声分散处理15-25min，既得到具有导电功能的高分子纤维/无机填料复合材料，其中无机填料占高分子纤维的质量的20-25％，将该复合材料置于模具中，采用聚乙烯醇进行浇筑，之后置于室温下干燥24-48h，既得到传感器基体材料，所述无机填料、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的质量为1-2:0.01-0.1:10-40；所述复合材料与聚乙烯醇的质量比为1-3:4-10；
步骤二，石墨烯纳米复合材料的制备
首先，在器皿中将石墨烯加入至乙二醇中制得混合物，超声分散15-45min，所述石墨烯与乙二醇的质量比为1-5:10-30；然后在器皿的混合物中加入FeCl3和可溶性二价金属盐，并在在氮气的保护下于150-170℃搅拌的情况下加入第一混合液中，所述搅拌的速率为80-200转/min，搅拌的时间15-45min，搅拌完毕后快速的加入NaOH碱溶液，控制溶液中的pH范围在9-10，并于150-170℃的条件下反应2-4h，之后将产物进行离心分离后将产物采用离子水洗涤至中性，并干燥既得到石墨烯纳米复合材料，所述石墨烯、FeCl3、可溶性二价金属盐和第一混合液的质量比为1.5-3:1:3:10-40；
步骤三，SiO2/Mn-TiO2的制备
在50-60℃的水浴条件下，向氢氟酸溶液中加入正硅酸乙酯，形成透明的溶液，之后搅拌中加入硫酸锰和钛酸四丁酯的混合液，搅拌的时间为15-60min，在180～210℃下反应12～16小时，冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇离心洗涤至中性后于50℃下真空干燥；将干燥后的固体研磨成粉末；然后，将研磨的粉末放入马弗炉中，升温速度为1～3℃/min，在500-550℃下煅烧2-4h；最后，将煅烧后的粉末冷却至室温，即制得SiO2/Mn-TiO2；
步骤四，传感器的制备
将步骤三所制得的SiO2/Mn-TiO2加入十二烷基磺酸钠后与步骤二所制得的石墨烯纳米复合材料置于聚乙烯醇中，并加入去离子水进行磁力搅拌30-70min，制得溶胶，并将该溶胶放置于均胶机中，采用旋涂法涂覆于步骤一所制得的传感器基体材料上，涂覆完毕后讲该部件置于烘干箱中在50℃下干燥得到传感器。
4、如权利要求3所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于步骤一中所述无机填料由碳纳米管和炭黑组成，所述碳纳米管和炭黑的质量比1-2:1.5；所述高分子纤维由聚丙烯腈电纺纤维和聚苯乙烯电纺纤维组成，所述聚丙烯腈电纺纤维和聚苯乙烯电纺纤维的质量比为1:1.2，所述聚丙烯腈电纺纤维的平均直径为800-1200nm，所述聚苯乙烯电纺纤维的平均直径为1000-1600nm。
5、如权利要求3所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于步骤二中所述可溶性二价金属盐由ZnSO4、CoSO4、和NiSO4组成，所述ZnSO4、CoSO4、和NiSO4的质量比为1-2:1-3:2-4；所述第一混合液由聚吡咯、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺组成，所述聚吡咯、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1-2:1:2-3。
6、如权利要求3所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于步骤三中所述氢氟酸溶液、正硅酸乙酯、硫酸锰和钛酸四丁酯的质量比为20-50:1-5:0.1-0.5:2-4。
7、如权利要求3所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于步骤四中所述SiO2/Mn-TiO2、十二烷基磺酸钠、石墨烯纳米复合材料和聚乙烯醇的质量比为1-2:0.01-0.1:2-3:20-60。
有益效果：
1、关于传感器基料的制备过程中，通过研究发采用丙烯腈电纺纤维和聚苯乙烯电纺纤维的质量比为1:1.2的混合制得的高分子纤维混合物，在不同温度下置于无机填料分散液中进行超声分散，可以有效的增强分散的效果，使得填料更加均匀的分布在高分子纤维和聚合物界面的界面区域，能够有效的增强基料强度，使得该基料的电学性能和力学性能有效增强，使得拉伸强度为35-40MPa，导电率17-20(S/m)，对比试验中仅仅采用一种纤维和采用同一种温度下进行超声分散的的基料的拉升强度为28-32，导电率为13-16(S/m)；
2、采用自制的传感器使得所述一次调频控制装置(5)的采集精度能够达到±0.001Hz，处理周期为20ms，处理速度比同步相量测量装置(PMU)处理速度提高了一倍；
3、一次调频控制装置(5)的频率采集装置(5-1)与电压互感器(4)相连，实现了与上传调度的频率信号同源；
4、石墨烯复合材料为金属提供了良好的固定环境，提高了传感器的稳定性，形成了优质的到导电网络，可以极大的缩短电子和离子运输的途径，提高电子传递速度，构建的电传感器具有相应速度快，灵敏度高，稳定性好的特性；
5、石墨烯纳米复合材料的制备中，引入了Fe离子和二价金属离子与SiO2/Mn-TiO2的加入使得各种金属之间取长补短，有效的发挥了协同作用，克服了单一金属氧化物在传感器领域的应用受限的缺陷，极大的促进了电荷的分离和转移速度，从而有效的提高了传感器的检测的灵敏度和处理周期。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
一种火电机组一次调频装置，其特征在于该装置包括以下设备，发电机组(1)，汽轮机(2)，燃煤锅炉(3)，一次调频控制装置(5)和分散控制装置(6)，所述发电机组(1)的一端和汽轮机(2)相连，汽轮机(2)和燃煤锅炉(3)相连，所述发电机组(1)的另一端通过电压互感器(4)与一次调频控制装置(5)相连，该一次调频控制装置(5)与分散控制装置(6)的一端相连，该分散控制装置(6)的另一端分别与汽轮机(2)和燃煤锅炉(3)相连；
所述一次调频控制装置(5)采用嵌入式结构平台，该装置包括频率采集装置(5-1)和一次调频动态调整控制装置(5-2)，所述频率采集装置(5-1)采用16位高精度A/D转换器，该频率采集装置(5-1)采用自制的传感器使得一次调频控制装置(5)的采集精度能够达到±0.001Hz，处理周期为20ms。
所述一次调频动态调整控制装置(5-2)采用双核CPU，其中包含一个32位ARM处理器和32位浮点数字信号处理器。
所述自制的传感器的制备方法包括以下步骤：
步骤一、传感器基体材料的制备
首先将无机填料加入至γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，并进行超声分散15-45min得到分散液，之后将高分子纤维置于无机填料分散液中在温度30-40℃下超声分散处理15-20min，之后升温至50-60℃下超声分散处理15-25min，既得到具有导电功能的高分子纤维/无机填料复合材料，其中无机填料占高分子纤维的质量的20-25％，将该复合材料置于模具中，采用聚乙烯醇进行浇筑，之后置于室温下干燥24-48h，既得到传感器基体材料，所述无机填料、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的质量为1-2:0.01-0.1:10-40；所述复合材料与聚乙烯醇的质量比为1-3:4-10；
步骤二，石墨烯纳米复合材料的制备
首先，在器皿中将石墨烯加入至乙二醇中制得混合物，超声分散15-45min，所述石墨烯与乙二醇的质量比为1-5:10-30；然后在器皿的混合物中加入FeCl3和可溶性二价金属盐，并在在氮气的保护下于150-170℃搅拌的情况下加入第一混合液中，所述搅拌的速率为80-200转/min，搅拌的时间15-45min，搅拌完毕后快速的加入NaOH碱溶液，控制溶液中的pH范围在9-10，并于150-170℃的条件下反应2-4h，之后将产物进行离心分离后将产物采用离子水洗涤至中性，并干燥既得到石墨烯纳米复合材料，所述石墨烯、FeCl3、可溶性二价金属盐和第一混合液的质量比为1.5-3:1:3:10-40，优选2:1:3:36；
步骤三，SiO2/Mn-TiO2的制备
在50-60℃的水浴条件下，向氢氟酸溶液中加入正硅酸乙酯，形成透明的溶液，之后搅拌中加入硫酸锰和钛酸四丁酯的混合液，搅拌的时间为15-60min，在180～210℃下反应12～16小时，冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇离心洗涤至中性后于50℃下真空干燥；将干燥后的固体研磨成粉末；然后，将研磨的粉末放入马弗炉中，升温速度为1～3℃/min，在500-550℃下煅烧2-4h；最后，将煅烧后的粉末冷却至室温，即制得SiO2/Mn-TiO2；
步骤四，传感器的制备
将步骤三所制得的SiO2/Mn-TiO2加入十二烷基磺酸钠后与步骤二所制得的石墨烯纳米复合材料置于聚乙烯醇中，并加入去离子水进行磁力搅拌30-70min，制得溶胶，并将该溶胶放置于均胶机中，采用旋涂法涂覆于步骤一所制得的传感器基体材料上，涂覆完毕后讲该部件置于烘干箱中在50℃下干燥得到传感器。
步骤一中所述无机填料由碳纳米管和炭黑组成，所述碳纳米管和炭黑的质量比1-2:1.5；所述高分子纤维由聚丙烯腈电纺纤维和聚苯乙烯电纺纤维组成，所述聚丙烯腈电纺纤维和聚苯乙烯电纺纤维的质量比为1:1.2，所述聚丙烯腈电纺纤维的平均直径为800-1200nm，所述聚苯乙烯电纺纤维的平均直径为1000-1600nm。
步骤二中所述可溶性二价金属盐由ZnSO4、CoSO4、和NiSO4组成，所述ZnSO4、CoSO4、和NiSO4的质量比为1-2:1-3:2-4；所述第一混合液由聚吡咯、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺组成，所述聚吡咯、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1-2:1:2-3，优选1.5:1:2.6。
步骤三中所述氢氟酸溶液、正硅酸乙酯、硫酸锰和钛酸四丁酯的质量比为20-50:1-5:0.1-0.5:2-4，优选40:3.5:0.4:3.2。
步骤四中所述SiO2/Mn-TiO2、十二烷基磺酸钠、石墨烯纳米复合材料和聚乙烯醇的质量比为1-2:0.01-0.1:2-3:20-60，优选1.5:0.08:2.7:48。
应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (7)

1.一种火电机组一次调频装置，其特征在于该装置包括以下设备，发电机组(1)，汽轮机(2)，燃煤锅炉(3)，一次调频控制装置(5)和分散控制装置(6)，所述发电机组(1)的一端和汽轮机(2)相连，汽轮机(2)和燃煤锅炉(3)相连，所述发电机组(1)的另一端通过电压互感器(4)与一次调频控制装置(5)相连，该一次调频控制装置(5)与分散控制装置(6)的一端相连，该分散控制装置(6)的另一端分别与汽轮机(2)和燃煤锅炉(3)相连；
所述一次调频控制装置(5)采用嵌入式结构平台，该装置包括频率采集装置(5-1)和一次调频动态调整控制装置(5-2)，所述频率采集装置(5-1)采用16位高精度A/D转换器，该频率采集装置(5-1)采用自制的传感器使得一次调频控制装置(5)的采集精度能够达到±0.001Hz，处理周期为20ms。
2.如权利要求1所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于所述一次调频动态调整控制装置(5-2)采用双核CPU，其中包含一个32位ARM处理器和32位浮点数字信号处理器。
3.如权利要求1所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于所述自制的传感器的制备方法包括以下步骤：
步骤一、传感器基体材料的制备
首先将无机填料加入至γ-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，并进行超声分散15-45min得到分散液，之后将高分子纤维置于无机填料分散液中在温度30-40℃下超声分散处理15-20min，之后升温至50-60℃下超声分散处理15-25min，既得到具有导电功能的高分子纤维/无机填料复合材料，其中无机填料占高分子纤维的质量的20-25％，将该复合材料置于模具中，采用聚乙烯醇进行浇筑，之后置于室温下干燥24-48h，既得到传感器基体材料，所述无机填料、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和乙醇的质量为1-2:0.01-0.1:10-40；所述复合材料与聚乙烯醇的质量比为1-3:4-10；
步骤二，石墨烯纳米复合材料的制备
首先，在器皿中将石墨烯加入至乙二醇中制得混合物，超声分散15-45min，所述石墨烯与乙二醇的质量比为1-5:10-30；然后在器皿的混合物中加入FeCl3和可溶性二价金属盐，并在在氮气的保护下于150-170℃搅拌的情况下加入第一混合液中，所述搅拌的速率为80-200转/min，搅拌的时间15-45min，搅拌完毕后快速的加入NaOH碱溶液，控制溶液中的pH范围在9-10，并于150-170℃的条件下反应2-4h，之后将产物进行离心分离后将产物采用离子水洗涤至中性，并干燥既得到石墨烯纳米复合材料，所述石墨烯、FeCl3、可溶性二价金属盐和第一混合液的质量比为1.5-3:1:3:10-40；
步骤三，SiO2/Mn-TiO2的制备
在50-60℃的水浴条件下，向氢氟酸溶液中加入正硅酸乙酯，形成透明的溶液，之后搅拌中加入硫酸锰和钛酸四丁酯的混合液，搅拌的时间为15-60min，在180～210℃下反应12～16小时，冷却至室温后，用去离子水和无水乙醇离心洗涤至中性后于50℃下真空干燥；将干燥后的固体研磨成粉末；然后，将研磨的粉末放入马弗炉中，升温速度为1～3℃/min，在500-550℃下煅烧2-4h；最后，将煅烧后的粉末冷却至室温，即制得SiO2/Mn-TiO2；
步骤四，传感器的制备
将步骤三所制得的SiO2/Mn-TiO2加入十二烷基磺酸钠后与步骤二所制得的石墨烯纳米复合材料置于聚乙烯醇中，并加入去离子水进行磁力搅拌30-70min，制得溶胶，并将该溶胶放置于均胶机中，采用旋涂法涂覆于步骤一所制得的传感器基体材料上，涂覆完毕后讲该部件置于烘干箱中在50℃下干燥得到传感器。
4.如权利要求3所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于步骤一中所述无机填料由碳纳米管和炭黑组成，所述碳纳米管和炭黑的质量比1-2:1.5；所述高分子纤维由聚丙烯腈电纺纤维和聚苯乙烯电纺纤维组成，所述聚丙烯腈电纺纤维和聚苯乙烯电纺纤维的质量比为1:1.2，所述聚丙烯腈电纺纤维的平均直径为800-1200nm，所述聚苯乙烯电纺纤维的平均直径为1000-1600nm。
5.如权利要求3所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于步骤二中所述可溶性二价金属盐由ZnSO4、CoSO4、和NiSO4组成，所述ZnSO4、CoSO4、和NiSO4的质量比为1-2:1-3:2-4；所述第一混合液由聚吡咯、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺组成，所述聚吡咯、N-甲基吡咯烷酮和N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1-2:1:2-3。
6.如权利要求3所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于步骤三中所述氢氟酸溶液、正硅酸乙酯、硫酸锰和钛酸四丁酯的质量比为20-50:1-5:0.1-0.5:2-4。
7.如权利要求3所述的一种火电机组一次调频装置，其特征在于步骤四中所述SiO2/Mn-TiO2、十二烷基磺酸钠、石墨烯纳米复合材料和聚乙烯醇的质量比为1-2:0.01-0.1:2-3:20-60。
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