CN107834584A - 基于agc控制的辅助调峰调频设施系统 - Google Patents
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Classifications
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Abstract
本发明提供了基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统，包括电厂集控AGC调峰调频控制模块、电厂辅助调峰调频设施，AGC控制模块从电网调度中心获得电厂的调峰调频负荷需求，然后AGC直接控制电厂的辅助调峰调频设施，通过增减辅助调峰调频设施的耗电量，或通过机组大旁路调节阀门开度的变化，快速响应电网对该电厂的调峰调频要求。通过本发明的系统，可以完全避免因为电网调峰调频信号快速变化，导致机组汽机调门频繁动作或锅炉负荷频繁变化，给锅炉汽机带来的运行隐患和安全威胁，通过电厂内辅助调峰调频设施的增减负荷，从而实时快速地一年四季满足电网对火电厂的电力调峰调频辅助服务的要求。
Description
技术领域
本发明涉及火力发电应用领域，尤其涉及利用AGC控制和电力调峰调频辅助服务的应用领域。
背景技术
众所周知电能是不能被储存的，因此用户需要多少电量，电厂就需要同步发出多少电量，这样才不会造成能源的浪费。但是通常在电力系统中各个电厂的需求电负荷是在不断发生变化的，为了维持有功功率平衡，保持系统频率稳定，就需要发电部门相应改变发电机的发电量以适应用电负荷的变化，这就叫做调峰。
在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电、水电及核电等新能源的能力不足，弃风、弃光、弃水和弃核现象严重。
现有技术中热电联产机组“以热定电”方式运行，冬季由于热电耦合造成供热机组调峰能力仅为10％左右。随着能源局在2016年开展的22个火电灵活性示范项目的实施，未来冬季调峰可以得到一定程度的缓解。但是在夏季除了机组降负荷或停机之外如何调峰，特别是增加夏季调峰的同时保证火电厂的经济性，是摆在众多火电厂面前的一个难题。
近年来随着中国国民经济的飞速发展，人们对电力的需求也急剧增加，峰谷差日益增大。此外，风能、核能等电源的飞速发展，相对降低了电网的自调节能力，大规模接入的风电机组甚至引入了额外的随机功率扰动，使电网稳定性进一步恶化。因此，我国目前在调峰和调频方面，未来在机组黑启动等方面，这几个方面的辅助服务市场缺口必然随着可再生能源发电的进一步发展将越来越大。
本发明在现有火电厂自动发电控制AGC(Automatic Generation Control)系统基础上，引入AGC调峰调频控制模块，直接控制电厂内的辅助调峰调频设施，完全可以快速安全地满足电网的调峰调频需求，从而获得辅助服务交易收益，最终增加火电厂的整体运营效益。
发明内容
本发明提供了基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统，包括电厂集控AGC调峰调频控制模块、辅助调峰调频设施，电厂集控AGC控制模块从电网调度中心获得电厂的调峰调频负荷需求，然后电厂集控AGC调峰调频控制模块直接控制电厂的辅助调峰调频设施，通过增减辅助调峰调频设施的耗电量，快速响应电网对该电厂的调峰调频要求。
本发明解决前述技术问题所采用的技术方案是：
一种基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统，包括
电厂集控AGC调峰调频控制模块，从电网调度中心获得电厂调峰调频指令，利用电厂集控的AGC系统控制电厂内的辅助调峰调频设施，响应电网调峰调频的需求；
辅助调峰调频设施，接受所述电厂集控AGC调峰调频控制模块的控制指令，增减辅助调峰调频设施的负荷，实现电网调峰调频。
所述的辅助调峰调频设施包括机组旁路和外部调峰调频设备。
进一步，所述的机组旁路为亚临界、超临界或超超临界大型火电机组的两级旁路，或者为不带再热段的中小型火电机组的一级旁路系统，所述的机组旁路包括旁路调节阀门、喷水减温减压器、热网换热器；通过旁路调节阀门的快速开度变化，代替汽机主调节汽门的开度变化，快速响应电网的调峰调频需求。
进一步，所述的外部调峰调频设备包括蓄电池、电锅炉、电蓄热锅炉、电压缩热泵、电压缩制冷机组、电解制氢槽或蓄电储能设施中的任意一种或几种组合。
进一步，所述的电蓄热锅炉为固体蓄热电锅炉、电极锅炉和蓄热设施、电加热管锅炉和蓄热设施、高温导热油蓄热电锅炉、相变材料电蓄热锅炉中的任意一种或多种组合。
进一步，所述的电锅炉为电极锅炉、电加热管锅炉、高温导热油电锅炉、电磁锅炉中的任意一种或多种组合。
进一步，所述电解制氢槽为碱性水溶液电解槽、固体聚合物电解制氢槽或高温固体氧化物电解槽中的任意一种。
进一步，所述电压缩热泵是电厂循环水余热利用的电压缩热泵，或者是空气源的电压缩热泵，或者是河水源或江水源电压缩热泵。
进一步，所述的电锅炉或电压缩热泵生产的热水或蒸汽，用于蓄热设施进行蓄热，或者用于集中供热管网进行供热，或者用于电厂热力系统进行热量回收，或者用于对外供工业蒸汽。
进一步，所述的蓄电储能设施是物理储能设施、电化学储能设施、电磁储能设施或相变储能设施中的至少一种。
进一步，所述的电化学储能设施为锂离子电池，铅酸、铅碳、镍氢、镍镉、钠硫、钒液硫、镁、镍锌、锌空气蓄电池中的一种或几种。
进一步，所述的辅助调峰调频设施中的外部调峰调频设备，电厂集控AGC调峰调频控制模块会控制所述的外部辅助调峰调频设施始终投运在一个中间耗电负荷值，当电网要求电厂减小上网发电负荷时，电厂集控AGC控制模块控制所述的辅助调峰调频耗电设施增加耗电负荷值；当电网要求电厂增加上网发电负荷时，电厂集控AGC控制模块控制所述的辅助调峰调频耗电设施减小耗电负荷值，或蓄电池对外放电；进而满足增减负荷的双向调峰调频需求。
本发明的基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统具有下列优点
1.能够避免电厂集控AGC控制系统因为调峰调频而频繁控制汽机调节汽门动作或锅炉的快速增减负荷，从而给锅炉、汽机带来的安全隐患和寿命降低问题。
2.电网通过电厂集控AGC调峰调频模块直接调用厂内的辅助调峰调频设施，可以做到快速负荷响应，而且通过电转热、冷、氢、电，从而使得常规火电机组具有的储能设施。
3.厂内的辅助调峰调频设施的参与，丰富了火电厂对外输出的能源产品的类型，增加了火电厂对外供热、供冷、供电的安全性。
附图说明
图1为本发明的基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统实施例1的结构示意图。
图2为本发明的基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统控制模块架构图。
图3为本发明第2个实施例的一种基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统的结构示意图。
图4是本发明第3个实施例的一种基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统的结构示意图。
附图标记：1为锅炉、2为汽轮机、3为发电机、4为电网、5为凝汽器、6为除氧器、7为外部调峰调频设备、8为电厂热力系统、9为蓄热罐或供热管网、10为氢能输出与储存、11为冷水输出与储存、12为电能储存上网、13电厂集控AGC调峰调频控制模块、14机组旁路。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，一种基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统，其特征在于：包括
电厂集控AGC调峰调频控制模块13，从电网调度中心获得电厂调峰调频指令，利用电厂集控AGC系统控制电厂内的辅助调峰调频设施；
辅助调峰调频设施，接受所述电厂集控AGC调峰调频控制模块13的控制指令，增减辅助调峰调频设施的负荷，实现电网调峰调频。
所述的辅助调峰调频设施包括机组旁路14或者外部调峰调频设备7。
本实施例中，所述的一种基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统还包括机组旁路，所述的机组旁路可以是亚临界、超临界或超超临界大型火电机组的具有100％旁路负荷流量的两级旁路，也可以是不带再热段的中小型火电机组的100％旁路负荷流量的一级旁路系统，所述的机组包括气动旁路调节阀门、喷水减温减压器、热网换热器，通过气动旁路调节阀门的快速开度变化，替代汽机主调节汽门的开度变化，从而在不改变机组锅炉、汽机主机设备的运行工况的情况下，来快速响应AGC和电网的调峰调频需求。
本实施例中，所述的外部调峰调频设备7为电蓄热锅炉、电压缩热泵、电压缩制冷机组、电解制氢槽或蓄电储能设施中的任意一种或几种组合。
具体的，如图2所示，调峰调频的方法包括：
步骤S101：电厂集控AGC调峰调频模块13获取当前电网对电厂的需求符合数据，
步骤S102：电厂集控AGC调峰调频模块13将当前电网对电厂的需求电负荷数据与电厂的实时发电量进行比对，
步骤S103：判断电厂是否需要减少发电负荷；
步骤S104：如果需要减少发电负荷，电厂集控AGC调峰调频控制模块13接受电网调度中心指令后，直接投入或切除电厂内的辅助调峰调频设施，具体的，可以通过增加机组旁路流量；或者增加电锅炉、电热泵、电解槽等外部调峰调频设备7耗电设施的耗电量；或者对外部调峰调频设备7中的蓄电池进行充电。
步骤S105：如果需要增加发电负荷，电厂集控AGC调峰调频控制模块13接受电网调度中心指令后，直接投入或切除电厂内的辅助调峰调频设施，具体的，通过减少机组旁路流量；或者减少电锅炉、电热泵、电解槽等外部调峰调频设置7的耗电量；或者对外部调峰调频设备7中的蓄电池对外放电。
通过上述调峰调频的控制方法，在不改变机组锅炉、汽机主机设备的运行工况的情况下，快速响应电网的调峰调频等辅助服务需求。从而提高给锅炉、汽机带来的使用寿命，同时提高其安全隐患。电网通过电厂集控AGC调峰调频模块13直接调用厂内的辅助调峰调频设施，可以做到快速负荷响应，而且通过将电能转化为热能、氢能、储存电能，提高资源的利用，同时提高调峰调频的效率。并且厂内的辅助调峰调频设施的参与，丰富了火电厂对外输出的能源产品的类型，增加了火电厂对外供热、供冷、供电的安全性。
所述的电蓄热锅炉为固体蓄热电锅炉、电极锅炉和蓄热设施、电加热管锅炉和蓄热设施、高温导热油蓄热电锅炉、相变材料电蓄热锅炉中的任意一种或多种组合。
本实施例中，所述电解制氢槽可以是碱性水溶液电解槽、固体聚合物电解制氢槽或高温固体氧化物电解槽中的任意一种，进而进行氢能的输出与储存10。
本实施例中，所述电压缩热泵可以是电厂循环水余热利用的电压缩热泵，也可以是空气源的电压缩热泵，还可以是河水源或江水源电压缩热泵，可以用于冷水输出储存11。
本实施例中，所述的电蓄热锅炉或电压缩热泵生产的热水或蒸汽，既可以用于蓄热罐或供热管网9进行供热，也可以用于电厂热力系统8进行热量回收，如果蒸汽参数负荷工业蒸汽要求，也可以用于对外供工业蒸汽。
本实施例中，所述的蓄电储能设施是物理储能设施、电化学储能设施、电磁储能设施或相变储能设施中的至少一种，所述储能设施最终的能源输入和输出以电能的形式参与电网调峰调频。
本实施例中，所述的电化学储能设施可以是电化学蓄电池中的锂离子电池，铅酸、铅碳、镍氢、镍镉、钠硫、钒液硫、镁、镍锌、锌空气蓄电池中的一种或几种。
本实施例中，所述的辅助调峰调频设施中的耗电设施，如电蓄热锅炉、电压缩热泵、电压缩制冷机组、电解制氢槽中的任意一种或几种组合，电厂集控AGC调峰调频控制模块13控制其始终投运在一个中间耗电负荷值，当电网要求电厂减小上网发电负荷时电厂集控AGC调峰调频控制模块13控制这些辅助调峰调频耗电设施增加耗电负荷值；当电网要求电厂增加上网发电负荷时，AGC控制模块控制这些辅助调峰调频耗电设施减小耗电负荷值；通过这样的方式满足增减负荷的双向调峰调频需求。
实施例2：
请参阅图3，图3是本发明第2个实施例提供的一种电力调峰调频系统的结构示意图。本实施例与实施例1基本架构类似，不同点在于电厂的辅助调峰调频设施只有机组旁路系统，电厂集控AGC调峰调频控制模块13直接控制机组旁路的气动调节阀门，旁路阀门开度增加，则机组响应减负荷的调峰调频需求，旁路阀门开度减小，则机组响应增负荷的调峰调频需求；
实施例3：
请参阅图4，图4是本发明第3个实施例提供的一种电力调峰调频系统的结构示意图。本实施例与实施例1基本架构类似，不同点在于辅助调峰调频设施没有机组旁路，全是机组以外的外部调峰调频设备7，具体的可以是电蓄热锅炉、电压缩热泵、电压缩制冷机组、电解制氢槽或大型蓄电储能设施中的任意一种或几种组合，直接接受电厂集控AGC调峰调频控制模块13的控制指令对外部调峰调频设备7的投入和切除，从而实现调峰调频需求的快速响应。
实施例4
本实施例系统构成元素与实施例1基本相同，区别仅在于本实施例中的辅助调峰调频设施特指电蓄热锅炉设备，电厂集控AGC调峰调频控制模块13直接控制电蓄热锅炉的投入切除和功率控制，从而快速响应电网调峰调频辅助服务的要求，其中的电蓄热锅炉设备可以是固体蓄热电锅炉、电极锅炉和蓄热设施、电加热管锅炉和蓄热设施、高温导热油蓄热电锅炉、相变材料电蓄热锅炉中的任意一种或多种组合。
实施例5
本实施例系统构成元素与实施例1基本相同，区别仅在于本实施例中的辅助调峰调频设施特指蓄电储能设备，电厂集控AGC调峰调频控制模块13直接控制蓄电储能设备的投入切除和功率控制，从而快速响应电网调峰调频辅助服务的要求，其中的蓄电储能设备可以是物理储能设施、电化学储能设施、电磁储能设施或相变储能设施中的至少一种，所述储能设施最终的能源输入和输出以电能的形式参与电网调峰调频，本实施例中，所述的蓄电储能装置可以是各种电化学蓄电池中的锂离子电池，铅酸、铅碳、镍氢、镍镉、钠硫、钒液硫、镁、镍锌、锌空气蓄电池中的一种或几种，或物理储能或动能储能中的任意一种。
尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种基于AGC控制的辅助调峰调频设施系统，其特征在于：所述的系统包括
电厂集控AGC调峰调频控制模块，从电网调度中心获得电厂调峰调频指令，利用电厂集控的AGC系统控制电厂内的辅助调峰调频设施，响应电网调峰调频的需求；
辅助调峰调频设施，接受所述电厂集控AGC调峰调频控制模块的控制指令，增减辅助调峰调频设施的负荷，实现电网调峰调频。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述的辅助调峰调频设施包括机组旁路和外部调峰调频设备。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：
所述的机组旁路为亚临界、超临界或超超临界大型火电机组的两级旁路，或者为不带再热段的中小型火电机组的一级旁路系统，所述的机组旁路包括旁路调节阀门、喷水减温减压器、热网换热器；通过旁路调节阀门的快速开度变化，代替汽机主调节汽门的开度变化，快速响应电网的调峰调频需求。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：
所述的外部调峰调频设备包括蓄电池、电锅炉、电蓄热锅炉、电压缩热泵、电压缩制冷机组、电解制氢槽或蓄电储能设施中的任意一种或几种组合。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述的电蓄热锅炉为固体蓄热电锅炉、电极锅炉和蓄热设施、电加热管锅炉和蓄热设施、高温导热油蓄热电锅炉、相变材料电蓄热锅炉中的任意一种或多种组合。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述的电锅炉为电极锅炉、电加热管锅炉、高温导热油电锅炉、电磁锅炉中的任意一种或多种组合。
7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述电解制氢槽为碱性水溶液电解槽、固体聚合物电解制氢槽或高温固体氧化物电解槽中的任意一种。
8.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述电压缩热泵是电厂循环水余热利用的电压缩热泵，或者是空气源的电压缩热泵，或者是河水源或江水源电压缩热泵。
9.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述的电锅炉或电压缩热泵生产的热水或蒸汽，用于蓄热设施进行蓄热，或者用于集中供热管网进行供热，或者用于电厂热力系统进行热量回收，或者用于对外供工业蒸汽。
10.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述的蓄电储能设施是物理储能设施、电化学储能设施、电磁储能设施或相变储能设施中的至少一种。
11.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：
所述的电化学储能设施为锂离子电池，铅酸、铅碳、镍氢、镍镉、钠硫、钒液硫、镁、镍锌、锌空气蓄电池中的一种或几种。
12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述的辅助调峰调频设施中的外部调峰调频设备，电厂集控AGC调峰调频控制模块会控制所述的外部辅助调峰调频设施始终投运在一个中间耗电负荷值，当电网要求电厂减小上网发电负荷时，电厂集控AGC控制模块控制所述的辅助调峰调频耗电设施增加耗电负荷值；当电网要求电厂增加上网发电负荷时，电厂集控AGC控制模块控制所述的辅助调峰调频耗电设施减小耗电负荷值，或蓄电池对外放电；进而满足增减负荷的双向调峰调频需求。
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