CN110492601B - 一种多能互济火电厂厂用电源系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多能互济火电厂厂用电源系统及其控制方法，包括多能集电电压母线段DNM、合闸同期装置TQJ1、并联的风电场专线L1和并联的太阳能发电专线L2；利用风、太阳发电场生产的电能作为火电厂厂用电工作电源，火力发电机组作为备用和补充电源，组成多能互济火电厂厂用电源系统。减少火电厂煤耗，节约一次资源；减少废弃物污染物排放量，提升环境综合效益；充分利用可再生的风能、太阳能资源，提高风电设备和太阳能设备利用率，提升资产效益；充分发挥火电厂装备和调节能力，将波动的风能、太阳能消弭于厂用电，向外电网提供稳定优质电能。系统结构简单、技术成熟、故障率低、可靠性高、造价及日常运行维护简单费用低。
Description
技术领域
本发明涉及电气供配电领域，涉及火电厂的厂用电供电技术，尤其涉及一种多能互济火电厂厂用电源系统及其控制方法。
背景技术
煤电因为具备基础性和灵活性，是提供电力、电量的主体，设备年利用小时数约4200小时，年发电量约4.2万亿度，需燃烧煤炭约13亿吨，二氧化碳排放34亿吨，对资源消耗和环境的压力极大。风、太阳能发电量约0.5万亿度，风电设备年利用小时数1950小时，太阳能设备年利用小时数1200小时，发电设备利用率仍有提高的空间。
煤炭资源和风光资源富集地区多有重叠，资源相对集中，电力供应能力富余，受电网调度能力制约，不能全部送出消纳。自然风能和太阳光能资源分布不均衡、来源不稳定，风力发电、太阳能发电场电能供给与需求难以完全平衡。由于电网调峰调频能力有限，以及风力发电、太阳能发电场不具备储能能力和其他调节手段，不得已弃风弃光，造成资源浪费；设备的利用率受到限制，造成资产冗费。
综上所述，一方面煤电每年消耗巨量的一次能源煤炭，产生大量废弃物和污染物，一方面风、光等清洁可再生能源还没有充分利用。这是存在于电力生产中的一对矛盾问题。
火电厂燃烧原煤将化学能转化蒸汽热能，推动蒸汽轮机-发电机组产生电能。为维持能量转换的持续运行，必须消耗可观的电能以转运燃料、处理水质、稳定燃烧、排放余物，这部分维持生产而必须消耗的能源，称为火电厂厂用电。燃煤火电机组厂用电是由火力发电机组供给，通常耗电量占机组额定发电量4％～6％，其耗煤量和废弃物、污染物排放占比亦同。
鉴于此，可以利用风、太阳能发电场生产的电能作为火电厂厂用电工作电源，火力发电机组作为备用和补充电源，组成多能互济火电厂厂用电源系统。正常生产工况下，厂用电能全部由风、太阳能发电场供给，风、太阳能发电场电能不足时，由火力发电机组补充；火力发电机组同时作为风、太阳能发电场检修时厂用电备用电源。
以装机容量1000MW燃煤火电厂为例，采用上述方法，与装机容量100MW的风、光电场组成多能互济火电厂厂用电源系统，每年可以节省煤炭约6.5万吨，减少二氧化碳排放17万吨，风电设备和太阳能设备年利用小时数提高到2100小时。火电厂具备较强的调频、调峰、调压能力，能够吸收消纳风、光电场电能的波动性，保障向电网输送安全可靠稳定的优质电能，不会对电网产生冲击。
因此，采用多能互济火电厂厂用电源系统可以减少火电厂煤耗，节约一次资源；减少废弃物污染物排放量，提升环境综合效益；充分利用可再生的风能、太阳能资源，提高风电设备和太阳能设备利用率，提升资产效益；充分发挥火电厂装备和调节能力，将波动的风能、太阳能消弭于厂用电，向外电网提供稳定优质电能。
目前还没有完善的多能互济火电厂厂用电源系统及其控制方法。
发明内容
针对现有技术中存在的火电厂无法多能互济的问题，本发明的目的在于提供一种多能互济火电厂厂用电源系统及其控制方法，利用风、光发电场生产的电能作为火电厂厂用电工作电源，火力发电机组作为备用和补充电源，组成多能互济火电厂厂用电源系统。减少火电厂煤耗，节约一次资源；减少废弃物污染物排放量，提升环境综合效益；充分利用可再生的风能、太阳能资源，提高风电设备和太阳能设备利用率，提升资产效益；充分发挥火电厂装备和调节能力，将波动的风能、太阳能消弭于厂用电，向外电网提供稳定优质电能。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种多能互济火电厂厂用电源系统，包括多能集电电压母线段DNM、合闸同期装置TQJ1、并联的风电场专线L1和并联的太阳能发电专线L2；
所述风电场专线L1通过开关1ZKK与多能集电电压母线段DNM连接，风电场专线L1与开关1ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器1PT的一端连接，电压互感器1PT的另一端与同期合闸装置TQJ1的输入端连接，同期合闸装置TQJ1的输出端与开关1ZKK连接，同期合闸装置TQJ1还通过电压互感器mPT1与多能集电电压母线段DNM连接；
所述太阳能发电专线L2通过开关2ZKK与多能集电电压母线段DNM连接，太阳能发电专线L2与开关2ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器2PT的一端连接，电压互感器2PT的另一端与同期合闸装置TQJ1连接，同期合闸装置TQJ1的输出端与开关2ZKK连接。
作为本发明的进一步改进，还包括火电厂厂用电压母线CYDM、同期合闸装置TQJ2、同期合闸装置TQJ3、并联的厂用变压器TBA和并联的厂用变压器TBB；
所述厂用变压器TBA一次侧与多能集电电压母线段DNM连接，二次侧通过开关3ZKK与火电厂厂用电压母线CYDM连接；同期合闸装置TQJ2的一个输入端通过电压互感器mPT2与火电厂厂用电压母线CYDM连接，TQJ2的另一个输入端通过电压互感器mPT1与多能集电电压母线段DNM连接，同期合闸装置TQJ2的一个输出端与开关3ZKK连接，同期合闸装置TQJ2的另一个输出端与厂用变压器TBA连接；
所述厂用变压器TBB一次侧与发电机出线端连接，二次侧通过开关4ZKK与火电厂厂用电压母线CYDM连接；同期合闸装置TQJ3的一个输入端通过电压互感器mPT2与火电厂厂用电压母线CYDM连接，TQJ3的另一个输入端通过电压互感器mPT3与汽轮发电机组出线端连接，同期合闸装置TQJ3的一个输出端与开关4ZKK连接，同期合闸装置TQJ3的另一个输出端与汽轮发电机组连接。
作为本发明的进一步改进，所述多能集电电压母线段DNM和火电厂厂用电压母线CYDM之间的厂用变压器TBA为有载调压变压器，厂用变压器TBA本体上带有有载调压装置TAVR。
作为本发明的进一步改进，所述厂用变压器TBA一次侧采用硬母线与多能集电电压母线段DNM连接，二次侧采用硬母线与火电厂厂用电压母线CYDM连接；厂用变压器TBB一次侧采用硬母线与汽轮发电机组出线端连接，二次侧采用硬母线与火电厂厂用电压母线CYDM连接。
作为本发明的进一步改进，所述汽轮发电机组带有自动励磁调节装置GAVR。
作为本发明的进一步改进，所述风电场专线L1、太阳能专线L2均采用电缆或架空导线与多能集电电压母线段DNM连接。
所述多能互济火电厂厂用电源系统的控制方法，包括以下步骤：
在火电厂正常运行时，包括机组启动、满发和停机工况下，由风电场专线L1和太阳能发电专线L2为火电厂厂用负荷供电，即闭合风电场专线L1的开关1ZKK，多能集电电压母线段DNM带电运行，同期合闸装置TQJ1检测太阳能专线L2与多能集电电压母线段DNM电压，当电压波形满足同期合闸条件，发出允许同期合闸电信号，闭合太阳能专线L2的开关2ZKK，风电场专线L1和太阳能专线L2并列向多能集电电压母线段DNM供电，多能集电电压母线段DNM和厂用变压器TBA空载充电正常，即经同期合闸装置TQJ2检定合闸允许条件，可闭合开关3ZKK使火电厂厂用电压母线CYDM受电，即可向全厂用电负荷供电。
作为本发明的进一步改进，当风电场专线L1和太阳能专线L2输出的电能量不能满足火电厂全厂用电负荷的需求，火电厂厂用电压母线CYDM电压将会降低；
当母线电压降低到额定电压的90％，且持续一段时间，同期合闸装置TQJ3即跟踪母线电压变化值，输出电信号调节汽轮发电机组自动励磁调节装置GAVR，使发电机机端电压跟随火电厂厂用电压母线CYDM电压的波动，直至开关4ZKK两侧电压差符合开关闭合允许条件，同期合闸装置TQJ3发出合闸电信号，使开关4ZKK闭合，厂用变压器TBA和厂用变压器TBB并列，联合向火电厂厂用电压母线CYDM供电。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明的多能互济火电厂厂用电源系统，采用用风、太阳能发电场生产的电能作为火电厂厂用电工作电源，火力发电机组作为备用和补充电源，组成多能互济火电厂厂用电源系统。正常生产工况下，厂用电能全部由风、太阳能发电场供给，风、太阳能发电场电能不足时，由火力发电机组补充；火力发电机组同时作为风、太阳能发电场检修时厂用电备用电源。风电场专线、太阳能专线和汽轮发电机组成三种能源型式组合、各路完全独立的电源联合供电。确保在各种工作条件和情况下，火电厂厂用电供电的可靠性。
本发明的控制方法应用太阳能电源、风能等可再生资源发电提供火电厂厂用电源，减少火电厂煤耗，节约一次资源；减少废弃物污染物排放量，提升环境综合效益；充分利用可再生的风能、太阳能资源，提高风电设备和太阳能设备利用率，提升资产效益；充分发挥火电厂装备和调节能力，将波动的风能、太阳能消弭于厂用电，向外电网提供稳定优质电能。
附图说明
图1为本发明系统的电路示意图；
图中：1、汽轮发电机组；2、厂用变压器TBA；3、厂用变压器TBB；4、火电厂厂用电压母线CYDM；5、多能集电电压母线段DNM。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
如图1所示，一种多能互济火电厂厂用电源系统，包括风电场专线L1和太阳能发电专线L2为火电厂厂用负荷供电，汽轮发电机组作为厂用负荷的补充和备用电源。风电场专线、太阳能专线和汽轮发电机组组成三种能源型式组合、各路完全独立的电源联合供电。确保在各种工作条件和情况下，火电厂厂用电供电的可靠性。
风电场专线L1通过开关1ZKK与多能集电电压母线段DNM5连接，风电场专线L1与开关1ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器1PT的一端连接，电压互感器1PT的另一端与同期合闸装置TQJ1的输入端连接，同期合闸装置TQJ1的输出端与开关1ZKK连接，同期合闸装置TQJ1还通过电压互感器mPT1与多能集电电压母线段DNM5连接；
太阳能发电专线L2通过开关2ZKK与多能集电电压母线段DNM5连接，太阳能发电专线L2与开关2ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器2PT的一端连接，电压互感器2PT的另一端与同期合闸装置TQJ1连接，同期合闸装置TQJ1的输出端与开关2ZKK连接。
汽轮发电机组1通过厂用变压器TBB3和开关4ZKK与火电厂厂用电压母线CYDM4连接。
厂用变压器TBA2一次侧与多能集电电压母线段DNM5连接，二次侧通过开关3ZKK与火电厂厂用电压母线CYDM4连接；同期合闸装置TQJ2的一个输入端通过电压互感器mPT2与火电厂厂用电压母线CYDM4连接，TQJ2的另一个输入端通过电压互感器mPT1与多能集电电压母线段DNM5连接；同期合闸装置TQJ2的一个输出端与开关3ZKK连接，同期合闸装置TQJ2的另一个输出端与厂用变压器TBA2的有载调压装置TAVR连接；
厂用变压器TBB3一次侧与发电机出线端连接，二次侧通过开关4ZKK与火电厂厂用电压母线CYDM4连接；同期合闸装置TQJ3的一个输入端通过电压互感器mPT2与火电厂厂用电压母线CYDM4连接，TQJ3的另一个输入端通过电压互感器mPT3与汽轮发电机组1出线端连接；同期合闸装置TQJ3的一个输出端与开关4ZKK连接，同期合闸装置TQJ3的另一个输出端与汽轮发电机组1自动励磁调节装置GAVR连接。
厂用变压器TBA2一次侧采用硬母线与多能集电电压母线段DNM5连接，二次侧采用硬母线与火电厂厂用电压母线CYDM4连接；厂用变压器TBB3一次侧采用硬母线与汽轮发电机组1出线端连接，二次侧采用硬母线与火电厂厂用电压母线CYDM4连接。
风电场专线L1、太阳能专线L2采用电缆或架空导线与多能集电电压母线段DNM5连接。
汽轮发电机组1布置在汽机房内，厂房内有消防、采暖通风、照明、检修起吊设施。
厂用变压器TBA2、厂用变压器TBB3和配电装置火电厂厂用电压母线CYDM4及多能集电电压母线段DNM5布置在专用配电室内。室内有采暖通风、照明、检修起吊设施。仪表、控制、保护及自动装置安装在配电装置柜体内。
本发明设备基础符合设备荷载要求，坚固平直，埋件尺寸准确。
下面对本申请提供的一种多能互济火电厂厂用电源系统的工作原理进行详细的阐述。
在火电厂正常运行时，包括机组启动、满发和停机等工况，由风电场专线L1和太阳能发电专线L2向火电厂厂用负荷供电。首先闭合风电场专线L1的开关1ZKK，向多能集电电压母线段DNM输能充电。同期合闸装置TQJ1采集多能集电电压母线段DNM与太阳能专线L2的电压，比对两者数值、相位及波形，持续检测电压差，直至捕捉到合闸同期点，立即发出合闸电信号闭合太阳能专线L2的开关2ZKK，使风电场专线L1和太阳能专线L2并列向多能集电电压母线段DNM供电。多能集电电压母线段DNM和厂用变压器TBA空载充电正常，同期合闸装置TQJ2采集多能集电电压母线段DNM电压和火电厂厂用电压母线CYDM电压，检定到允许合闸条件，即火电厂厂用电压母线CYDM电压为零，或者捕捉到合闸同期点，立即发出合闸电信号，闭合开关3ZKK使火电厂厂用电压母线CYDM受电，即可向全厂用电负荷供电。
多能集电电压母线段DNM母线电压受风电场专线L1和太阳能专线L2运行工况变化的影响，电压可能会在±5％额定电压范围内波动。同期合闸装置TQJ2检测多能集电电压母线段DNM母线电压波动情况，输出电信号控制厂用变压器TBA的有载调压装置TAVR，适度调节变压器变比，使火电厂厂用电压母线CYDM电压保持稳定在额定值。
当风电场专线L1和太阳能专线L2输出的电能量降低，不能满足火电厂全厂用电负荷的需求，火电厂厂用电压母线CYDM电压将会降低。当母线电压降低到额定电压的90％，持续10秒左右，同期合闸装置TQJ3检测火电厂厂用电压母线CYDM电压并跟踪母线电压变化值，输出电信号调节汽轮发电机组自动励磁调节装置GAVR，使发电机机端电压跟随火电厂厂用电压母线CYDM电压的波动，直至开关4ZKK两侧电压差符合开关闭合允许条件，同期合闸装置TQJ3发出合闸电信号，使开关4ZKK闭合，厂用变压器TBA和厂用变压器TBB并列，联合向火电厂厂用电压母线CYDM供电，以满足火电厂全厂用电负荷的需求。
厂用电压母线CYDM母线电压、多能集电电压母线段DNM母线电压和汽轮发电机组的机端电压都可以在火电厂集控室监视。
本发明利用风、太阳发电场生产的电能作为火电厂厂用电工作电源，火力发电机组作为备用和补充电源，组成多能互济火电厂厂用电源系统。减少火电厂煤耗，节约一次资源；减少废弃物污染物排放量，提升环境综合效益；充分利用可再生的风能、太阳能资源，提高风电设备和太阳能设备利用率，提升资产效益；充分发挥火电厂装备和调节能力，将波动的风能、太阳能消弭于厂用电，向外电网提供稳定优质电能。且系统结构简单、技术成熟、故障率低、可靠性高、造价及日常运行维护简单费用低。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种多能互济火电厂厂用电源系统，其特征在于，包括多能集电电压母线段DNM、合闸同期装置TQJ1、并联的风电场专线L1和并联的太阳能发电专线L2；
所述风电场专线L1通过开关1ZKK与多能集电电压母线段DNM连接，风电场专线L1与开关1ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器1PT的一端连接，电压互感器1PT的另一端与同期合闸装置TQJ1的输入端连接，同期合闸装置TQJ1的输出端与开关1ZKK连接，同期合闸装置TQJ1还通过电压互感器mPT1与多能集电电压母线段DNM连接；
所述太阳能发电专线L2通过开关2ZKK与多能集电电压母线段DNM连接，太阳能发电专线L2与开关2ZKK之间设置有抽头，抽头与电压互感器2PT的一端连接，电压互感器2PT的另一端与同期合闸装置TQJ1连接，同期合闸装置TQJ1的输出端与开关2ZKK连接；
还包括火电厂厂用电压母线CYDM、同期合闸装置TQJ2、同期合闸装置TQJ3、并联的厂用变压器TBA和并联的厂用变压器TBB；
所述厂用变压器TBA一次侧与多能集电电压母线段DNM连接，二次侧通过开关3ZKK与火电厂厂用电压母线CYDM连接；同期合闸装置TQJ2的一个输入端通过电压互感器mPT2与火电厂厂用电压母线CYDM连接，TQJ2的另一个输入端通过电压互感器mPT1与多能集电电压母线段DNM连接，同期合闸装置TQJ2的一个输出端与开关3ZKK连接，同期合闸装置TQJ2的另一个输出端与厂用变压器TBA连接；
所述厂用变压器TBB一次侧与发电机出线端连接，二次侧通过开关4ZKK与火电厂厂用电压母线CYDM连接；同期合闸装置TQJ3的一个输入端通过电压互感器mPT2与火电厂厂用电压母线CYDM连接，TQJ3的另一个输入端通过电压互感器mPT3与汽轮发电机组出线端连接，同期合闸装置TQJ3的一个输出端与开关4ZKK连接，同期合闸装置TQJ3的另一个输出端与汽轮发电机组连接；
所述多能集电电压母线段DNM和火电厂厂用电压母线CYDM之间的厂用变压器TBA为有载调压变压器，厂用变压器TBA本体上带有有载调压装置TAVR；
所述厂用变压器TBA一次侧采用硬母线与多能集电电压母线段DNM连接，二次侧采用硬母线与火电厂厂用电压母线CYDM连接；厂用变压器TBB一次侧采用硬母线与汽轮发电机组出线端连接，二次侧采用硬母线与火电厂厂用电压母线CYDM连接；
所述汽轮发电机组带有自动励磁调节装置GAVR。
2.根据权利要求1所述一种多能互济火电厂厂用电源系统，其特征在于，所述风电场专线L1、太阳能发电专线L2均采用电缆或架空导线与多能集电电压母线段DNM连接。
3.权利要求1-2任意一项所述多能互济火电厂厂用电源系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在火电厂正常运行时，包括机组启动、满发和停机工况下，由风电场专线L1和太阳能发电专线L2为火电厂厂用负荷供电，即闭合风电场专线L1的开关1ZKK，多能集电电压母线段DNM带电运行，同期合闸装置TQJ1检测太阳能发电专线L2与多能集电电压母线段DNM电压，当电压波形满足同期合闸条件，发出允许同期合闸电信号，闭合太阳能发电专线L2的开关2ZKK，风电场专线L1和太阳能发电专线L2并列向多能集电电压母线段DNM供电，多能集电电压母线段DNM和厂用变压器TBA空载充电正常，即经同期合闸装置TQJ2检定合闸允许条件，闭合开关3ZKK使火电厂厂用电压母线CYDM受电，并向全厂用电负荷供电。
4.根据权利要求3所述多能互济火电厂厂用电源系统的控制方法，其特征在于，
当风电场专线L1和太阳能发电专线L2输出的电能量不能满足火电厂全厂用电负荷的需求，火电厂厂用电压母线CYDM电压将会降低；
当母线电压降低到额定电压的90%，且持续一段时间，同期合闸装置TQJ3即跟踪母线电压变化值，输出电信号调节汽轮发电机组自动励磁调节装置GAVR，使发电机机端电压跟随火电厂厂用电压母线CYDM电压的波动，直至开关4ZKK两侧电压差符合开关闭合允许条件，同期合闸装置TQJ3发出合闸电信号，使开关4ZKK闭合，厂用变压器TBA和厂用变压器TBB并列，联合向火电厂厂用电压母线CYDM供电。
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