CN110932292A - 一种基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置及其控制方法，涉及火力发电领域，包括小发电机、小汽轮机、主汽轮发电机组、主变压器、小变压器、电能转换装置、进汽调节阀门、储能装置、母线、主开关和控制电路连接或断开的装置组成，其中，小发电机通过控制电路连接或断开的装置电连接所述母线；母线通过控制电路连接或断开的装置电连接负荷；小汽轮机驱动小发电机发出交流电；进汽调节阀门控制小汽轮机进汽量的大小；主变压器通过主开关与工频电网电连接；电能转换装置顺序通过小变压器、控制电路连接或断开的装置与母线电连接。本发明可以提高一次调频和自动发电控制的调节性能，减少能量损失、提高能量利用效率。

Description

一种基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置及 控制方法

技术领域

本发明涉及火力发电领域，尤其涉及基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置及控制方法。

背景技术

一方面，火力发电厂为降低成本、节能减排，积极挖掘内部潜力，千方百计地降低厂用电率、提高发电厂的经济性，而建设小发电机组，供电给厂用负荷或其他设备，这是目前已经实施的一项节能技术。

小发电机组进汽调节阀门在运行中存在一定的节流损失，原因主要来自于几点：小发电机组汽源本身的设计余量、运行方式的调整、出于运行安全考虑或调节裕度的需要，这使得小发电机组的进汽调节阀门常常处于节流状态。

另一方面，并网火力发电厂根据有关规定提供辅助服务，其中包括一次调频和自动发电控制AGC等调频服务。

一次调频是指电网的频率一旦偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程。当电网频率升高时，一次调频功能要求机组利用其蓄热快速减负荷，反之，机组快速增负荷。一次调频的考核指标一般包括正确动作率和性能指标等。

自动发电控制AGC是指发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电力调度指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求的服务。AGC的考核指标一般包括响应时间、调节速率、调节精度等。

火力发电厂一次调频、AGC通过热工控制动作于热力系统，存在较大的响应死区或调节死区，响应时间较长一般可达数十秒，响应速度或调节速率较慢，而且能量转换和利用效率相对不高。

因此，为减少小发电机组节流损失、进一步提高节能效果，同时提高火力发电厂一次调频和AGC的性能或考核指标、减少能量损失、提高能量利用效率，本领域的技术人员基于小发电机组节能技术和一次调频、AGC调频，致力于开发一种灵敏、快速、高效的基于电能转换及储能装置的火电厂辅助调频装置及其控制方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何减少小发电机组节流损失，同时又提高火力发电厂一次调频和AGC的性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，包括小发电机、小汽轮机、主汽轮发电机组、主变压器、小变压器、电能转换装置、进汽调节阀门、储能装置、母线、主开关和控制电路连接或断开的装置组成，其中，所述小发电机通过所述控制电路连接或断开的装置电连接所述母线；所述母线通过所述控制电路连接或断开的装置电连接负荷；所述小汽轮机驱动所述小发电机发出交流电；所述进汽调节阀门控制所述小汽轮机进汽量的大小；所述主变压器通过主开关与工频电网电连接；所述电能转换装置顺序通过所述小变压器、所述控制电路连接或断开的装置与所述母线电连接。

进一步地，所述调频包括一次调频和自动发电控制。

进一步地，所述电能转换装置控制电能在不同连接端的电气系统之间流动。

进一步地，所述小发电机为同步发电机或非同步发电机。

进一步地，所述非同步发电机，包括异步发电机或变频运行的同步发电机。

进一步地，所述变频运行的同步发电机由汽轮机驱动。

进一步地，所述电能转换装置由两个电能转换装置子装置构成，其中一个所述电能转换装置子装置工作于整流方式时，另一个工作于逆变方式。

进一步地，所述两个电能转换装置子装置之间配置有储能设备，储能方式包括：化学储能和电磁储能。

进一步地，所述化学储能包括：铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池；所述电磁储能包括：超导电磁储能、超级电容器储能。

基于电能转换及储能的火电厂辅助调频装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、提高进汽调节阀门的开度，通过调整电能转换装置的输送功率，将母线上来自小发电机组的富余电能经过电能转换装置供给另外一根母线，从而减少节流损失，实现系统节能；

步骤二、当收到主汽轮发电机组要求进行辅助调频的指令时，电能转换装置通过控制输送电能的功率大小，和/或输送电能的流动方向，或同时改变电能的功率的大小和电能的流动方向，辅助主汽轮发电机组进行调频。

步骤三、通过控制储能设备储存或释放能量，和/或控制进汽调节阀门的开度，以辅助主汽轮发电机组进行调频。

技术效果：

1、可以提高一次调频、AGC的调节深度或调节范围等性能，调节精度高，即响应死区或调节死区小，可对收到的辅助调频指令做出灵敏响应。

2、可以减少小汽轮机的节流损失，提高主汽轮发电机组的热力性能，提高节能效果和能量利用效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的示意图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。

如图1所示，基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，包括小发电机1，小发电机1通过控制电路连接或断开的装置101电连接母线B1，母线B1通过控制电路连接或断开的装置901电连接负荷9，母线B1通过控制电路连接或断开的装置102电连接储能设备SE1，以及驱动所述小发电机1发出交流电的小汽轮机2，控制所述小汽轮机2进汽量大小的进汽调节阀门201。该装置还包括主汽轮发电机组5、主变压器6，所述主变压器6通过主开关701与工频电网71电连接。该装置还包括电能转换装置3和电能转换装置8，所述电能转换装置3由电能转换装置子装置31和电能转换装置子装置32构成，电能转换装置子装置31和电能转换装置子装置32之间电连接储能设备SE2，所述电能转换装置3顺序通过小变压器41、控制电路连接或断开的装置301与所述母线B1电连接，所述电能转换装置3顺序通过控制电路连接或断开的装置302、小变压器42与主汽轮发电机组5电连接，所述电能转换装置8顺序通过小变压器43、控制电路连接或断开的装置801与所述母线B1电连接，所述电能转换装置8顺序通过小变压器44、控制电路连接或断开的装置802与母线B2电连接，所述母线B2通过控制电路连接或断开的装置702与工频电网72电连接。所述电能转换装置3、电能转换装置8控制电能在不同连接端的电气系统之间流动。

本实施例的控制方法：

第一步，提高进汽调节阀门201的开度，通过调整所述电能转换装置8的输送功率，将所述母线B1上来自所述小发电机组2由于所述进汽调节阀门201开度增加而产生的富余电能经过所述电能转换装置8供给所述母线B2。

第二步，通过控制电能转换装置3，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向装置301输送的功率，或控制电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，和/或电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向小变压器42输送的功率，或控制电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，和/或通过电能转换装置3增加向装置301输送的功率；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向装置301输送的功率。

进一步地，针对上述第二步的控制方法，可以通过同时控制电能转换装置8，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、电能转换装置8减少向母线B2输送的功率；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、电能转换装置8减少向母线B2输送的功率；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向装置301输送的功率、电能转换装置8减少向母线B2输送的功率，或控制电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、电能转换装置8减少向母线B2输送的功率。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、电能转换装置8增加向母线B2输送的功率；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向小变压器42输送的功率、电能转换装置8增加向母线B2输送的功率，或控制电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、电能转换装置8增加向母线B2输送的功率；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、电能转换装置8增加向母线B2输送的功率。

进一步地，针对上述第二步的控制方法，可以通过同时控制储能设备SE1储存或释放所储能量，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、储能设备SE1释放能量；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、储能设备SE1释放能量；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向装置301输送的功率、储能设备SE1释放能量，或控制电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、储能设备SE1释放能量。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、储能设备SE1吸收能量；

电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向小变压器42输送的功率、储能设备SE1吸收能量，或控制电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、储能设备SE1吸收能量；

电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、储能设备SE1吸收能量。

进一步地，针对上述第二步的控制方法，可以通过同时控制储能设备SE2储存或释放所储能量，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、储能设备SE2释放能量；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、储能设备SE2释放能量；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向装置301输送的功率、储能设备SE2释放能量，或控制电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、储能设备SE2释放能量。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、储能设备SE2吸收能量；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向小变压器42输送的功率、储能设备SE2吸收能量，或控制电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、储能设备SE2吸收能量；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、储能设备SE2吸收能量。

进一步地，针对上述第二步的控制方法，可以通过同时控制进汽调节阀门201的开度，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向装置301输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度，或控制电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向小变压器42输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度，或控制电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度。

进一步地，针对上述第二步的控制方法，还可以通过同时控制电能转换装置8和储能设备SE1、储能设备SE2，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、电能转换装置8减少向母线B2输送的功率、储能设备SE1释放能量、储能设备SE2释放能量；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、电能转换装置8减少向母线B2输送的功率、储能设备SE1释放能量、储能设备SE2释放能量；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向装置301输送的功率、电能转换装置8减少向母线B2输送的功率、储能设备SE1释放能量、储能设备SE2释放能量，或控制电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，电能转换装置3增加向小变压器42输送的功率、电能转换装置8减少向母线B2输送的功率、储能设备SE1释放能量、储能设备SE2释放能量。

当电能转换装置3工作于待机状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3转入工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、电能转换装置8增加向母线B2输送的功率、储能设备SE1吸收能量、储能设备SE2吸收能量；

当电能转换装置3工作于由装置301向小变压器42输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3减少向小变压器42输送的功率能、电能转换装置8增加向母线B2输送的功率、储能设备SE1吸收能量、储能设备SE2吸收能量，或控制电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、电能转换装置8增加向母线B2输送的功率、储能设备SE1吸收能量、储能设备SE2吸收能量；

当电能转换装置3工作于由小变压器42向装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，电能转换装置3增加向装置301输送的功率、电能转换装置8增加向母线B2输送的功率、储能设备SE1吸收能量、储能设备SE2吸收能量。

在另外的实施例中，电能转换装置8也可以配置成电能转换装置3一样，分成两个电能转换装置子装置，两个电能转换装置子装置之间配置有储能设备，用以增加辅助调频的范围和灵敏度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，其特征在于，包括小发电机、小汽轮机、主汽轮发电机组、主变压器、小变压器、电能转换装置、进汽调节阀门、储能装置、母线、主开关和控制电路连接或断开的装置组成，其中，所述小发电机通过所述控制电路连接或断开的装置电连接所述母线；所述母线通过所述控制电路连接或断开的装置电连接负荷；所述小汽轮机驱动所述小发电机发出交流电；所述进汽调节阀门控制所述小汽轮机进汽量的大小；所述主变压器通过主开关与工频电网电连接；所述电能转换装置顺序通过所述小变压器、所述控制电路连接或断开的装置与所述母线电连接。

2.如权利要求1所述的基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，其特征在于，所述调频包括一次调频和自动发电控制。

3.如权利要求1所述的基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，其特征在于，所述电能转换装置控制电能在不同连接端的电气系统之间流动。

4.如权利要求1所述的基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，其特征在于，所述小发电机为同步发电机或非同步发电机。

5.如权利要求4所述的基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，其特征在于，所述非同步发电机，包括异步发电机或变频运行的同步发电机。

6.如权利要求4所述的基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，其特征在于，所述变频运行的同步发电机由汽轮机驱动。

7.如权利要求1所述的基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，其特征在于，所述电能转换装置由两个电能转换装置子装置构成，其中一个所述电能转换装置子装置工作于整流方式时，另一个工作于逆变方式。

8.如权利要求7所述的基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，其特征在于，所述两个电能转换装置子装置之间配置有储能设备，储能方式包括：化学储能和电磁储能。

9.如权利要求8所述的基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置，其特征在于，所述化学储能包括：铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池；所述电磁储能包括：超导电磁储能、超级电容器储能。

10.一种基于电能转换装置及储能装置的火电厂辅助调频装置的控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、提高进汽调节阀门的开度，通过调整电能转换装置的输送功率，将母线上来自小发电机组的富余电能经过电能转换装置供给另外一根母线；

步骤二、当收到主汽轮发电机组要求进行辅助调频的指令时，电能转换装置通过控制输送电能的功率大小，和/或输送电能的流动方向，或同时改变电能的功率的大小和电能的流动方向，辅助主汽轮发电机组进行调频。

步骤三、通过控制储能设备储存或释放能量，和/或控制进汽调节阀门的开度，以辅助主汽轮发电机组进行调频。

Images