CN110970926A - 一种火电厂基于节能技术的辅助调频装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火电厂基于节能技术的辅助调频装置及其控制方法，涉及火电厂调频技术领域，包括小发电机(1)、主汽轮发电机组(5)、主变压器(6)、主开关(701)、第一工频电网(71)、第一电能转换装置(3)和第二电能转换装置(8)，所述小发电机(1)与主汽轮发电机组(5)出口之间设有所述第一电能转换装置(3)，所述主汽轮发电机组(5)出口电连接所述主变压器(6)输入端，所述主变压器(6)输出端通过所述主开关(701)电连接所述第一工频电网(71)。本发明灵敏、快速、高效，可以进一步提高节能水平，可以提高机组一次调频、AGC的调节性能，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。
Description
技术领域
本发明涉及火电厂调频技术领域，尤其涉及一种火电厂基于节能技术的辅助调频装置及其控制方法。
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就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，原因主要来自于几方面：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“两个细则”等有关规定提供并网运行的功能、性能和辅助服务，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等手段快速减负荷，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，本领域的技术人员致力于开发一种火电厂基于节能技术的辅助调频装置及其控制方法，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。
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。
为实现上述目的，本发明提供了一种火电厂基于节能技术的辅助调频装置，其特征在于，包括小发电机、主汽轮发电机组、主变压器、主开关、第一工频电网、第一电能转换装置和第二电能转换装置，所述小发电机与主汽轮发电机组出口之间设有所述第一电能转换装置，所述主汽轮发电机组出口电连接所述主变压器输入端，所述主变压器输出端通过所述主开关电连接所述第一工频电网。
进一步地，所述第一电能转换装置和所述第二电能转换装置分别控制或同时控制输送电能的大小和/或流动方向。
进一步地，所述小发电机为同步发电机或非同步发电机，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，所述变频运行的同步发电机由汽轮机驱动。
进一步地，所述辅助调频装置还包括小汽轮机和进汽调节阀门，所述进汽调节阀门用于控制所述小汽轮机进汽量大小，所述小汽轮机用于驱动所述小发电机发出交流电。
进一步地，所述辅助调频装置还包括第一开关、第二开关、第三开关、第一小变压器、第二小变压器、第一母线、第七开关和负荷，所述小发电机通过所述第一开关电连接所述第一母线，所述第一母线通过所述第七开关电连接所述负荷，所述第一电能转换装置顺序通过所述第一小变压器、第二开关与所述第一母线电连接，所述第一电能转换装置顺序通过所述第三开关、第二小变压器与所述主汽轮发电机组出口电连接。
进一步地，所述辅助调频装置还包括第四开关、第五开关、第六开关、第三小变压器、第四小变压器、第二母线和第二工频电网，所述第二电能转换装置顺序通过所述第三小变压器、第五开关与所述第一母线电连接，所述第二电能转换装置顺序通过第四小变压器、第六开关与所述第二母线电连接，所述第二母线通过所述第四开关与所述第二工频电网电连接。
本发明还提供了一种火电厂基于节能技术的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1、提高所述进汽调节阀门的开度，通过调整所述第二电能转换装置的输送功率，将所述第一母线上来自所述小发电机的富余电能经过所述第二电能转换装置供给所述第二母线；
步骤2、当收到要求所述主汽轮发电机组进行调频的指令时，所述第一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以辅助所述主汽轮发电机组进行所述调频。
进一步地，所述步骤2还包括所述进汽调节阀门通过控制开度大小以辅助所述主汽轮发电机组进行所述调频。
进一步地，所述步骤2还包括所述第二电能转换装置通过控制输送电能的功率大小以辅助所述主汽轮发电机组进行所述调频。
进一步地，所述步骤2中所述调频包括一次调频和自动发电控制。
本发明相比于现有节能技术和一次调频、AGC作用于热力系统、调整机组出力，有如下优点：
小汽轮机进汽调节阀门开度增大，减小了节流损失、提高了小汽轮机运行效率；电能转换装置的响应时间快、能量转换和利用效率高，可减少主汽轮发电机组的一次调频或AGC动作的频次、时间或深度，减少主汽轮发电机组的热力系统波动及其造成的能量损失，并且，对电能转换装置进行联合控制，可以提高主汽轮发电机组调频的调节深度或调节范围等性能，另外，本发明的调节精度高，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。
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系统示意图。
其中，1-小发电机，101-第一开关，2-小汽轮机，201-进汽调节阀门，3-第一电能转换装置，301-第二开关，302-第三开关，41-第一小变压器，42-第二小变压器，43-第三小变压器，44-第四小变压器，5-主汽轮发电机组，6-主变压器，71-第一工频电网，72-第二工频电网，701-主开关，702-第四开关，8-第二电能转换装置，801-第五开关，802-第六开关，9-负荷，901-第七开关，B1-第一母线，B2-第二母线。
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。
实施例一：
如图1所示，一种火电厂基于节能技术辅助调频的系统，该系统包括小发电机1，小发电机1通过第一开关101电连接第一母线B1，第一母线B1通过第七开关901电连接负荷9，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，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与第一工频电网71电连接，所述系统还包括第一电能转换装置3和第二电能转换装置8，所述第一电能转换装置3顺序通过第一小变压器41、第二开关301与所述第一母线B1电连接，所述第一电能转换装置3顺序通过第三开关302、第二小变压器42与主汽轮发电机组5电连接，所述第二电能转换装置8顺序通过第三小变压器43、第五开关801与所述第一母线B1电连接，所述第二电能转换装置8顺序通过第四小变压器44、第六开关802与第二母线B2电连接，所述第二母线B2通过第四开关702与第二工频电网72电连接。所述第一电能转换装置3、第二电能转换装置8控制电能在不同连接端的电气系统之间流动。
所述小发电机为同步发电机、非同步发电机。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。所述变频运行的同步发电机由汽轮机驱动。
所述调频包括一次调频和自动发电控制(AGC)。
第一电能转换装置3、第二电能转换装置8可以各自独立地分别控制输送所述电能的大小和输送所述电能的流动方向。
实施例二：
实施例一的控制方法：
第一步，提高进汽调节阀门201的开度，通过调整所述第二电能转换装置8的输送功率，将所述第一母线B1上来自所述小汽轮机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第二电能转换装置8供给所述第二母线B2。
第二步，通过控制第一电能转换装置3，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。
1)第一电能转换装置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，第一电能转换装置3转入工作于由第二开关301向第二小变压器42输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率；
第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器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，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率；
第一电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关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，第一电能转换装置3减少向第二开关301输送的功率，或控制第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器42输送电能的状态，和/或第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率。
2)第一电能转换装置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，第一电能转换装置3转入工作于由第二小变压器42向第二开关301输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率；
第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器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，第一电能转换装置3减少向第二小变压器42输送的功率，或控制第一电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关301输送电能的状态，和/或通过第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率；
第一电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关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，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率。
实施例三：
在实施例二的基础上，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。
3)第一电能转换装置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，第一电能转换装置3转入工作于由第二开关301向第二小变压器42输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度；
第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器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，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度；
第一电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关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，第一电能转换装置3减少向第二开关301输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度，或控制第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器42输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度。
4)第一电能转换装置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，第一电能转换装置3转入工作于由第二小变压器42向第二开关301输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度；
第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器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，第一电能转换装置3减少向第二小变压器42输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度，或控制第一电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关301输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度；
第一电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关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，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度。
实施例四：
在实施例二的基础上，针对上述第二步的控制方法，可以通过同时控制第二电能转换装置8，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。
5)第一电能转换装置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，第一电能转换装置3转入工作于由第二开关301向第二小变压器42输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率、第二电能转换装置8减少向第二母线B2输送的功率；
第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器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，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率、第二电能转换装置8减少向第二母线B2输送的功率；
第二电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关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，第一电能转换装置3减少向第二开关301输送的功率、第二电能转换装置8减少向第二母线B2输送的功率，或控制第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器42输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率、第二电能转换装置8减少向第二母线B2输送的功率。
6)第一电能转换装置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，第一电能转换装置3转入工作于由第二小变压器42向第二开关301输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率、第二电能转换装置8增加向第二母线B2输送的功率；
第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器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，第一电能转换装置3减少向第二小变压器42输送的功率、第二电能转换装置8增加向第二母线B2输送的功率，或控制第二电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关301输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率、第二电能转换装置8增加向第二母线B2输送的功率；
第一电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关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，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率、第二电能转换装置8增加向第二母线B2输送的功率。
实施例五：
在实施例二的基础上，针对上述第二步的控制方法，可以通过同时控制第二电能转换装置8、进汽调节阀门201，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。
7)第一电能转换装置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，第一电能转换装置3转入工作于由第二开关301向第二小变压器42输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率、第二电能转换装置8减少向第二母线B2输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度；
第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器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，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率、第二电能转换装置8减少向第二母线B2输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度；
第一电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关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，第一电能转换装置3减少向第二开关301输送的功率、第二电能转换装置8减少向第二母线B2输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度，或控制第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器42输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二小变压器42输送的功率、第二电能转换装置8减少向第二母线B2输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度。
8)第一电能转换装置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，第一电能转换装置3转入工作于由第二小变压器42向第二开关301输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率、第二电能转换装置8增加向第二母线B2输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度；
第一电能转换装置3工作于由第二开关301向第二小变压器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，第一电能转换装置3减少向第二小变压器42输送的功率、第二电能转换装置8增加向第二母线B2输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度，或控制第一电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关301输送电能的状态，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率、第二电能转换装置8增加向第二母线B2输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度；
第一电能转换装置3工作于由第二小变压器42向第二开关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，第一电能转换装置3增加向第二开关301输送的功率、第二电能转换装置8增加向第二母线B2输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度。
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)
1.一种火电厂基于节能技术的辅助调频装置，其特征在于，包括小发电机(1)、主汽轮发电机组(5)、主变压器(6)、主开关(701)、第一工频电网(71)、第一电能转换装置(3)和第二电能转换装置(8)，所述小发电机(1)与主汽轮发电机组(5)出口之间设有所述第一电能转换装置(3)，所述主汽轮发电机组(5)出口电连接所述主变压器(6)输入端，所述主变压器(6)输出端通过所述主开关(701)电连接所述第一工频电网(71)。
2.如权利要求1所述的火电厂基于节能技术的辅助调频装置，其特征在于，所述第一电能转换装置(3)和所述第二电能转换装置(8)分别控制或同时控制输送电能的大小和/或流动方向。
3.如权利要求1所述的火电厂基于节能技术的辅助调频装置，其特征在于，所述小发电机(1)为同步发电机或非同步发电机，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，所述变频运行的同步发电机由汽轮机驱动。
4.如权利要求1所述的火电厂基于节能技术的辅助调频装置，其特征在于，所述辅助调频装置还包括小汽轮机(2)和进汽调节阀门(201)，所述进汽调节阀门(201)用于控制所述小汽轮机(2)进汽量大小，所述小汽轮机(2)用于驱动所述小发电机(1)发出交流电。
5.如权利要求4所述的火电厂基于节能技术的辅助调频装置，其特征在于，所述辅助调频装置还包括第一开关(101)、第二开关(301)、第三开关(302)、第一小变压器(41)、第二小变压器(42)、第一母线(B1)、第七开关(901)和负荷(9)，所述小发电机(1)通过所述第一开关(101)电连接所述第一母线(B1)，所述第一母线(B1)通过所述第七开关(901)电连接所述负荷(9)，所述第一电能转换装置(3)顺序通过所述第一小变压器(41)、第二开关(301)与所述第一母线(B1)电连接，所述第一电能转换装置(3)顺序通过所述第三开关(302)、第二小变压器(42)与所述主汽轮发电机组(5)出口电连接。
6.如权利要求5所述的火电厂基于节能技术的辅助调频装置，其特征在于，所述辅助调频装置还包括第四开关(702)、第五开关(801)、第六开关(802)、第三小变压器(43)、第四小变压器(44)、第二母线(B2)和第二工频电网(72)，所述第二电能转换装置(8)顺序通过所述第三小变压器(43)、第五开关(801)与所述第一母线(B1)电连接，所述第二电能转换装置(8)顺序通过第四小变压器(44)、第六开关(802)与所述第二母线(B2)电连接，所述第二母线(B2)通过所述第四开关(702)与所述第二工频电网(72)电连接。
7.如权利要求6所述的火电厂基于节能技术的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1、提高所述进汽调节阀门(201)的开度，通过调整所述第二电能转换装置(8)的输送功率，将所述第一母线(B1)上来自所述小发电机(1)的富余电能经过所述第二电能转换装置(8)供给所述第二母线(B2)；
步骤2、当收到要求所述主汽轮发电机组(5)进行调频的指令时，所述第一电能转换装置(3)通过控制输送电能的功率大小和/或输送电能的流动方向以辅助所述主汽轮发电机组(5)进行所述调频。
8.如权利要求7所述的火电厂基于节能技术的辅助调频装置的控制方法，其特征在于，所述步骤2还包括所述进汽调节阀门(201)通过控制开度大小以辅助所述主汽轮发电机组(5)进行所述调频。
9.如权利要求7或8所述的火电厂基于节能技术的辅助调频装置的控制方法，其特征在于，所述步骤2还包括所述第二电能转换装置(8)通过控制输送电能的功率大小以辅助所述主汽轮发电机组(5)进行所述调频。
10.如权利要求7至9中任一权利要求所述的火电厂基于节能技术的辅助调频装置的控制方法，其特征在于，所述步骤2中所述调频包括一次调频和自动发电控制。
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