CN112803438A - 孤网运行电厂多台发电机频率控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了孤网运行电厂多台发电机频率控制系统及控制方法，包括发电机组、网络交换机、DCS系统及母线电压PT，每组发电机组包括发电机G1、驱动机组、调速控制器、负荷控制器、发电机出口电压PT、发电机出口电流CT及发电机出口断路器；驱动机组驱动发电机G1，发电机G1经过发电机出口断路器与母线电压PT相连，发电机出口电压PT和发电机出口电流CT均与负荷控制器，负荷控制器的输出端与调速控制器的输入端相连，调速控制器的输出端与驱动机组的输入端相连。根据母线电压PT、发电机出口电流CT及各发电机组的容量及分配比例，实时调整各发电机组的负荷输出，使各发电机组同步承担负荷变化，维持电网频率稳定及电力平衡。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，具体涉及一种孤网运行电厂多台发电机频率控制系统及控制方法。
背景技术
在经济欠发达国家和地区，国家电网的建设较迟缓，在偏远地区没有电网。大型的工业企业通常建设在偏远的资源聚集区，为了满足企业的用电需求和供电的稳定可靠，大型企业通常建设自备电厂，孤网运行。由于生产企业在运行过程中，用电负荷随着生产装置的负荷波动，因此电厂发电机组的负荷需时刻调整，以满足生产需求，维持发电与用电的平衡。
对于孤网运行的电厂，多台发电机组同时运行时，通常只能由其中一台机组采用频率模式运行，控制整个电网的频率，其他发电机组采用固定负载模式运行。调频机组根据电网内用电负荷的变化，实时调整负荷输出，维持电网频率。固定负载运行的发电机组需要人工进行调整；另外如果调频机组出现故障而导致紧急停机，整个电网有可能会被拉垮。这种运行方式大大增加了操作上的难度和运行的风险。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的问题，提供一种根据电网实际用电负荷自动调整电网中各发电机组的发电输出与用电负荷平衡、并使各机组同步承担用电负荷维持电网的频率稳定的孤网运行电厂多台发电机频率控制系统及控制方法。
为实现上述目的，本发明所设计的孤网运行电厂多台发电机频率控制系统，包括多组并排布置的发电机组、网络交换机、DCS系统及母线电压PT，每组发电机组包括发电机G1、驱动机组、调速控制器、负荷控制器、发电机出口电压PT、发电机出口电流CT及发电机出口断路器；
每组发电机组中：驱动机组驱动发电机G1，发电机G1经过发电机出口断路器与母线电压PT相连，发电机出口电压PT和发电机出口电流CT均与负荷控制器，负荷控制器的输出端与调速控制器的输入端相连，调速控制器的输出端与驱动机组的输入端相连。
进一步地，所述DCS系统的输出端均与每组发电机组中负荷控制器的输入端相连，网络交换机均与每组发电机组中负荷控制器双向通信；每组发电机组中的负荷控制器均与母线电压PT。
还提供一种如上述所述孤网运行电厂多台发电机频率控制系统的控制方法，所述控制方法如下：
1)根据每组发电机组的发电机出口电压PT和发电机出口电流CT，计算出所有运行发电机的平均有功利用系数PRealAll，并计算每台发电机的有功利用系数PRealOwn，并根据负载分配增益值、负载分配系数计算出负荷分配下的频率设定偏置值fset load share；
2)根据每台发电机出口电压PT通过实时采样，获得发电机的实际运行频率freal，并经过运算器，计算出实际运行频率freal比例，结合实际运行频率freal比例经PID运算得到转速偏置信号Δf，并输出至每组发电机组的调速控制器。
进一步地，所述步骤1)中，计算平均有功利用系数PRealAll和每台发电机的有功利用系数PRealOwn的方法为：
Pi＝1.732×PTi×CTi×cosφ
PRealOwn＝Pi/Prated×100％
PRealAll＝(P1+P2+……)/(Prated×i)×100％
fset load share＝(PRealAll-PRealOwn)×Lsg×Lsf×100％
fset＝fset load share+fsp
PRealAll：所有运行发电机的平均有功利用系数
PRealOwn：每台发电机的有功利用系数
Pi：发电机的实际功率，i为大于等于1的自然数
Prated：发电机的额定功率
fset load share：负荷分配下的频率设定偏置值
fsp：系统频率设定值
fset：负荷分配下的实际频率设定值
PTi：发电机出口电压，i为大于等于1的自然数
CTi：发电机出口电流，i为大于等于1的自然数
cosφ：发电机功率因素
freal：发电机的实际运行频率
Lsg：负荷分配增益
Lsf：负荷分配系数。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明根据母线电压PT、发电机出口电流CT及各发电机组的容量及分配比例，实时调整各发电机组的负荷输出，使各发电机组同步承担负荷变化，维持电网频率稳定及电力平衡。
附图说明
图1为本发明孤网运行电厂多台发电机频率控制系统简图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示孤网运行电厂多台发电机频率控制系统，包括多组并排布置的发电机组、网络交换机901、DCS(分散控制系统)系统902及母线电压PT 903，每组发电机组包括发电机G1、驱动机组101、调速控制器102、负荷控制器103、发电机出口电压PT 104、发电机出口电流CT 105及发电机出口断路器106。
每组发电机组中：驱动机组101驱动发电机G1发电，发电机G1经过发电机出口断路器106与母线电压PT 903相连，发电机出口电压PT 104和发电机出口电流CT 105均与负荷控制器103，负荷控制器103的输出端与调速控制器102的输入端相连，调速控制器102的输出端与驱动机组101的输入端相连。同时，DCS系统902的输出端均与每组发电机组中负荷控制器103的输入端相连，网络交换机901均与每组发电机组中负荷控制器103双向通信。每组发电机组中的负荷控制器103均与母线电压PT 903。
驱动机组101驱动发电机G1发电，通过发电机出口开关送至厂内电网母线。对于孤网运行的自备电厂，各发电机组输出的电力全部送至厂内电网母线，并通过母线及变压器送至各工艺装置用户处，实现工厂内部发电与用电的自平衡。
发电机出口电压PT 104、发电机出口电流CT 105及母线电压PT 903送至负荷控制器103，通过网络交换机902与每组发电机组中负荷控制器交互信息，计算出转速偏置信号Δf，并输出至发电机调速控制器，维持汽轮发电机组转速(也是发电机出口频率)稳定的同时，调节发电机组发电负荷的输出，使发电负荷与用电负荷平衡。
孤网运行电厂多台发电机频率控制系统的控制方法如下：
1)根据每组发电机组的发电机出口电压PT和发电机出口电流CT，计算出所有运行发电机的平均有功利用系数PRealAll，并计算每台发电机的有功利用系数PRealOwn，并根据负载分配增益值、负载分配系数计算出负荷分配下的频率设定偏置值fset load share；
计算平均有功利用系数PRealAll和每台发电机的有功利用系数PRealOwn的方法为：
Pi＝1.732×PTi×CTi×cosφ
PRealOwn＝Pi/Prated×100％
PRealAll＝(P1+P2+……)/(Prated×i)×100％
fset load share＝(PRealAll-PRealOwn)×Lsg×Lsf×100％
fset＝fset load share+fsp
PRealAll：所有运行发电机的平均有功利用系数
PRealOwn：每台发电机的有功利用系数
Pi：发电机的实际功率(i为大于等于1的自然数)
Prated：发电机的额定功率
fset load share：负荷分配下的频率设定偏置值
fsp：系统频率设定值
fset：负荷分配下的实际频率设定值
PTi：发电机出口电压(i为大于等于1的自然数)
CTi：发电机出口电流(i为大于等于1的自然数)
cosφ：发电机功率因素
freal：发电机的实际运行频率
Lsg：负荷分配增益(系统设定值，取值范围0.5～100)
Lsf：负荷分配系数(设定值，取值范围0.1～0.9)
2)根据每台发电机出口电压PT通过实时采样，获得发电机的实际运行频率freal，并经过运算器，计算出实际运行频率freal比例，结合实际运行频率freal比例经PID运算得到转速偏置信号Δf，并输出至每组发电机组的调速控制器，维持汽轮发电机组转速(也是发电机出口频率)稳定的同时，调节发电机组发电负荷的输出，使发电负荷与用电负荷平衡。
本发明根据母线电压PT、发电机出口电流CT及各发电机组的容量及分配比例，实时调整各发电机组的负荷输出，使各发电机组同步承担负荷变化，维持电网频率稳定及电力平衡。
Claims (4)
1.一种孤网运行电厂多台发电机频率控制系统，其特征在于：包括多组并排布置的发电机组、网络交换机(901)、DCS系统(902)及母线电压PT(903)，每组发电机组包括发电机G1、驱动机组(101)、调速控制器(102)、负荷控制器(103)、发电机出口电压PT(104)、发电机出口电流CT(105)及发电机出口断路器(106)；
每组发电机组中：驱动机组(101)驱动发电机G1，发电机G1经过发电机出口断路器(106)与母线电压PT(903)相连，发电机出口电压PT(104)和发电机出口电流CT(105)均与负荷控制器(103)，负荷控制器(103)的输出端与调速控制器(102)的输入端相连，调速控制器(102)的输出端与驱动机组(101)的输入端相连。
2.根据权利要求1所述孤网运行电厂多台发电机频率控制系统，其特征在于：所述DCS系统(902)的输出端均与每组发电机组中负荷控制器(103)的输入端相连，网络交换机(901)均与每组发电机组中负荷控制器(103)双向通信；每组发电机组中的负荷控制器(103)均与母线电压PT(903)。
3.一种如权利要求1所述孤网运行电厂多台发电机频率控制系统的控制方法，其特征在于：所述控制方法如下：
1)根据每组发电机组的发电机出口电压PT和发电机出口电流CT，计算出所有运行发电机的平均有功利用系数PRealAll，并计算每台发电机的有功利用系数PRealOwn，并根据负载分配增益值、负载分配系数计算出负荷分配下的频率设定偏置值fsetloadshare；
2)根据每台发电机出口电压PT通过实时采样，获得发电机的实际运行频率freal，并经过运算器，计算出实际运行频率freal比例，结合实际运行频率freal比例经PID运算得到转速偏置信号Δf，并输出至每组发电机组的调速控制器。
4.根据权利要求3所述孤网运行电厂多台发电机频率控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，计算平均有功利用系数PRealAll和每台发电机的有功利用系数PRealOwn的方法为：
Pi＝1.732×PTi×CTi×cosφ
PRealOwn＝Pi/Prated×100％
PRealAll＝(P1+P2+……)/(Prated×i)×100％
fsetloadshare＝(PRealAll-PRealOwn)×Lsg×Lsf×100％
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PRealAll：所有运行发电机的平均有功利用系数
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