CN115149589B - 高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统及方法 - Google Patents

高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统及方法 Download PDF

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CN115149589B CN202211078112.XA CN202211078112A CN115149589B CN 115149589 B CN115149589 B CN 115149589B CN 202211078112 A CN202211078112 A CN 202211078112A CN 115149589 B CN115149589 B CN 115149589B
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Abstract

本申请涉及高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统及方法，所述系统包括：发电并网单元和高压厂用交流可控负荷单元，所述发电并网单元与所述高压厂用交流可控负荷单元连接；所述发电并网单元包括SOP装置，所述SOP装置用于根据调频指令调节所述高压厂用交流可控负荷单元的负荷功率；所述高压厂用交流可控负荷单元，用于响应于所述SOP装置的负荷功率调节。本申请提出的技术方案，可以利用SOP装置对高压厂用交流可控负荷单元的负荷进行统一的调节，使得调频迅速准确，同时调频方法的应用简单。

Description

高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统及方法
技术领域
本申请涉及调频技术领域，尤其涉及高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统及方法。
背景技术
随着风电和储能的并网量增加、互联大电网的快速发展、大容量发电和远距离输电，使得电力系统的调频任务更加繁重。目前电力系统频率调节方式主要是通过调节发电机组容量，也可切断用户负荷，进行平衡发电侧与负荷侧之间的功率差，实现系统频率的稳定控制。但是火电机组通常存在响应时滞长，机组爬坡速率低等问题，无法准确跟踪电网调频指令，暴露出频率调节慢及调节不准确等现象。
发明内容
本申请提供高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统及方法，以至少解决相关技术中频率调节慢及调节不准确的技术问题。
本申请第一方面实施例提出一种高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统，包括：发电并网单元和高压厂用交流可控负荷单元，所述发电并网单元与所述高压厂用交流可控负荷单元连接；
所述发电并网单元包括SOP装置，所述SOP装置用于根据调频指令调节所述高压厂用交流可控负荷单元的负荷功率；
所述高压厂用交流可控负荷单元，用于响应于所述SOP装置的负荷功率调节。
优选的，所述发电并网单元还包括：发电机、发电机主变和高压厂用分裂绕组降压变；
所述发电机通过所述发电机主变与电网系统连接；
所述高压厂用分裂绕组降压变的高压侧连接至所述发电机的出口。
进一步的，所述发电并网单元还包括：第一厂用可控负荷并网开关和第二厂用可控负荷并网开关；
所述SOP装置包括：第一SOP装置和第二SOP装置；
所述第一SOP装置通过所述第一厂用可控负荷并网开关与所述高压厂用分裂绕组降压变的低压侧A绕组相连接；
所述第二SOP装置通过所述第二厂用可控负荷并网开关与所述高压厂用分裂绕组降压变的低压侧B绕组相连接。
进一步的，所述高压厂用交流可控负荷单元包括：第一6KV交流母线、第一高压电动机并网开关、第一高压电动机、第一高压负荷并网开关和第一高压负荷；
所述第一高压电动机通过所述第一高压电动机并网开关与所述第一6KV交流母线连接；
所述第一高压负荷通过所述第一高压负荷并网开关与所述第一6KV交流母线连接。
进一步的，所述高压厂用交流可控负荷单元还包括：第一小功率负荷并网开关和第一小功率负荷子模块；
所述第一小功率负荷子模块通过所述第一小功率负荷并网开关与所述第一6KV交流母线连接。
进一步的，所述高压厂用交流可控负荷单元还包括：第二6KV交流母线、第二高压电动机并网开关、第二高压电动机、第二高压负荷并网开关和第二高压负荷；
所述第二高压电动机通过所述第二高压电动机并网开关与所述第二6KV交流母线连接；
所述第二高压负荷通过所述第二高压负荷并网开关与所述第二6KV交流母线连接。
进一步的，所述高压厂用交流可控负荷单元还包括：第二小功率负荷并网开关和第二小功率负荷子模块；
所述第二小功率负荷子模块通过所述第二小功率负荷并网开关与所述第二6KV交流母线连接。
本申请第二方面实施例提出一种高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的方法，所述方法包括：
获取调频指令，并基于所述调频指令确定所需调节的有功功率；
基于所需调节的有功功率，利用SOP装置调节所述高压厂用交流可控负荷单元的负荷功率，进而响应所述调频指令。
优选的，所需调节的有功功率的计算式如下：
式中，为所需调节的有功功率，为调频指令对应的发电机调节目标频率，为发电机初始频率，为有功下垂系数。
本申请第三方面实施例提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如第二方面实施例所述的方法。
本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本申请提出了高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统及方法，所述系统包括：发电并网单元和高压厂用交流可控负荷单元，所述发电并网单元与所述高压厂用交流可控负荷单元连接；所述发电并网单元包括SOP装置，所述SOP装置用于根据调频指令调节所述高压厂用交流可控负荷单元的负荷功率；所述高压厂用交流可控负荷单元，用于响应于所述SOP装置的负荷功率调节。本申请提出的技术方案，可以利用SOP装置对高压厂用交流可控负荷单元的负荷进行统一的调节，使得调频迅速准确且调频方法简单。
本申请附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本申请一个实施例提供的高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统框图；
图2为根据本申请一个实施例提供的发电并网单元的结构图；
图3为根据本申请一个实施例提供的高压厂用交流可控负荷单元的结构图；
图4为根据本申请一个实施例提供的压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统整体示意图；
图5为根据本申请一个实施例提供的高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的方法流程图；
附图标记说明：
发电并网单元1、高压厂用交流可控负荷单元2、SOP装置1-1、发电机1-2、发电机主变1-3、高压厂用分裂绕组降压变1-4、第一厂用可控负荷并网开关1-5、第二厂用可控负荷并网开关1-6、第一SOP装置1-1-1、第二SOP装置1-1-2、第一6KV交流母线2-1、第一高压电动机并网开关2-2、第一高压电动机2-3、第一高压负荷并网开关2-4、第一高压负荷2-5、第一小功率负荷并网开关2-6、第一小功率负荷子模块2-7、第二6KV交流母线2-8、第二高压电动机并网开关2-9、第二高压电动机2-10、第二高压负荷并网开关2-11、第二高压负荷2-12、第二小功率负荷并网开关2-13、第二小功率负荷子模块2-14、第一小功率负荷降压变2-7-1、第一小功率负荷低压交流母线2-7-2、第一1段小功率负荷并网开关2-7-3、第一1段小功率负荷2-7-4、第一2段小功率负荷并网开关2-7-5、第一2段小功率负荷2-7-6、第二小功率负荷降压变2-14-1、第二小功率负荷低压交流母线2-14-2、第二1段小功率负荷并网开关2-14-3、第二1段小功率负荷2-14-4、第二2段小功率负荷并网开关2-14-5和第二2段小功率负荷2-14-6。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本申请提出的高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统及方法，所述系统包括：发电并网单元和高压厂用交流可控负荷单元，所述发电并网单元与所述高压厂用交流可控负荷单元连接；所述发电并网单元包括SOP装置，所述SOP装置用于根据调频指令调节所述高压厂用交流可控负荷单元的负荷功率；所述高压厂用交流可控负荷单元，用于响应于所述SOP装置的负荷功率调节。本申请提出的技术方案，可以利用SOP装置对高压厂用交流可控负荷单元的负荷进行统一的调节，使得调频迅速准确且调频方法简单。
下面参考附图描述本申请实施例的高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统及方法。
实施例一
图1为根据本申请一个实施例提供的一种高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统框图，如图1所示，所述系统包括：发电并网单元1和高压厂用交流可控负荷单元2，所述发电并网单元1与所述高压厂用交流可控负荷单元2连接；
所述发电并网单元1包括软开关（Soft Open Point,SOP）装置1-1，所述SOP装置1-1用于根据调频指令控制所述高压厂用交流可控负荷单元2的负荷功率；
所述高压厂用交流可控负荷单元2，用于响应于所述SOP装置1-1的负荷功率调节。
在本公开实施例中，如图2所示，所述发电并网单元1还包括：发电机1-2、发电机主变1-3和高压厂用分裂绕组降压变1-4；
所述发电机1-2通过所述发电机主变1-3与电网系统连接；
所述高压厂用分裂绕组降压变1-4的高压侧连接至所述发电机1-2的出口。
进一步的，如图2所示，所述发电并网单元1还包括：第一厂用可控负荷并网开关1-5和第二厂用可控负荷并网开关1-6；
所述SOP装置1-1包括：第一SOP装置1-1-1和第二SOP装置1-1-2；
所述第一SOP装置1-1-1通过所述第一厂用可控负荷并网开关1-5与所述高压厂用分裂绕组降压变1-4的低压侧A绕组相连接；
所述第二SOP装置1-1-2通过所述第二厂用可控负荷并网开关1-6与所述高压厂用分裂绕组降压变1-4的低压侧B绕组相连接。
在本公开实施例中，如图3所示，所述高压厂用交流可控负荷单元2包括：第一6KV交流母线2-1、第一高压电动机并网开关2-2、第一高压电动机2-3、第一高压负荷并网开关2-4和第一高压负荷2-5；
所述第一高压电动机2-3通过所述第一高压电动机并网开关2-2与所述第一6KV交流母线2-1连接；
所述第一高压负荷2-5通过所述第一高压负荷并网开关2-4与所述第一6KV交流母线2-1连接。
进一步的，如图3所示，所述高压厂用交流可控负荷单元2还包括：第一小功率负荷并网开关2-6和第一小功率负荷子模块2-7；
所述第一小功率负荷子模块2-7通过所述第一小功率负荷并网开关2-6与所述第一6KV交流母线2-1连接。
其中，所述第一小功率负荷子模块2-7，包括：第一小功率负荷降压变2-7-1、第一小功率负荷低压交流母线2-7-2、第一1段小功率负荷并网开关2-7-3、第一1段小功率负荷2-7-4、第一2段小功率负荷并网开关2-7-5和第一2段小功率负荷2-7-6；
所述第一1段小功率负荷2-7-4通过所述第一1段小功率负荷并网开关2-7-3与所述第一小功率负荷低压交流母线2-7-2连接；
所述第一2段小功率负荷2-7-6通过所述第一2段小功率负荷并网开关2-7-5与所述第一小功率负荷低压交流母线2-7-2连接；
所述第一小功率负荷降压变2-7-1的高压侧通过所述第一小功率负荷并网开关2-6与所述第一6KV交流母线2-1连接，所述第一小功率负荷降压变2-7-1的低压侧与所述第一小功率负荷低压交流母线2-7-2连接。
进一步的，如图3所示，所述高压厂用交流可控负荷单元2还包括：第二6KV交流母线2-8、第二高压电动机并网开关2-9、第二高压电动机2-10、第二高压负荷并网开关2-11和第二高压负荷2-12；
所述第二高压电动机2-10通过所述第二高压电动机并网开关2-9与所述第二6KV交流母线2-8连接；
所述第二高压负荷2-12通过所述第二高压负荷并网开关2-11与所述第二6KV交流母线2-8连接。
进一步的，如图3所示，所述高压厂用交流可控负荷单元2还包括：第二小功率负荷并网开关2-13和第二小功率负荷子模块2-14；
所述第二小功率负荷子模块2-14通过所述第二小功率负荷并网开关2-13与所述第二6KV交流母线2-8连接。
其中，如图3所示，所述第二小功率负荷子模块2-14，包括：第二小功率负荷降压变2-14-1、第二小功率负荷低压交流母线2-14-2、第二1段小功率负荷并网开关2-14-3、第二1段小功率负荷2-14-4、第二2段小功率负荷并网开关2-14-5和第二2段小功率负荷2-14-6；
所述第二1段小功率负荷2-14-4通过所述第二1段小功率负荷并网开关2-14-3与所述第二小功率负荷低压交流母线2-14-2连接；
所述第二2段小功率负荷2-14-6通过所述第二2段小功率负荷并网开关2-14-5与所述第二小功率负荷低压交流母线2-14-2连接；
所述第二小功率负荷降压变2-14-1的高压侧通过所述第二小功率负荷并网开关2-13与所述第二6KV交流母线2-8连接，所述第二小功率负荷降压变2-14-1的低压侧与所述第二小功率负荷低压交流母线2-14-2连接。
示例的，可以基于调频指令的对应的所需调节的可控负荷功率调节量利用第一SOP装置1-1-1或/和第二SOP装置1-1-2对所述第一高压电动机2-3、第一高压负荷2-5、第一1段小功率负荷2-7-4、第一2段小功率负荷2-7-6、第二1段小功率负荷2-14-4、第二2段小功率负荷2-14-6、第二高压电动机2-10、第二高压负荷2-12进行调节。
当需要调节的功率较大时，同时利用第一SOP装置1-1-1和第二SOP装置1-1-2对高压厂用交流可控负荷单元2中的负荷进行调节，当需要调节的功率较小时，利用第一SOP装置1-1-1或第二SOP装置1-1-2对高压厂用交流可控负荷单元2中的负荷进行调节，其中，所述高压厂用交流可控负荷单元2中的负荷包括：高压电动机、高压负荷、1段小功率负荷和2段小功率负荷，使得可调负荷的范围比较大，调节更加精确。
进一步的，所述1段小功率负荷并网开关及1段小功率负荷的个数可以为多个，且1段小功率负荷对应一个1段小功率负荷并网开关；所述2段小功率负荷并网开关及2段小功率负荷的个数可以为多个，且2段小功率负荷对应一个2段小功率负荷并网开关。
需要说明的是，第一SOP装置1-1-1和第二SOP装置1-1-2，能够替换传统厂用电系统中的联络开关或分段开关。第一SOP装置1-1-1和第二SOP装置1-1-2均采用电力电子的全控功率器件，实现有功功率、无功功率独立可调，准确调节厂用电系统的有功功率、无功功率，同时提高电能变换效率以及减少负荷损耗，短路电流最大为额定电流的1.5倍，对于断路器动热稳定性要求不高，保护简单，故障范围不会扩大。
本发明提供的系统，可以省去单个设备配置单个换流装置,灵活调控高压厂用交流可控负荷单元2中各类负荷，使高压厂用交流可控负荷单元2中的用电负荷作为灵活可控的负荷，参与到火电调频工况中，相较于外加设备辅助火电机组调频，对厂用电系统改动量较小，对于原厂用系统利用率高。
进一步的，将高压厂用交流可控负荷单元2中厂用负荷统一功率调节，通过控制厂用负荷用电功率的大小，实现火电机组发电功率调节，进而实现高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的目的，当不需要参与火电机组频率调节时，通过控制第一SOP装置1-1-1和第二SOP装置1-1-2，实现厂用电系统功率调节，节约厂用系统耗电。
进一步的，通过在高压厂用分裂绕组降压变1-4低压侧安装第一SOP装置1-1-1和第二SOP装置1-1-2，可以实现厂用电系统全部电力电子化，厂用负荷无需进行变频改造，节约了投资费用。
进一步，在SOP装置1-1中采用电压-无功控制策略，可以维持6kV交流母线电压稳定，增加设备供电稳定性。
示例的，采用新型下垂控制方案，来响应机组频率调节，其中，有功-频率下垂控制方程为：，式中： P为调频指令对应的发电机调节目标功率，为发电机初始功率，为调频指令对应的发电机调节目标频率，为发电机初始频率，为有功下垂系数，用Δ P表示功率调节量，在高压厂用交流可控负荷辅助火电调频系统中，Δ P为可控负荷功率调节量，则上述公式又可以表示为：，式中，为电网频率偏移量。
当火电机组即发电机所连接输电线路频率下降时，需要火电机组负荷的有功功率成正比例线性下降，来抑制频率的降低；当火电机组所连接输电线路频率上升时，需要火电机组负荷的有功功率成正比例线性增加，来抑制频率的增加。
进一步的，通过控制高压厂用交流可控负荷单元2中用电负荷的多少，Δ P动态调节，实时响应机组频率变化。
在本公开实施例中，为了增加所述第一6KV交流母线2-1及所述第二6KV交流母线2-8电压稳定，采用电压-无功控制策略，其中，电压-无功下垂控制方程为：，式中， U为所述第一6KV交流母线2-1及所述第二6KV交流母线2-8电压当前值， U 0为电压目标值， Q为无功功率调节目标量， Q 0为无功功率调节初始值， n为无功下垂系数。
当因为交流厂用负荷功率波动，造成厂用母线电压不稳定，通过调节所述第一SOP装置1-1-1和第二SOP装置1-1-2无功功率，实现对厂用母线电压波动的抑制，使厂用母线电压维持在6kV。
在本公开实施例中，如图4所示，为所述压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统整体示意图，当所述发电并网单元1接收到所述调频指令时，确定所需调节的有功功率，基于所述所需调节的有功功率，利用第一SOP装置1-1-1或/和第二SOP装置1-1-2控制高压厂用交流可控负荷单元2中各负荷的功率，进而使得调节后的功率满足所述调频指令对应的需求。
综上所述，本实施例提出的高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统，可以利用SOP装置对高压厂用交流可控负荷单元的负荷进行统一的调节，使得调频迅速准确且调频方法简单。
实施例二
本实施例提供高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的方法，如图5所示，所述方法包括：
步骤1：获取调频指令，并基于所述调频指令确定所需调节的有功功率；
步骤2：基于所需调节的有功功率，利用SOP装置调节所述高压厂用交流可控负荷单元的负荷功率，进而对发电机输出的有功功率进行控制。
其中，所需调节的有功功率的计算式如下：
式中，为所需调节的有功功率，为调频指令对应的发电机调节目标频率，为发电机初始频率，为有功下垂系数。
综上所述，本实施例提出的高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的方法，可以利用SOP装置对高压厂用交流可控负荷单元的负荷进行统一的调节，使得调频迅速准确且调频方法简单。
实施例三
为了实现上述实施例，本公开还提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如实施例二所述的方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统，其特征在于，包括：发电并网单元和高压厂用交流可控负荷单元，所述发电并网单元与所述高压厂用交流可控负荷单元连接；
所述发电并网单元包括SOP装置，所述SOP装置用于根据调频指令调节所述高压厂用交流可控负荷单元的负荷功率；
所述高压厂用交流可控负荷单元，用于响应于所述SOP装置的负荷功率调节；
所述高压厂用交流可控负荷单元包括：第一6KV交流母线、第一高压电动机并网开关、第一高压电动机、第一高压负荷并网开关和第一高压负荷；
所述第一高压电动机通过所述第一高压电动机并网开关与所述第一6KV交流母线连接；
所述第一高压负荷通过所述第一高压负荷并网开关与所述第一6KV交流母线连接；
所述高压厂用交流可控负荷单元还包括：第一小功率负荷并网开关和第一小功率负荷子模块；
所述第一小功率负荷子模块通过所述第一小功率负荷并网开关与所述第一6KV交流母线连接。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发电并网单元还包括：发电机、发电机主变和高压厂用分裂绕组降压变；
所述发电机通过所述发电机主变与电网系统连接；
所述高压厂用分裂绕组降压变的高压侧连接至所述发电机的出口。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述发电并网单元还包括：第一厂用可控负荷并网开关和第二厂用可控负荷并网开关；
所述SOP装置包括：第一SOP装置和第二SOP装置；
所述第一SOP装置通过所述第一厂用可控负荷并网开关与所述高压厂用分裂绕组降压变的低压侧A绕组相连接；
所述第二SOP装置通过所述第二厂用可控负荷并网开关与所述高压厂用分裂绕组降压变的低压侧B绕组相连接。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述高压厂用交流可控负荷单元还包括：第二6KV交流母线、第二高压电动机并网开关、第二高压电动机、第二高压负荷并网开关和第二高压负荷；
所述第二高压电动机通过所述第二高压电动机并网开关与所述第二6KV交流母线连接；
所述第二高压负荷通过所述第二高压负荷并网开关与所述第二6KV交流母线连接。
5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述高压厂用交流可控负荷单元还包括：第二小功率负荷并网开关和第二小功率负荷子模块；
所述第二小功率负荷子模块通过所述第二小功率负荷并网开关与所述第二6KV交流母线连接。
6.一种基于上述权利要求1-5任一所述的高压厂用交流可控负荷辅助火电调频的系统的调频方法，其特征在于，所述方法包括：
获取调频指令，并基于所述调频指令确定所需调节的有功功率；
基于所需调节的有功功率，利用SOP装置调节所述高压厂用交流可控负荷单元的负荷功率，进而响应所述调频指令。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所需调节的有功功率的计算式如下：
式中，为所需调节的有功功率，为调频指令对应的发电机调节目标频率，为发电机初始频率，为有功下垂系数。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求6至7中任一项所述的方法。
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