CN115441497A - 一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，包括以下步骤：步骤1、在发电机组带区域负荷孤网运行工况下，锅炉控制主回路采用炉跟机控制方式，以机前压力控制为主，跟踪汽轮机负荷，维持机前压力稳定，通过直接能量平衡的串级反馈控制方法，自动调整锅炉的燃料、风量和给水量，实现锅炉跟随汽轮机机前压力的闭环控制；步骤2、在发电机组孤网运行工况下，汽轮发电机组控制系统由远方负荷控制方式切换为转速控制为主兼顾以负荷控制方式，实现非正常工况下孤网运行控制方式。本发明能够为电网安全稳定运行提供保障。

Description

一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法

技术领域

本发明属于自动发电控制技术领域，涉及一种发电机组的协调控制方法，尤其是一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法。

背景技术

在一个电网中，各种电压等级的区域电网通过变电站之间的联络线连接，特别是当一个电网主网架电压等级升高后，次一级电压等级的局部电网在特殊工况下就有可能出现孤网运行状态，例如在以500kV线路为主网架时，当并有发电机组的220kV电网与500kV主网之间的联络线或联络变发生故障跳闸时，原有的电网则解列为孤立的小电网孤网运行。当区域电网向主网送电而与主网发生解列时，相当于区域电网甩负荷，而当区域电网是从主电网取用电能，发生解列时相当于区域电网陡增负荷。在局域电网出现甩负荷时，会导致电网频率向上出现波动，严重的情况下会导致网内汽轮发电机组调节系统的OPC保护动作，快速关闭汽轮机组调节阀；在区域电网负荷陡增时，会导致电网频率向下出现波动，当频率过低导致发电机组高压辅机跳闸，也会造成机组功率快速降低，以上两种情况均会使得区域电网功率、频率进一步恶化，最终导致区域电网崩溃，发生大面积停电事故，国内多省都曾发生过类似事故。

目前，发电机组一般只设计有保证机组正常运行工况的控制系统，常规控制系统的主要功能是保障发电机组随时满足外界负荷及频率要求，由于发电机组带区域负荷孤网运行属于事故应急工况，此时机组失去了主网的拖拽，转速波动范围会很大，需要依据孤网运行发电机组的频率和负荷特性，确定不同负荷扰动下机组调节系统参数、控制逻辑条件和调频死区及特性，如果处理不当可能会危及发电机组和局域孤网的安全运行，导致事态进一步扩大发生大面积停电事故。

经检索，未发现与本发明相同或相似的现有技术的专利文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，能够为电网安全稳定运行提供保障。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，包括以下步骤：

步骤1、在发电机组带区域负荷孤网运行工况下，锅炉控制主回路采用炉跟机控制方式，以机前压力控制为主，跟踪汽轮机负荷，维持机前压力稳定，通过直接能量平衡的串级反馈控制方法，自动调整锅炉的燃料、风量和给水量，实现锅炉跟随汽轮机机前压力的闭环控制；

步骤2、在发电机组孤网运行工况下，汽轮发电机组控制系统由远方负荷控制方式切换为转速控制为主兼顾以负荷控制方式，实现非正常工况下孤网运行控制方式。

而且，所述步骤1的具体步骤包括：

(1)机前压力设定值Ps除以机前压力测量值Pt再乘以汽机调速级压力P1，产生锅炉需求信号；汽包压力信号Pb输入微分控制模块进行微分运算，其输出加上汽机调速级压力P1，产生锅炉热量信号；

(2)锅炉需求信号与锅炉热量信号同时输入到偏差计算模块进行偏差运算，偏差模块计算的输出再输入主比例-积分控制模块进行PI运算；

(3)主比例-积分控制模块的输出信号与锅炉给煤机燃料指令的平均值求偏差，然后输入积分控制模块对其进行积分运算，利用积分控制功能的快速随动特性，保证锅炉输出的主控指令随时跟踪主调的输出，同时自动平衡运行的锅炉各给煤机之间的负荷出力，实现锅炉燃烧调节的串级控制功能，其输出做为锅炉的主控指令，分别送至锅炉的给煤机、磨煤机、送引风机和给水泵等主要辅机，实现锅炉调压并跟随汽轮机负荷运行的控制方式；

而且，所述步骤1第(1)步中，所述微分控制模块对应的传递函数为：Y(S)＝(Kd*S/(1+Td*S))*X(s)，式中Kd为微分增益，Td为微分时间，单位为秒。

而且，所述步骤1第(2)步中，所述主比例-积分控制模块的数学描述式是

式中Kp为比例放大系数，Ti为积分时间，单位为秒。

而且，所述步骤1第(3)步中，所述锅炉给煤机燃料指令的平均值为投入运行的锅炉各台给煤机的控制指令的平均值；积分控制模块的数学描述式是：

式中Ti为积分时间，单位为秒。

而且，所述步骤2的具体步骤包括：

(1)汽轮机主控以3000rpm为目标给定值，与汽轮机的实际转速测量值进行偏差计算，对其输出进行±6rpm的死区处理，然后再将其输出至比例-积分控制模块对其进行比例-积分运算，另外转速偏差的输出还要送至转速不等率函数f(x)功能模块进行处理，使机组具备一次调频功能；

所述步骤2第(1)步中，所述转速不等率函数f1(x)为分段函数由6个坐标点(-150，-8％Pe)；(-20，-8％Pe)；(-6，0)；(6，0)；(20，8％Pe)；(150，8％Pe)拟合而成，其中Pe为发电机组的额定功率，单位为兆瓦(MW)；

所述步骤2第(1)步中，所述比例-积分控制模块的数学描述式是

式中Kp为比例放大系数，Ti为积分时间单位为秒；

(2)另外，在汽轮机主控回路中再加入负荷控制功能，先对机组中调负荷指令进行速率限制和功率限幅处理，再与机组实际负荷测量值进行偏差运算，再对偏差运算的结果输入积分控制模块进行积分运算，然后再与机组转速控制信号和一次调频负荷信号相加求和一起作为汽机主控制指令，去控制发电机组的功率；

所述步骤2第(2)步中，所述积分控制模块的数学描述式是：

式中Ti为积分时间，单位为秒。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明提出一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，针对燃煤发电机组的特性，在发电机组的协调控制回路中加入一种简单易行的控制算法，当并网运行发电机组带区域负荷孤网运行时，则立即将机组正常运行时的AGC或协调控制运行方式自动切换为炉跟机控制方式，即锅炉主控自动由负荷控制方式切换为压力控制方式，依据机前压力的变化自动控制锅炉煤量、风量及给水量的变化，维持锅炉稳定燃烧，快速跟随汽轮发电机负荷的变化；汽轮发电机组控制系统则由远方负荷控制方式切换为转速控制为主兼顾以负荷控制方式，发电机组带厂用电及区域负荷维持3000rpm运行，实现非正常工况下孤网运行控制方式，该方法对电网的安全稳定运行有积极的意义。

2、本发明在发电机组带区域负荷孤网运行工况下，锅炉控制主回路采用炉跟机控制方式，以机前压力控制为主，跟随汽轮发电机负荷，维持机前压力稳定。通过直接能量平衡的串级反馈控制方法，自动调整锅炉的燃料、风量和给水量，实现锅炉跟随汽轮机机前压力的闭环控制方法。本发明能够有效保障机组最大限度的保持带厂用电及区域负荷维持稳定运行，避免事故扩大，为短时间内快速排除外部故障后再次联网运行赢得宝贵时间。

3、本发明通过在发电机组孤网运行工况下，依据频率和负荷变化特性，确定不同负荷扰动下发电机组调节系统参数、控制逻辑条件和调频死区及特性，提出新的控制逻辑和控制策略，保证区域电网与主网解列孤立运行时不至出现功率和频率大幅度的波动，为孤网安全稳定运行提供保障。

4、本发明通过在发电机组孤网运行工况下，汽轮机控制由负荷控制方式自动切换为转速控制为主兼顾以负荷控制方式，汽轮发电机组带厂用电和区域负荷维持3000rpm孤网运行。此时发电机组具备转速的闭环和开环控制功能，所以机组仍具备一次调频功能，还能参与局域网的调频调功运行方式，而且控制稳定，有效避免事态扩大造成大范围停电的恶性事件。

附图说明

图1为本发明的锅炉主控方法流程图；

图2为本发明的汽轮机主控方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，如图1和图2所示，包括以下步骤：

步骤1、在发电机组带区域负荷孤网运行工况下，锅炉控制主回路采用炉跟机控制方式，以机前压力控制为主，跟踪汽轮机负荷，维持机前压力稳定，通过直接能量平衡的串级反馈控制方法，自动调整锅炉的燃料、风量和给水量，实现锅炉跟随汽轮机机前压力的闭环控制；

图1为锅炉主控的控制方法，如图1所示，所述步骤1的具体步骤包括：

(1)机前压力设定值Ps除以机前压力测量值Pt再乘以汽机调速级压力P1，产生锅炉需求信号；汽包压力信号Pb输入微分控制模块进行微分运算，其输出加上汽机调速级压力P1，产生锅炉热量信号；

所述步骤1第(1)步中，所述微分控制模块对应的传递函数为：Y(S)＝(Kd*S/(1+Td*S))*X(s)，式中Kd为微分增益，Td为微分时间，单位为秒。

(2)锅炉需求信号与锅炉热量信号同时输入到偏差计算模块进行偏差运算，偏差模块计算的输出再输入主比例-积分控制模块进行PI运算；

所述步骤1第(2)步中，所述主比例-积分控制模块的数学描述式是

式中Kp为比例放大系数，Ti为积分时间，单位为秒。

在本实施例中，锅炉热量信号回路中微分校正环节，产生动态过调达到缩短迟延时间、减少参数动态波动和提高负荷变化响应速度的效果。微分校正作用不宜过强，并应做限幅处理，否则机组孤网运行时煤量波动较大，不利于锅炉主汽压力、主汽温度及汽包水位等主要参数的稳定运行。其中微分控制模块对应的传递函数为：Y(S)＝(Kd*S/(1+Td*S))*X(s)，式中Kd为微分增益，Td为微分时间，单位为秒，以上参数根据实际情况可以适当调整，本发明中微分增益一般设定为2～3倍，微分时间一般在5～6秒为宜，由于微分计算的结果容易剧烈变化，所以微分模块的输出要经高/低限模块限幅处理，将其限制在±2个单位范围内。主比例-积分控制模块的数学描述式是

式中Kp为比例放大系数，Ti为积分时间，单位为秒。

(4)主比例-积分控制模块的输出信号与锅炉给煤机燃料指令的平均值求偏差，然后输入积分控制模块对其进行积分运算，利用积分控制功能的快速随动特性，保证锅炉输出的主控指令随时跟踪主调的输出，同时自动平衡运行的锅炉各给煤机之间的负荷出力，实现锅炉燃烧调节的串级控制功能，其输出做为锅炉的主控指令，分别送至锅炉的给煤机、磨煤机、送引风机和给水泵等主要辅机，实现锅炉调压并跟随汽轮机负荷运行的控制方式。

所述步骤1第(3)步中，所述锅炉给煤机燃料指令的平均值为投入运行的锅炉各台给煤机的控制指令的平均值；积分控制模块的数学描述式是：

式中Ti为积分时间，单位为秒，一般取2～3秒为宜。

步骤2、在发电机组孤网运行工况下，汽轮发电机组控制系统由远方负荷控制方式切换为转速控制为主兼顾以负荷控制方式，实现非正常工况下孤网运行控制方式；

由于此时汽轮发电机组只带区域负荷孤网运行，为了保障其在短时内既能维持自身安全稳定运行，又能保证厂用辅机设备正常运行，不至于紧急停机引起事故扩大导致大范围停电，所以机组首先需要维持其在3000rpm(转/分)稳定运行，其次还要保证外界用户的正常供电。此时汽机主控以控制转速为主，兼顾一次调频功能，再辅助控制机组的发电负荷，在保证机组自身安全运行的同时又能调频、调功保障对外供电。

图2为汽轮机主控方法，如图2所示，所述步骤2的具体步骤包括：

(1)汽轮机主控以3000rpm为目标给定值，与汽轮机的实际转速测量值进行偏差计算，对其输出进行±6rpm的死区处理，因为此时发电机组处于孤网运行方式，失去了主电网的拖拽，其转速波动稍微偏大属于正常，加入死区后有利于孤网运行机组的稳定运行，然后再将其输出至比例积分控制模块对其进行比例-积分运算，另外转速偏差的输出还要送至转速不等率函数f(x)功能模块进行处理，使机组具备一次调频功能；

所述步骤2第(1)步中，所述转速不等率函数f1(x)为分段函数由6个坐标点(-150，-8％Pe)；(-20，-8％Pe)；(-6，0)；(6，0)；(20，8％Pe)；(150，8％Pe)拟合而成，其中Pe为发电机组的额定功率，单位为兆瓦(MW)。

(2)另外在汽轮机主控回路中再加入负荷控制功能，先对机组中调负荷指令进行速率限制和功率限幅处理，再与机组实际负荷测量值进行偏差运算，再对偏差运算的结果输入积分控制模块进行积分运算，然后再与机组转速控制信号和一次调频负荷信号相加求和一起作为汽机主控制指令，去控制发电机组的功率。

所述步骤2第(1)步中，所述比例积分控制模块的数学描述式是

式中Kp为比例放大系数，Ti为积分时间单位为秒；

所述步骤2第(2)步中，所述积分控制模块的数学描述式是：

式中Ti为积分时间，单位为秒，一般取30～40秒为宜。

在本实施例中，现役300MW等级燃煤发电机组的协调控制回路采取本发明优化调整后，在发电机组带区域负荷孤网运行工况下，机组仍能带厂用电及区域负荷维持正常运行，为短时间内快速排除外部故障后再次及时联网运行赢得宝贵时间，经过多台机组数次有效验证，证明该方法切实可行，简单有效，实施成本低廉，不需要对现有控制系统的硬件及热力设备进行改造，只需对其DCS控制系统的组态控制算法进行局部的优化调整即可实现此功能。当汽轮发电机组处于孤网运行模式时，锅炉能平稳维持汽轮发电机组的机前压力，保障汽轮机组安全稳定运行。汽轮机组具备一次调频和转速及负荷控制功能，仍能参加局域网的调频调功，并且控制稳定，有效避免大范围停电，发电机组主要技术指标均高于《电力系统网源协调技术规范》(DLT1870-2018)的要求，对电网的安全稳定运行有积极的意义。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、在发电机组带区域负荷孤网运行工况下，锅炉控制主回路采用炉跟机控制方式，以机前压力控制为主，跟踪汽轮机负荷，维持机前压力稳定，通过直接能量平衡的串级反馈控制方法，自动调整锅炉的燃料、风量和给水量，实现锅炉跟随汽轮机机前压力的闭环控制；

步骤2、在发电机组孤网运行工况下，汽轮发电机组控制系统由远方负荷控制方式切换为转速控制为主兼顾以负荷控制方式，实现非正常工况下孤网运行控制方式。

2.根据权利要求1所述的一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤包括：

(1)机前压力设定值Ps除以机前压力测量值Pt再乘以汽机调速级压力P1，产生锅炉需求信号；汽包压力信号Pb输入微分控制模块进行微分运算，其输出加上汽机调速级压力P1，产生锅炉热量信号；

(2)锅炉需求信号与锅炉热量信号同时输入到偏差计算模块进行偏差运算，偏差模块计算的输出再输入主比例-积分控制模块进行PI运算；

(3)主比例-积分控制模块的输出信号与锅炉给煤机燃料指令的平均值求偏差，然后输入积分控制模块对其进行积分运算，利用积分控制功能的快速随动特性，保证锅炉输出的主控指令随时跟踪主调的输出，同时自动平衡运行的锅炉各给煤机之间的负荷出力，实现锅炉燃烧调节的串级控制功能，其输出做为锅炉的主控指令，分别送至锅炉的给煤机、磨煤机、送引风机和给水泵等主要辅机，实现锅炉调压并跟随汽轮机负荷运行的控制方式。

3.根据权利要求2所述的一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，其特征在于：所述步骤1第(1)步中，所述微分控制模块对应的传递函数为：Y(S)＝(Kd*S/(1+Td*S))*X(s)，式中Kd为微分增益，Td为微分时间，单位为秒。

4.根据权利要求2所述的一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，其特征在于：所述步骤1第(2)步中，所述主比例-积分控制模块的数学描述式是

式中Kp为比例放大系数，Ti为积分时间，单位为秒。

5.根据权利要求2所述的一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，其特征在于：所述步骤1第(3)步中，所述锅炉给煤机燃料指令的平均值为投入运行的锅炉各台给煤机的控制指令的平均值；积分控制模块的数学描述式是：

式中Ti为积分时间，单位为秒。

6.根据权利要求1所述的一种发电机组带区域负荷孤网运行控制方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括：

(1)汽轮机主控以3000rpm为目标给定值，与汽轮机的实际转速测量值进行偏差计算，对其输出进行±6rpm的死区处理，然后再将其输出至比例-积分控制模块对其进行比例-积分运算，另外转速偏差的输出还要送至转速不等率函数f(x)功能模块进行处理，使机组具备一次调频功能；

所述步骤2第(1)步中，所述转速不等率函数f1(x)为分段函数由6个坐标点(-150，-8％Pe)；(-20，-8％Pe)；(-6，0)；(6，0)；(20，8％Pe)；(150，8％Pe)拟合而成，其中Pe为发电机组的额定功率，单位为兆瓦(MW)；

所述步骤2第(1)步中，所述比例-积分控制模块的数学描述式是

式中Kp为比例放大系数，Ti为积分时间单位为秒；

(2)另外，在汽轮机主控回路中再加入负荷控制功能，先对机组中调负荷指令进行速率限制和功率限幅处理，再与机组实际负荷测量值进行偏差运算，再对偏差运算的结果输入积分控制模块进行积分运算，然后再与机组转速控制信号和一次调频负荷信号相加求和一起作为汽机主控制指令，去控制发电机组的功率；

所述步骤2第(2)步中，所述积分控制模块的数学描述式是：

式中Ti为积分时间，单位为秒。

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