CN1203246C - 用于对发电厂设备进行快速功率调节的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于快速进行发电厂设备功率调节的方法和装置，所述发电厂设备带有具有蒸汽涡轮机(2、4、6)和发电机(8)的涡轮发电机组，为调节发电机过剩功率(P_S)，把设备过程中备有的能量存储器激活。按照本发明采用模糊逻辑对能量存储器进行控制激活，从而实现特别有效的调节。其中根据设备经验采用模糊调节(FR₁...FR_n)。用于实施本方法的装置含有一个模糊系统(60)，其输入(a至e)含有发电机过剩功率(P_S)以及可激活的存储器的能量状况，并且其输出(g至j、l、o、q)给出各个能量存储器的激活度的状况额定值(Y)。

Description

用于对发电厂设备进行 快速功率调节的 方法和装置

本发明涉及一种用于对发电厂设备进行快速功率调节的方法，所述发电厂设备带有具有蒸汽涡轮机和发电机的涡轮发电机组，其中为调整发电机过剩功率将激活设备过程中备有的能量存储器。本发明还涉及一种用于实施此方法的装置。

供电系统中可靠的供电是以一定数量的发电机的发电与配电网中一定数量的用电器的耗电间的精心协调为前提条件的。当发电量和耗电量相等时，则作为电网中的重要的特征参数的电源频率是恒定不变的。其额定值例如在欧洲联合电网中为50Hz。例如由于发电机停机和由于用电器的接通或断开出现的频率漂移被视为发电机功率升高或降低的量度。除在供电系统中的对频率漂移进行的调整外，这时的另一项任务在于，保持在母线接点上的至构成配电网(联合网或独立网)的分网的预定的传输功率。故要求在几秒钟内实现发电机功率的快速升高。

在文献“VGB发电站技术”，第一期，1980年1月，18至23页中对快速进行功率调整和频率支持的可能性作了说明。对在几秒钟内(秒贮备)快速进行功率变化有多种可同时或交替进行的干涉可能性，而对于发电站机组功率的剩余的变化则需要改变燃料的供给。所以在燃煤发电厂中为跨接滞后时间在最初几秒钟内首先将保持在节流状态的蒸汽涡轮机的调节阀开启并因此将可用的蒸汽存储器实际上毫不迟延地激活和卸载。

除采用消除蒸汽涡轮机调节阀的节流的方式提高功率外，还将在位于蒸汽涡轮机中的水-蒸汽-循环回路中的预热器断开，所述预热器利用由蒸汽涡轮机中抽取的蒸汽加热。同时流经低压预热器的冷凝器流可在几秒内被终止并再次增大。例如在德国专利文献DE-PS 33 04 292中对采用冷凝液间断的方式断开预热器在燃煤发电站机组中实现快速功率调整的这些措施也作了说明。

为对快速的秒贮备，即至再生预热器和/或热冷凝器的蒸汽流的受控负载以及在发电站机组的蒸汽涡轮机的水-蒸汽-回路中的过程蒸汽和冷凝液进行调节和/或控制，通常需采用一个调节装置。该调节装置在快速进行功率调整时，即激活秒贮备时促使对至预热器的蒸汽输送的节流、对过程蒸汽的节流和/或对冷凝液的节流。其中产生的涡轮机抽气管上的调节阀和用于冷凝液调整的执行机构的状况额定值应能实现所要求的发电机组过剩功率。但其缺点在于，所要求的功率变化-速度和功率幅度与其它过程参数，尤其是与预热段和/或热冷凝器中的温度变化以及与副冷凝液输送的协调是特别困难的。另外，对用于快速功率调节的各个措施的使用的优先级别未予考虑。另外由于通常被调查对象是非线性的，故迄今调节质量还不太高。

故本发明的目的在于，提出一种用于对发电厂设备的功率快速进行提供的方法，采用此方法可实现特别有效的调节。此点在特别适用于实施本方法的装置中用简单的手段即可实现。

就方法而言，本发明的目的是这样实现的，即采用模糊逻辑可控激活能量存储器，其中采用根据设备经验的模糊逻辑。

本发明出于这样的考虑，对设备过程的多个过程值或过程参数进行计算。其中将对与有待调整过程相关的过程参数进行总体分析。利用模糊逻辑可将设备经验(专家知识)带入计算中并且在接着形成状况额定值时对所述设备经验加以考虑。

在有益的进一步设计中，为实现对此必要的模糊调整，对使用各个能量存储器的优先级别作了考虑。另外宜为求出状况额定值或各个能量存储器的调节参数、计算过程参数或过程数据时对有关其备用程度和/或其暂时限制方面的信息加以考虑。

就装置而言，本发明的目的是通过一模糊系统实现的，该模糊系统的输入包含发电机过剩功率以及可激活的存储器的能量状况，并且其输出将给出各个能量存储器的激活度。

在有益的设计中，所述模糊系统包含有第一模糊调节器，其输入包含有可激活的存储器的能量状况，并且其输出将给出有待实施的措施的应有策略以及各个可激活的存储器的暂时限制。第一模糊调节器优选附加具有一个用于至少一个与蒸汽涡轮机流入侧连接的调节机构的节流度的输入。

所述模糊系统宜另外还有一个第二模糊调节器，其输入含有发电机组的功率额定值和剩余功率实际值以及使用策略和限制，并且其输出将给出蒸汽-调整机构的状况额定值。

所述模糊系统另外宜具有第三个模糊调节器，其输入应含有至少一个蒸汽-调节机构的状况实际值和在水-蒸汽-回路中存贮的供水的温度-和/或压力实际值，并且其输出应给出冷凝液-执行机构的状况-额定值。其中第三模糊调节器的输入优选含有至少一个蒸汽-执行机构的阀变化速度的值。

所述模糊系统另外宜具有第四个模糊调节器，其输入含有在至少一个接在水-蒸汽-回路上的中间存储器中的液位的实际值，并且其输出给出在冷凝液存储器中的冷凝液的存入和由冷凝液存储器中的排出的状况额定值。

采用本发明实现的优点尤其在于，在应用设备经验的情况下通过对模糊逻辑的采用实现了对设备过程中备有的能量存储器的可控激活。其中可以对各项措施使用的优先级别加以考虑。另外在对备有的能量存储器特别有效的利用的同时确保了以保护方式运行。特别是实现了高质量的快速功率调节。

下面将对照附图对本发明的实施例作进一步的说明，附图中：

图1是作为发电站机组过程段的涡轮发电机组的方框图，

图2是作为图1过程段的调节装置的模糊系统的方框图。

图1为带有一个涡轮机组的发电站机组的过程段的原理方框图，所述涡轮发电机组由高压段涡轮机2、中压段涡轮机4和低压段涡轮机6以及发电机8构成。在涡轮发电机组工作时，新鲜蒸汽FD经新鲜蒸汽调节阀10被送入高压段涡轮机2。第一分流FD₁以及由调节阀12调整的第二分流FD₂由高压段涡轮机2提取出并进行高压预热14。用另一调节阀16调整的第三分流FD₃由高压段涡轮机2提取出，送入供水容器18。高压段涡轮机2的废气FD′经中间过热器20输送给中压段涡轮机2。

由中压段涡轮机2继续抽取蒸汽。为此利用调节阀22为低压预热段24提取一可调的第一分流MD₁。通过一利用调节阀26可调的第二分流MD₂为热冷凝器28进行另一提取。另外还通过一利用调节阀30可调的作为过程蒸汽PD的第三分流MD₃进行提取。中压段涡轮机4的废蒸汽MD′经一溢流阀32输送给低压段涡轮机6。

由低压段涡流机6同样为低压预热段24和为热冷凝器28进行蒸汽提取。为此第一分流ND₁直接地并且第二分流ND₂通过一调节阀34输送给低压预热段24。同样第三分流ND₃直接地并且第四分流ND₄通过调节阀36输送给热冷凝器28。低压段涡轮机6的废蒸汽ND′在一冷凝器40中冷凝。

主冷凝液K由冷凝器40的热池42通过冷凝液泵44经低压预热段24被输送给供水容器18。由供水容器18通过供水泵46经高压预热段14输送供水S。高压预热段14输出的副冷凝水NK，通过副冷凝液泵48被输送给供水容器18。同样由低压预热段24输出的副冷凝液NK₂通过副冷凝液泵50输送给冷凝器40，即输送给其热池42。另外由热冷凝器28输出的冷凝液NK₃通过副冷凝液泵52输送到冷凝器40的热池42内。

在通过液位调整L_K/L_SWB进行主冷凝液K和供水S输送时，通过单独的液位调整NKR₁、NKR₂及NKR₃对副冷凝液NK_1、2、3的输送进行调节。对上述液位调节输送一个共同的状况额定值Y_NKR。一个通过冷凝液泵48与冷凝器40的热池42连接的冷冷凝液存储器54在此用于对部分主冷凝液K进行存储或输出。

在图2中示出用于进行快速功率调节的装置。它包含一个带有4个模糊调节器62、64、66和68的模糊系统60。该模糊系统60获得作为输入参数的一个频率校正的功率额定值P_S以及发电机8的过剩功率实际值P_I。由发电机8(图1)的测量装置70测量过剩功率实际值P_I。模糊系统60的其它输入参数是供水S的温度T_SW和压力P_SW，由供水容器18(图1)中的测量装置72对上述输入参数进行测量。另外对模糊系统60输送作为输入参数的在冷凝器40的热池42中测得的冷凝液液位L_K和在供水容器18中测得的供水液位L_SWB。对模糊系统60输送作为其它输入参数e₁...e_n的有关新鲜蒸汽调节阀10及过流阀32的节流度D₁₀、D₃₂的信息和有关使用优先级别EP，技术准备度TB和发电厂的负荷能力KL的数据以及其它的过程参数P。

输入e₁...e_n被分派给模糊系统60的第一模糊调节器62。所述输入考虑了与有待调节的过程段相关的过程参数D₁₀、D₃₂、EP、TB、KL和P。借助在第一模糊调节器62寄存的模糊调节FR₁，根据设备经验(专家知识)求出快速进行发电站机组的功率调节所需措施的应用策略。此外还在此处求出对在过程段内有待激活的能量存储器进行的暂时限制。该应用策略，即措施的分级和限制构成第一模糊调节器62的输出参数f。

该输出参数f同时是第二模糊调节器64的输入参数。第二模糊调节器64的其它输入参数a和b是频率校正的功率额定值P_S及剩余功率实际值P_I。在第二模糊调节器64中由这些输入参数a、b和f借助模糊调节FR₂求出输出参数g至k。当输出参数g至j为状况额定值时，输出参数k是某个或每个在图1所示过程段中备有的调节机构10、12、16、22、26、32、34和36的计算出的阀变化速度dY_m/dt。第二模糊调节器64的输出参数g给出热冷凝液调节阀26和36的状况额定值Y_HK。输出参数h给出新鲜蒸汽调节阀10及过流阀32的状况额定值Y_FD/Y_ük。输出参数i给出调节阀30的状况额定值Y_PD，该调节阀用于调整在单位时间输出耦合的过程蒸汽PD的数量。输出参数j给出中间抽取的蒸汽的调节阀12、16、22和34的状况额定值Y_KL。

第二模糊调节器64的输出参数j和k同时是第三模糊调节器66的输入参数。对第三模糊调节器66输送的其它输入参数C是供水容器18内的供水S的温度T_SW和压力P_SW。由这些输入参数j、k和c并借助于模糊调节FR₃形成作为输出参数l和o的冷凝液及副冷凝液调节NKR_1、2、3的状况额定值Y_KP、Y_NKR。

在模糊系统60的第四个模糊调节器68中形成作为输出参数q的存入冷冷凝液存储器54内或由前者输出的冷凝液k的数量的状况额定值Y_KKP。为此对模糊调节器68输送作为输入参数d的冷凝液和供水液位L_K及L_SWB。同样借助模糊调节FR₄生成状况额定值Y_KKP。

通过在模糊系统60中采用的方法技术知识，即可以保证在功率快速变化的同时发电厂设备或发电厂机组的加以爱护的运行，又可以实现对已有的能量存储器特别有效的利用。其中方法技术知识被引入各个模糊调节器62至68的模糊调节FR₁至FR₄。尤其是为实现第一模糊调节器62的模糊调节FR₁，对各个能量存储器的使用的优先级别加以考虑。通过对预热段14和24供(蒸)气的节流和/或对过程蒸汽PD的节流以及对冷凝液K和/或副冷凝液NK_1、2、3的节流实现对能量存储器的激活。其中着眼于所要求的发电机过剩功率P_S，形成用于在涡轮机中间抽气管上的调整或调节阀和冷凝液调整的相应的状况额定值Y。

Claims (10)

1.一种用于快速进行发电厂设备功率调节的方法，所述发电厂设备带有具有蒸汽涡轮机(2、4、6)和发电机(8)的涡轮发电机组，其中为调整发电机过剩功率(P_S)将激活设备过程中备有的能量存储器，其特征在于：采用模糊逻辑可控激活能量存储器，其中采用根据设备经验的模糊调节(FR₁₄)。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在实现模糊调节(FR)时对各个能量存储器的使用的优先级别加以考虑。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在为各个能量存储器求出状况额定值(Y)时对有关存储器的准备度的信息(TB)加以考虑。

4.一种用于快速进行发电厂设备功率调节的装置，所述发电厂设备带有具有蒸汽涡轮机(2、4、6)和发电机(8)的涡轮机组，其中为对发电机过剩功率(P_S)进行调节可激活设备过程中备有的能量存储器，其特征在于一个模糊系统(60)，其输入(a至e)包含有发电机过剩功率(P_S)以及可激活的存储器的能量状况，并且其输出(g至j、l、o、q)给出各个能量存储器的激活度。

5.按照权利要求4所述的装置，其特征在于：所述模糊系统(60)包括第一模糊调节器(62)，其输入(e₁...e_n)含有可激活的存储器的能量状况，并且其输出(f)给出用于有待采取的措施以及用于对某个或每个可激活的存储器的暂时限制的应用策略。

6.按照权利要求5所述的装置，其特征在于：第一模糊调节器(62)具有用于至少一个与蒸汽涡轮机(2、4、6)送气侧连接的调节机构(10、32)的节流度(D_FD/D_uK)的输入。

7.按照权利要求4至6中任一项所述的装置，其特征在于一第二模糊调节器(64)，其输入(a、b、f)含有功率额定值(P_S)和发电机(8)的过剩功率实际值(P_I)以及使用策略和限制，并且其输出(g至k)给出调节机构(10、12、16、22、26、30、32、34、36)的状况额定值(Y)。

8.按照权利要求4至7中任一项所述的装置，其特征在于一第三模糊调节器(66)，其输入(c、j、k)含有至少一抽(蒸)气调节机构(12、16、22、34)的状况额定值(Y_KL)和存储的供水(S)的温度实际值(T_SW)和/或压力实际值(P_SW)，并且其输出(l、o)给出冷凝液调节机构(44、48、50、52)的状况额定值(Y_KP，Y_NKR)。

9.按照权利要求8所述的装置，其特征在于：第三模糊调节器(66)的输入(K)含有至少一个调节机构的阀变化速度(dY_m/dt)的值。

10.按照权利要求4至9中任一项所述的装置，其特征在于一第四个模糊调节器(68)，其输入(d)含有至少在中间储存器(18、42)中液位的值(L_K、L_SWB)，并且其输出(q)给出用于冷凝液存储器(54)中的冷凝液K的存入或输出的状态额定值。