CN205429751U - 基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置，机组转速设定值及机组转速测量值分别传输至减法器的输入端，减法器输出端输出转速偏差信号至函数发生器，函数发生器的一路输出信号传输至乘法器的输入端；模拟量切换器的输出端连接至乘法器的输入端，乘法器对输出的信号进行乘法处理后得到DEH侧阀门开度变化量并传输至加法器的输入端，加法器的另一输入端接收DEH侧原阀门开度指令值，加法器对输出端的信号进行加法处理后得到DEH侧阀门开度指令值。本实用新型能满足单阀和顺序阀两种方式下机组一次调频的准确动作，有效提高火电机组对调度一次调频响应的准确性，满足电网对机组一次调频动作做功的需求，有效保证电网系统的频率稳定。

Description

基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置

技术领域

本实用新型涉及火电机组调频领域，尤其涉及一种基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置。

背景技术

随着新能源并网、负荷增长和电网规模的不断增大，在特高压电网和大区电网互联的新形势下，各级电网联系日渐紧密，电网和机组之间协调配合的要求也越来越高，网厂协调功能中的一次调频成为稳定电网的有效手段之一。发电机组一次调频功能是汽轮发电机组固有的功能，主要是通过调节DEH系统的进汽调节门，利用锅炉蓄热，在电网出现异常的情况下，快速响应电网的要求，稳定电网频率，以弥补电网负荷差距，维持电网的安全。一次调节对系统频率变化的响应快，根据IEEE的统计，电力系统综合的一次调节特性时间常数一般在10秒左右；由于发电机的一次调节仅作用于原动机的阀门位置，而未作用于火力发电机组的燃烧系统，当阀门开度增大时，使锅炉中的蓄热暂时改变了原动机的功率，由于燃烧系统中的化学能量没有发生变化，随着蓄热量的减少，原动机的功率又会回到原来的水平。因而，火力发电机组一次调节的作用时间是短暂的。不同类型的火力发电机组，由于蓄热量的不同，一次调节的作用时间为0.5到2分钟不等。目前，电网规定的一次调频死区为50±0.033Hz(相当于±2rpm)，要求电网频率超出死区后3s机组有功需发生相应变化。同时，对周期在10s以内的负荷变化所引起的频率波动是极微小的，通过负荷效应，负荷能够自行吸收这种频率波动；对周期在几十秒到几分钟内变化且幅度也较大的负荷变化引起的频率波动，仅靠一次调频是不能满足要求的，必须进行频率的二次调整即AGC控制。因此，电网对一次调频的考核主要集中在10s至几十秒之间的负荷变化所引起的频率波动。

由于一次调频存在的快速性、短暂性等特性，频率偏差对应的机组负荷变化主要是通过DEH侧阀门的快速动作产生。目前，火电机组DEH阀门主要有两种控制方式：单阀控制方式和顺序阀控制方式。单阀控制方式，即所有进入汽轮机的蒸汽都经过几个同时启闭的调节阀后进入第一级喷嘴，也称节流配汽方式。高参数、大容量机组在启动初期为使进汽部分的温度分布均匀，在负荷突变时不致引起过大的热应力和热变形，也经常使用节流配汽方式。顺序阀控制方式，即蒸汽经过几个依次启闭的调节阀后再通向第一级喷嘴，也称喷嘴配汽方式。这种配汽方式在运行当中只有一个调节阀处于部分开启状态，而其余的调节阀均处于全开(或全关)状态，蒸汽只在部分开启的调节阀中受到节流作用，因此，在部分负荷时喷嘴配汽方式比节流配汽方式效率高，所以被广泛应用。

常规的火电机组一次调频控制系统为CCS+DEH共同完成，如图1所示，当通过转速探头采集到的转速测量值与转速设定值产生偏差时，转速偏差信号Δn会通过标准的一次调频补偿函数生成功率补偿量ΔP，该值一路直接输送至协调(CCS)侧叠加至原有的负荷指令上进行调节，一路经过修正送至DEH侧直接改变调节阀门开度，使机组功率迅速发生变化，满足电网调频要求。

该系统控制中在根据功率变化量生成DEH侧调节阀门开度变化量时，主要是根据顺序阀方式下调门开度变化与功率变化之间的关系生成修正系数A1，但是没有考虑单阀和顺序阀控制方式的不同会造成修正系数的差异，导致一次调频时控制品质不能满足电网性能指标的要求，一方面会是电厂因一次调频不合格受到电网经济考核，另一方面会导致电网的调频性能下降、电网频率波动影响整个社会的安全生产。

实用新型内容

为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置，该装置能满足单阀和顺序阀两种方式下机组一次调频的准确动作，有效提高火电机组对调度一次调频响应的准确性，满足电网对机组一次调频动作做功的需求，确保其调频能力，有效保证电网系统的频率稳定。

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：

基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置，机组转速设定值及机组转速测量值分别传输至减法器的输入端，减法器输出端输出转速偏差信号至函数发生器，函数发生器与乘法器的一个输入端相连；

第一模拟量发生器、第二模拟量发生器及信号采集器分别与模拟量切换器的输入端相连，模拟量切换器的输出端连接至乘法器的输入端，乘法器对输出的信号进行乘法处理后得到DEH侧阀门开度变化量并传输至加法器的输入端，加法器的另一输入端接收DEH侧原阀门开度指令值，加法器对输出端的信号进行加法处理后得到DEH侧阀门开度指令值。

所述模拟量切换器的Z1输入端与第二模拟量发生器的输出端连接，模拟量切换器的Z2输入端与第一模拟量发生器的输出端连接，模拟量切换器的S输入端与信号采集器的输出端连接。

所述函数发生器的一路输出信号作为CCS侧的功率补偿量，另一路传输至乘法器的输入端。

所述信号采集器用于采集阀门的运行方式。

所述信号采集器与模拟量切换器的S输入端连接，通过采集到的机组单阀或顺序阀方式来决定模拟量切换器的输出，默认机组为顺序阀方式，信号采集器输出为开关量信号“0”，模拟量切换器输出Z2输入端的值；当单阀方式时，信号采集器输出开关量信号“1”，模拟量切换器输出Z1输入端的值。

进一步的，所述第一模拟量发生器的值具体为：

进一步的，所述第二模拟量发生器的值具体为：

本实用新型的有益效果：

(1)并网机组的一次调频性能的好坏直接影响电网频率的稳定，通过本实用新型能够满足单阀和顺序阀两种方式下机组一次调频的准确动作，提高机组对电网频率变化响应的准确性，确保机组的调频能力达到调度考核标准的要求。

(2)本实用新型可以解决火电机组单阀和顺序阀切换后一次调频考核指标差等实际难题，一方面保持机组的安全运行，一方面能电网满足调频调峰需求，提高电网频率的稳定性，进而确保广大用户的电气设备及电力设备的安全、有效运行。

附图说明

图1为常规的火电机组一次调频CCS+DEH控制系统示意图；

图2为本实用新型基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

一种基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置，如图2所示，包括：减法器DEV、函数发生器F(x)、加法器ADD、乘法器MUL、模拟量发生器A1、模拟量发生器A2、信号采集器和模拟量切换器AXSEL；

减法器DEV与函数发生器F(x)连接后接入乘法器MUL的一个输入端X1，所述模拟量发生器A1、模拟量发生器A2、信号采集器分别接入模拟量切换器AXSEL的输入端Z2、Z1和S端，所述模拟量切换器AXSEL还与乘法器MUL的输入端X2连接，所述乘法器MUL的输出端与加法器ADD的输入端X2连接。

乘法器的一个输入端X1与函数发生器F(x)连接，另一个输入端X2与模拟量切换器AXSEL的输出端连接。

模拟量发生器A1的值具体为：即在顺序阀方式下改变阀门相对开度，观察对应的功率相对变化量，以确定两者之间的比值关系。

模拟量发生器A2的值具体为：即在单阀方式下改变阀门开度，观察对应的功率相对变化量，以确定两者之间的比值关系。

模拟量切换器AXSEL的Z1输入端与模拟量发生器A2的输出端连接，Z2输入端与模拟量发生器A1的输出端连接，S输入端与信号采集器的输出端连接。

信号采集器与模拟量切换器AXSEL的S输入端连接，通过采集到的机组单阀或顺序阀方式来决定模拟量切换器AXSEL的输出，默认机组为顺序阀方式，信号采集器输出为开关量信号“0”，模拟量切换器AXSEL输出Z2输入端的值；当单阀方式时，信号采集器输出开关量信号“1”，模拟量切换器AXSEL输出Z1输入端的值。

减法器模块DEV1的输入信号分别为：转速设定值和转速测量值。

本实用新型的工作原理如下：

电网频率不稳定时，汽轮机的转速会产生一个偏差Δn，若|Δn|>2，经一次调频补偿量函数F(x)补偿后，产生一个功率补偿量ΔP。该值一路直接输送至协调(CCS)侧叠加至原有的负荷指令上进行调节，一路经过修正送至DEH侧直接改变调节阀门开度，使机组功率迅速发生变化，满足电网调频要求。

本实用新型重点在DEH侧的修正上，根据采集到的机组单阀、顺序阀方式，自动对功率补偿量进行修正，以获取准确的阀门动作开度变化量，具体如下：

(1)当机组运行在顺序阀方式下时，改变阀门相对开度，观察对应的功率相对变化量，求取确定两者之间的比值关系，在模拟量发生器A1中设置计算出的修正系数

(2)当机组运行在单阀方式下时，改变阀门相对开度，观察对应的功率相对变化量，求取确定两者之间的比值关系，在模拟量发生器A2中设置计算出的修正系数

通过采集到的机组单阀或顺序阀方式来决定模拟量切换器AXSEL的输出，当机组为顺序阀方式，信号采集器输出为开关量信号“0”，模拟量切换器AXSEL输出Z2输入端的值，即此时ΔV＝A1*ΔP；当单阀方式时，信号采集器输出开关量信号“1”，模拟量切换器输出Z1输入端的值，即此时ΔV＝A2*ΔP。

具体示例1：

以常规300MW级直吹式汽包炉机组为例，调度控制部门规定机组频率超出一次调频死区50±0.033Hz(±2rpm)，机组有功需在3s内对频率的偏差做出响应，有效扰动定义为频率超出一次调频死区且持续在10秒及以上，转速每变化1rpm对应功率变化2MW。

首先进行修正系数的求取工作：

(1)机组运行在顺序阀方式下，改变阀门相对开度，观察对应的功率相对变化量，求取确定两者之间的比值关系，在模拟量发生器A1中设置计算出的修正系数

(2)机组运行在单阀方式下，改变阀门相对开度，观察对应的功率相对变化量，求取确定两者之间的比值关系，在模拟量发生器A2中设置计算出的修正系数

当机组转速测量值为2997rpm，即Δn＝3>2时，常规一次调频补偿量函数F(x)的输出为ΔP＝2：

(1)若此时机组运行在顺序阀方式，则信号采集器输出为开关量信号“0”，模拟量切换器AXSEL输出Z2输入端的值，即此时ΔV＝A1*ΔP＝2A1；

(2)若此时机组运行在单阀方式，则信号采集器输出开关量信号“1”，模拟量切换器输出Z1输入端的值，即此时ΔV＝A2*ΔP＝2A2。

最终，原DEH侧调门开度指令值叠加阀门开度变化量ΔV生成DEH侧调门开度指令输出值，以满足频率变化所需要的功率变化。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (4)

1.基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置，其特征是，机组转速设定值及机组转速测量值分别传输至减法器的输入端，减法器输出端输出转速偏差信号至函数发生器，函数发生器与乘法器的一个输入端相连；

第一模拟量发生器、第二模拟量发生器及信号采集器分别与模拟量切换器的输入端相连，模拟量切换器的输出端连接至乘法器的输入端，乘法器对输出的信号进行乘法处理后得到DEH侧阀门开度变化量并传输至加法器的输入端，加法器的另一输入端接收DEH侧原阀门开度指令值，加法器对输出端的信号进行加法处理后得到DEH侧阀门开度指令值。

2.如权利要求1所述的基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置，其特征是，所述函数发生器的一路输出信号作为CCS侧的功率补偿量，另一路传输至乘法器的输入端。

3.如权利要求1所述的基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置，其特征是，所述模拟量切换器的Z1输入端与第二模拟量发生器的输出端连接，模拟量切换器的Z2输入端与第一模拟量发生器的输出端连接，模拟量切换器的S输入端与信号采集器的输出端连接。

4.如权利要求1所述的基于阀门运行方式自动调整的一次调频控制装置，其特征是，所述信号采集器用于采集阀门的运行方式。