CN208723557U - 基于电网频差的一次调频优化控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于电网频差的一次调频优化控制系统，第一高低限报警模块的高限报警输出端接第一RS触发器的置位端，还通过第一取反运算模块接第一或运算模块的输入端，第一高低限报警模块的低限报警输出端接第二RS触发器的置位端，还通过第二取反运算模块接第二或运算模块的输入端；第二高低限报警模块的高限报警输出端接第一或运算模块的另一输入端，第二高低限报警模块的低限报警输出端接第二或运算模块的另一输入端；第一或运算模块和第二或运算模块的输出端分别接第一RS触发器和第二RS触发器的复位端，第一RS触发器和第二RS触发器的输出端分别接至闭锁减侧和闭锁增侧。
Description
技术领域
本实用新型涉及火电机组调频领域，尤其涉及一种基于电网频差的火电机组TF方式下一次调频优化控制系统。
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，是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。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。
火电单元机组的基本运行方式有手动方式、炉跟机方式(BF)、机跟炉方式(TF)、协调控制方式(CCS)方式。其中，机跟炉方式(TF)主要应用在锅炉的设备上有故障，由锅炉来决定带负荷能力的工况，即锅炉带负荷能力受限，此时锅炉在手动控制方式，汽轮机在自动控制方式，汽轮机通过自动来调节阀门开度，以控制机组主蒸汽压力维持在设定值。常规CCS方式下一次调频控制逻辑示意图如图1所示，根据电网频差信号转换出对应的一次调频补偿量，DCS侧叠加值负荷指令值之上，送入汽轮机控制器进行；DEH侧将一次调频补偿量转换为对应的阀门增量，直接叠加至原有的阀门开度指令值之上。动作时，DEH侧快速响应，DCS侧实现闭环控制，保证最终调节品质。
实际运行中，由于锅炉侧辅机众多，极易出现机组运行于TF方式，TF方式下工作的单元机组其调频能力主要由数字电液控制系统(DEH)来完成的，DEH侧的一次调频是开环控制，这就造成TF方式下一次调频整体上是开环控制。同时由于DEH侧负荷变化时，会造成DCS侧的主蒸汽压力呈反向调节。如电网频率低于50Hz，此时机组需要增加负荷，DEH侧会自动根据频差计算出的一正向补偿量，开大阀门以实现负荷的增长，但阀门开度的增大会造成主蒸汽压力的降低，为维持压力在设定值，DCS侧的汽轮机控制系统(简称汽机主控)会自动关小阀门，即此时汽机主控会对一次调频有反向抑制作用，导致TF方式下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。
综上所述，现有技术中对于TF方式下汽机主控对阀门的反向调节，该方式下机组一次调频响应不准确，无法满足电网需求的问题，尚缺乏有效的解决方案。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种基于电网频差的火电机组TF方式下一次调频优化控制系统，该系统能够有效解决TF方式下汽机主控对阀门的反向调节问题，确保该方式下机组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。
本实用新型所采用的技术方案是：
一种基于电网频差的一次调频优化控制系统，该系统包括第一高低限报警模块、第一RS触发器、第一取反运算模块、第一或运算模块、第二高低限报警模块、第二RS触发器、第二取反运算模块和第二或运算模块；
所述第一高低限报警模块的输入端接收电网频差信号，所述第一高低限报警模块的高限报警输出端分别接至第一RS触发器的置位端和第一取反运算模块的输入端，所述第一高低限报警模块的低限报警输出端分别接至第二RS触发器的置位端和第二取反运算模块的输入端；
所述第二高低限报警模块的输入端接收主蒸汽压力偏差信号，第二高低限报警模块的高限报警输出端和第一取反运算模块的输出端分别接至第一或运算模块的两个输入端，第二高低限报警模块的低限报警输出端和第二取反运算模块的输出端分别接至第二或运算模块的两个输入端；
所述第一或运算模块和第二或运算模块的输出端分别接至第一RS触发器和第二RS触发器的复位端，第一RS触发器和第二RS触发器的输出端分别接至汽机主控的闭锁减侧和闭锁增侧。
进一步的，所述第一高低限报警模块的输入端与第一信号采集器连接，第一信号采集器用于采集电网频差信号并将其传输至第一高低限报警模块。
进一步的，所述第一高低限报警模块的高限限值置数端与第一模拟发生器连接；所述第一高低限报警模块的低限限值置数端通过第一乘法器与第一模拟发生器连接。
进一步的，所述第二高低限报警模块的输入端与第二信号采集器连接；第二信号采集器用于采集主蒸汽压力偏差信号并将其传输至第二高低限报警模块。
进一步的，所述第二高低限报警模块的高限限值置数端与第二模拟发生器连接；所述第二高低限报警模块的低限限值置数端通过第二乘法器与第二模拟发生器连接。
进一步的，所述第一模拟发生器的值根据电网频率偏差设定。
进一步的，所述第二模拟发生器的值根据主蒸汽压力波动偏差设定。
进一步的，所述电网频差信号、主蒸汽压力偏差信号均为开关量信号。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)本实用新型能够有效解决TF方式下汽机主控对阀门的反向调节问题，确保该方式下机组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；
(2)本实用新型可以解决火电机组TF方式下一次调频考核指标差等实际难题，同时统筹考虑到机组的安全运行，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是常规的火电机组一次调频CCS+DEH控制系统示意图；
图2是本实用新型公开的基于电网频差的火电机组TF方式下一次调频优化控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。
本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。
如图1所示，本实用新型提供了一种基于电网频差的火电机组TF方式下一次调频优化控制系统，该系统包括第一信号采集器AI1、第二信号采集器AI2、第一高低限报警模块HLALM1、第二高低限报警模块HLALM2、第一模拟量发生器A1、第二模拟量发生器A2、第一乘法器MUL1、第二乘法器MUL2、第一或运算模块OR1、第二或运算模块OR2、第一RS触发器RS1、第二RS触发器RS2、第一取反运算模块NOT1和第二取反运算模块NOT2。
所述第一信号采集器AI1与高低限报警模块HLALM1的输入端X连接，采集电网频差信号并将传输至第一高低限报警模块HLALM1；第一高低限报警模块HLALM1的高限报警输出端D1分别接至第一RS触发器RS1的置位端S和第一取反运算模块NOT1的输入端，第一高低限报警模块HLALM1的低限报警输出端D2分别接至第二RS触发器RS2的置位端S和第二取反运算模块NOT2的输入端。
所述第二信号采集器AI2与第二高低限报警模块块HLALM2的输入端X连接，采集主蒸汽压力偏差信号并传输至第二高低限报警模块块HLALM2；第二高低限报警模块HLALM2的高限报警输出端D1与第一或运算模块OR1的输入端Z2连接；第一取反运算模块NOT1的输出端与第一或运算模块OR1的输入端Z1连接，第二高低限报警模块HLALM2的低限报警输出端D2与第二或运算模块OR2的输入端Z2连接，第二和取反运算模块NOT2的输出端与第二或运算模块OR2的输入端Z1连接；第一或运算模块OR1的输出端D与第一RS触发器RS1的复位端R连接，所述第二或运算模块OR2的输出端D与第二RS触发器RS2的复位端R连接。
第一RS触发器RS1的输出端D与汽机主控的闭锁减管脚LD连接；第二RS触发器RS2的输出端D与汽机主控的闭锁增管脚LI连接。
所述第一高低限报警模块HLALM1的高限限值置数端H与第一模拟发生器A1连接，所述第一高低限报警模块HLALM1的高限限值置数端H接模拟量发生器A1所设数值；所述第一高低限报警模块HLALM1的低限限值置数端L通过第一乘法器MUL1与第一模拟发生器A1连接，所述第一高低限报警模块HLALM1的低限限值置数端L接模拟量发生器A1所设数值经乘法器MUL1与-1相乘后的数值，即求反后的值。
所述第二高低限报警模块HLALM2的高限限值置数端H与第二模拟发生器A2连接，所述第二高低限报警模块HLALM2的高限限值置数端H接模拟量发生器A2所设数值；所述第二高低限报警模块HLALM2的低限限值置数端L通过第二乘法器MUL1与第二模拟发生器A2连接，所述第二高低限报警模块HLALM2的低限限值置数端L接模拟量发生器A2所设数值经乘法器MUL2与-1相乘后的数值，即求反后的值。
本实施例中，模拟量发生器A1的值具体为：按照GB/T 30370-2013《火力发电机组一次调频试验及性能验收导则》中要求，机组参与一次调频死区应在±0.033Hz，因此A1所设数值为0.033。
本实施例中，模拟量发生器A2的值具体为：按照DL/T 657-2006《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》中要求，根据机组类型不同设置不同的数值，数值范围为-0.6至0.6。
本实用新型提出的基于电网频差的火电机组TF方式下一次调频优化控制系统，根据电网频差信号是否超出规定范围以及偏差的正反向来决定是否闭锁汽机主控的闭锁方向，同时，兼顾主蒸汽压力偏差是否超出机组安全承受范围来决定是否复位汽机主控的闭锁，以实现网源协调控制。
如图2所示，本实用新型提出的基于电网频差的火电机组TF方式下一次调频优化控制系统的工作原理为：
电网正常运行于50Hz，当电网频率不稳定时，会产生电网频率偏差Δf，若|Δf|>0.033，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，使机组通过改变调节阀门开度，促使机组功率迅速发生变化，满足电网调频要求。
当机组运行于TF方式时，系统根据电网偏差信号是否超出规定范围以及偏差的正反向来决定是否闭锁汽机主控的闭锁方向，同时，兼顾主蒸汽压力偏差是否超出机组安全承受范围来决定是否复位汽机主控的闭锁，以实现网源协调控制。
具体实施例1：
以常规300MW级直吹式汽包炉机组为例，调度控制部门按照国家标准和行业标准规定机组频率超出一次调频死区±0.033Hz(±2rpm)，即模拟量发生器A1所设数值为0.033，同时机组有功需在3s内对频率的偏差做出响应，转速每变化1rpm对应功率变化2MW。
按照DL/T 657-2006《火力发电厂模拟量控制系统验收测试规程》中要求，主蒸汽压力波动偏差应控制在±0.6MPa，即模拟量发生器A2的值应设为0.6。
当电网频率为49.9Hz，即电网频差信号为0.1Hz时，由于该值超出高低限报警模块HLALM1中所设的高限限值0.033，则HLALM1的高限报警输出端D1为高电平“1”，即RS触发器RS1的置位端S为“1”：
(1)若此时测得的机组主蒸汽压力偏差信号小于0.6MPa，由于该值低于高低限报警模块HLALM2中所设的高限限值0.6，则HLALM2的高限报警输出端D1为低电平“0”，同时，HLALM1的高限报警输出端D1经取反运算模块NOT1后输出也为低电平“0”，即或运算模块OR1的两个输入均为低电平“0”，其输出为低电平“0”，RS触发器RS1的复位端R为“0”，此时RS1的输出为“1”，即汽机主控闭锁减，有效保证汽机主控不反向调节；
(2)若此时测得的机组主蒸汽压力偏差信号大于0.6MPa，由于该值超出高低限报警模块HLALM2中所设的高限限值0.6，则HLALM2的高限报警输出端D1为高电平“1”，即或运算模块OR1的输入Z2为高电平“1”，根据或运算的特性，任一输入端为“1”，其输出为“1”，则OR1输出为高电平“1”，RS触发器RS1的复位端R为“1”，此时RS1的输出被复位为“0”，即此时不产生汽机主控闭锁减，首先保证机组压力调整，防止机组超压导致的不安全事故。
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 (8)
1.一种基于电网频差的一次调频优化控制系统，其特征是，包括第一高低限报警模块、第一RS触发器、第一取反运算模块、第一或运算模块、第二高低限报警模块、第二RS触发器、第二取反运算模块和第二或运算模块；
所述第一高低限报警模块的输入端接收电网频差信号，所述第一高低限报警模块的高限报警输出端分别接至第一RS触发器的置位端和第一取反运算模块的输入端，所述第一高低限报警模块的低限报警输出端分别接至第二RS触发器的置位端和第二取反运算模块的输入端；
所述第二高低限报警模块的输入端接收主蒸汽压力偏差信号，第二高低限报警模块的高限报警输出端和第一取反运算模块的输出端分别接至第一或运算模块的两个输入端，第二高低限报警模块的低限报警输出端和第二取反运算模块的输出端分别接至第二或运算模块的两个输入端；
所述第一或运算模块和第二或运算模块的输出端分别接至第一RS触发器和第二RS触发器的复位端，第一RS触发器和第二RS触发器的输出端分别接至汽机主控的闭锁减侧和闭锁增侧。
2.根据权利要求1所述的基于电网频差的一次调频优化控制系统，其特征是，所述第一高低限报警模块的输入端与第一信号采集器连接，第一信号采集器用于采集电网频差信号并将其传输至第一高低限报警模块。
3.根据权利要求1所述的基于电网频差的一次调频优化控制系统，其特征是，所述第一高低限报警模块的高限限值置数端与第一模拟发生器连接；所述第一高低限报警模块的低限限值置数端通过第一乘法器与第一模拟发生器连接。
4.根据权利要求1所述的基于电网频差的一次调频优化控制系统，其特征是，所述第二高低限报警模块的输入端与第二信号采集器连接；第二信号采集器用于采集主蒸汽压力偏差信号并将其传输至第二高低限报警模块。
5.根据权利要求1所述的基于电网频差的一次调频优化控制系统，其特征是，所述第二高低限报警模块的高限限值置数端与第二模拟发生器连接；所述第二高低限报警模块的低限限值置数端通过第二乘法器与第二模拟发生器连接。
6.根据权利要求3所述的基于电网频差的一次调频优化控制系统，其特征是，所述第一模拟发生器的值根据电网频率偏差设定。
7.根据权利要求5所述的基于电网频差的一次调频优化控制系统，其特征是，所述第二模拟发生器的值根据主蒸汽压力波动偏差设定。
8.根据权利要求1所述的基于电网频差的一次调频优化控制系统，其特征是，所述电网频差信号、主蒸汽压力偏差信号均为开关量信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| AV01 | Patent right actively abandoned |
Granted publication date: 20190409 Effective date of abandoning: 20231208 |
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| AV01 | Patent right actively abandoned |
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| AV01 | Patent right actively abandoned | ||
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