CN214429265U - 一种电极锅炉辅助调频集成设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电网调频的领域，尤其是涉及一种电极锅炉辅助调频集成设备，包括电极锅炉、与电极锅炉相连接的晶闸管功率控制器、与晶闸管功率控制器相连接以控制电路通断的高压配电柜、与高压配电柜相连接的电力变压器，以及用于接收和发出信号指令以通过晶闸管功率控制器调节电极锅炉的输出功率的DCS控制系统。本申请具有降低辅助调频技术全生命周期的运行成本的效果。

Description

一种电极锅炉辅助调频集成设备

技术领域

本申请涉及电网调频的领域，尤其是涉及一种电极锅炉辅助调频集成设备。

背景技术

电力系统由三个部份组成，即发电侧（简称为“源侧”）、输配网（简称为“电网侧”）、用户侧(即负荷侧，简称为“荷侧”)。

电力系统工作时，源侧的发电量应等于荷侧用电量，此时电网为平衡、稳定的工作状态。但实际上，不可能达到这种理想状态。这就导致电网的频率出现波动：当源侧发电量大于荷侧用电量时，电网的频率上升；反之，则电网的频率下降。当电网频率的波动超过允许的范围时，会引发供电系统工作的安全性问题或造成其它的问题（例如：用电设备故障或用电设备产能降低），因此，必须设法稳定电网的工作频率。

目前，对于电网的调频主要包括一次调频和二次调频；其中，一次调频是指当电力系统频率偏离目标频率时，火电机组通过调速系统的自动反应，调整有功出力以维持电力系统频率稳定；二次调频，也称为自动发电控制（AGC），是指火电机组提供足够的可调整容量及一定的调节速率，在允许的调节偏差下实时跟踪频率，以满足系统频率稳定的要求。

火电厂二次调频的过程简要描述如下：电网管理系统实时监视源测发电量和荷侧用电量，根据两者的偏差，实时向源侧各电厂发送AGC指令（即自动发电控制指令），要求发电厂升高或降低发电出力。电厂接到指令后，调节有关发电设备(例如汽机进汽阀门、磨煤机等)使电厂发电出力升高或降低，直到满足AGC指令的要求。各电厂设备性能有差异，有的电厂设备调节能力强而有的电厂设备调节能力弱。对于调节能力弱、达不到电网要求的电厂，就有必要借助其它设备来“辅助”提升调频能力。

目前为止，火电厂二次调频辅助技术均是采用“电储能技术”，利用电池的快速响应能力、快速调节能力来提升发电机组3个调频关键参数(响应时间、爬坡速度、调节精度)性能，从而使电厂总出力满足AGC指令的要求并获得良好的经济效益(调频经济补偿)。

上述辅助调节技术虽然具有良好的调频性能，但也存在如下显著劣势：

1、调频过程中，电池频繁地充电放电，易加速电池的损耗，导致电池的寿命较低，而频繁地更换，这就会增加运营成本，降低调频运行的经济性；

2、被更换的电池需要进行环保处理，会进一步增加成本，若不进行处理，则会加重环境污染。

针对上述中的相关技术，发明人认为传统的电池辅助调频技术存在全生命周期成本高的缺陷。

实用新型内容

为了降低辅助调频技术全生命周期的运行成本，本申请提供一种电极锅炉辅助调频集成设备。

本申请提供的一种电极锅炉辅助调频集成设备，采用如下的技术方案：

一种电极锅炉辅助调频集成设备，包括电极锅炉、与电极锅炉相连接的晶闸管功率控制器、与晶闸管功率控制器相连接以控制电路通断的高压配电柜、与高压配电柜相连接的电力变压器，以及用于接收和发出信号指令以通过晶闸管功率控制器调节电极锅炉的输出功率的DCS控制系统。

通过采用上述技术方案，当电极锅炉接收到来自DCS控制系统发出的锅炉功率指令时，晶闸管功率控制器则根据所接收到的功率信号改变锅炉本体的实际出力，使电厂总出力与电网调度系统的AGC指令要求尽可能接近；相比于相关技术中通过电储能进行辅助调频的方式，本申请中的电极锅炉辅助调频集成设备，不仅初期投资成本低，而且全生命周期中也无需更换，只需简单的维护即可，大大降低了运行成本，同时也不会对环境造成负面影响。

优选的，所述电极锅炉包括锅炉本体、锅炉接线箱和锅炉控制柜，锅炉控制柜与DCS控制系统信号连接；

晶闸管功率控制器包括通过锅炉接线箱与锅炉本体电线连接的功率模块、用于控制功率模块动作的触发器以及散热模块，触发器与锅炉控制柜信号连接；

高压配电柜包括与锅炉控制柜信号连接的电能计量装置以及串联在功率模块和电力变压器之间的断路开关。

通过采用上述技术方案，断路开关闭合后，晶闸管功率功率控制器即处于得电状态，但锅炉本体是否得电工作或实际出力取决于晶闸管的输出动作状态；工作时，锅炉控制柜将锅炉功率指令转发给触发器，而触发器则根据所接收到的功率信号控制功率模块动作，从而改变锅炉本体的实际出力；电能计量装置的设置，主要用于计量电极锅炉消耗的电能即锅炉实际出力，并随时反馈给锅炉控制柜，然后由锅炉控制柜转发到DCS系统。

优选的，所述散热模块为水冷式换热器或风水型换热器。

通过采用上述技术方案，晶闸管的应用更加灵活；当采用风水型换热器时，晶闸管工作过程产生的热量可直接释放到安装环境之中或室外大气之中；当采用水冷式换热器时，方便与热回收系统相连接。

优选的，还包括热回收系统，热回收系统包括与散热模块相连接的热泵机组。

通过采用上述技术方案，主要用于回收晶闸管功率控制器在工作过程中产生的热能并加以利用。

优选的，所述热泵机组包括蒸发器、膨胀阀、压缩机、冷凝器；蒸发器通过循环管路与散热模块相连接并形成循环，冷凝器通过循环管路与热水用户端相连接并形成循环。

通过采用上述技术方案，热泵机组的设置，主要用于对散热模块所产生的低品位热能进行升品，以满足用户端生活热水、采暖等方面的需求。

优选的，所述热回收系统还包括安装在散热模块与冷凝器之间的循环管路上的热回收水泵。

通过采用上述技术方案，热回收水泵的设置，主要用于提供动力。

优选的，所述热回收系统还包括安装在冷凝器与用户端之间的循环管路上的供水泵。

通过采用上述技术方案，供水泵的设置，主要用于提供动力。

优选的，还包括与电极锅炉相连接以进行储能、供热的蓄热装置。

通过采用上述技术方案，便于对电极锅炉作业时所产生的热量进行储存，同时在需要的时候供给用户端。

优选的，所述电极锅炉为电极蒸汽锅炉；蓄热装置的蒸汽输出端通过管路连接有分气缸。

通过采用上述技术方案，主要用于将锅炉运行时所产生的蒸汽分配到各路管道中。

优选的，所述电极锅炉为电极热水锅炉，电极热水锅炉与蓄热装置之间安装有热交换器，热交换器与电极热水锅炉之间的循环管路上安装有循环泵，热交换器与蓄热装置之间的循环管路上安装有蓄热水泵，蓄热装置与用户之间的循环管路上安装有供热水泵。

通过采用上述技术方案，电极热水锅炉工作时产生的热能与用户端的循环水在热交换器处进行热交换，而后通过供热水泵输送给用户端进行供热。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请中的电极锅炉辅助调频集成设备，不仅初期投资成本低，而且全生命周期中也无需更换，只需简单的维护即可，大大降低了运行成本，同时也不会对环境造成负面影响；

2.由于晶闸管功率控制器是电气设备，具有极快的响应速度和调节速度以及高精度，因此可以更好的满足电网调度系统的要求；

3.蓄热装置的设置，用于对电极锅炉作业时所产生的热量进行储存，同时在需要的时候供给用户端；

4.热回收系统的设置，主要用于回收晶闸管功率控制器在工作过程中产生的热能并加以利用；

5.目前情况，同等调频容量下，电极锅炉辅助调频集成设备的总投资远低于电储能调频系统的总投资，提升了项目的可行性。

附图说明

图1是本申请实施例1中的电极锅炉辅助调频集成设备的整体结构示意图；

图2是体现电极锅炉辅助调频集成设备从火电机组出口取电的结构示意图；

图3是体现电极锅炉辅助调频集成设备从电网取电的结构示意图；

图4是体现电极锅炉辅助调频集成设备具体结构的示意图；

图5是本申请实施例2中的电极锅炉辅助调频集成设备的整体结构示意图。

附图标记说明：1、电极锅炉；11、锅炉本体；12、锅炉接线箱；13、锅炉控制柜；14、热交换器；15、循环泵；16、蓄热水泵；2、蓄热装置；21、压力调节阀；22、分气缸；3、晶闸管功率控制器；31、功率模块；32、触发器；33、散热模块；4、热回收系统；41、热回收水泵；42、热泵机组；421、蒸发器；422、膨胀阀；423、压缩机；424、冷凝器；43、供水泵；5、高压配电柜；51、电能计量装置；52、断路开关；6、电力变压器；7、DCS控制系统；8、供热水泵。

具体实施方式

以下结合附图1-5对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本申请实施例公开了一种电极锅炉辅助调频集成设备。

参照图1，电极锅炉辅助调频集成设备包括电极锅炉1、与电极锅炉1相连接以进行储能和供能的蓄热装置2、用于调节电极锅炉1输出功率大小的晶闸管功率控制器3、回收晶闸管功率控制器3工作时所产生的热能供给用户端的热回收系统4、与晶闸管功率控制器3相连接以控制电路通断的高压配电柜5、与高压配电柜5相连接的电力变压器6，以及用于接收和发出信号指令以通过晶闸管功率控制器3控制电极锅炉1动作的DCS控制系统7。

参照图2和图3，电力变压器6可与火电机组的出口或电网相连接，当电力变压器6的主电源接入火电机组时，电极锅炉辅助调频集成设备可以从火电机组的出口取电，从而辅助火电机组进行调频，提升火电机组的调频性能；当电力变压器6的主电源接入电网线路中时，电极锅炉辅助调频集成设备可以从电网线路上取电，从而直接对电网进行调频作业。

参照图4，本实施例中的电极锅炉1为电极蒸汽锅炉，电极蒸汽锅炉包括锅炉本体11、锅炉接线箱12和锅炉控制柜13，锅炉控制柜13与DCS控制系统7信号连接；蓄热装置2可以为蓄热罐，锅炉本体11通过管路与蓄热罐连通，管路上安装有压力调节阀21，蓄热罐的蒸汽输出端通过管路连接有分气缸22，根据需要可将热能供给用户端使用。

DCS系统主要用于接收来自于电网调度系统的AGC调频指令、来自于火电机组控制系统的火电机组出力信号、来自于锅炉控制柜13的锅炉实际出力信号，通过计算火电机组出力与电极锅炉1实际出力的差值，得到总出力信号，并将总出力信号反馈到电网调度系统。

参照图4，晶闸管功率控制器3包括功率模块31、触发器32和散热模块33；功率模块31通过锅炉接线箱12与锅炉本体11电线连接；触发器32同时与功率模块31和锅炉控制柜13信号连接，当锅炉控制柜13接收到来自DCS控制系统7发出的锅炉功率指令（AGC指令信号-电厂总出力）时，锅炉控制柜13根据来自于DCS系统7的功率指令结合锅炉本体11的相关温度、压力、液位、流量等参数进行综合计算并结合安全保护的需要，最终确定电极锅炉1的最佳运行功率，然后将该最佳运行功率指令发送给触发器32，而触发器32则根据所接收到的功率信号控制功率模块31动作，从而改变锅炉本体11的实际出力，使电厂总出力与电网调度系统的AGC指令要求尽可能接近，同时还保证了锅炉的安全运行和最佳运行。由于晶闸管功率控制器3是电气设备，具有极快的响应速度和调节速度以及高精度，因此，可以满足电网调度系统的调频要求。

高压配电柜5包括与锅炉控制柜13信号相连接的电能计量装置51以及串联在功率模块31和电力变压器6之间的断路开关52，电能计量装置51的主要用于是计量电极锅炉1消耗的电能即锅炉实际出力，并随时反馈给锅炉控制柜13，然后由锅炉控制柜13转发到DCS系统；断路开关52的主要作用是控制电线线路的通断，当需要电极锅炉辅助调频集成设备辅助调频时，则将断路开关52闭合；反之，则将断路开关52断开。

参照图4，上述的散热模块33可以为水冷式换热器或风水型换热器，这两种换热器均具有水回路，所吸收的热量均由水回路中的水带走；采用风水型换热器时，所吸收的热量直接散发到环境空气中或外部空气中；采用水冷式换热器时，利用热回收系统4与散热模块33相连接，用于回收晶闸管功率控制器3在工作过程中产生的热能并供给热水用户端。

热回收系统4包括热回收水泵41、热泵机组42和供水泵43；热泵机组42包括蒸发器421、膨胀阀422、压缩机423、冷凝器424，蒸发器421通过循环管路与散热模块33相连接并形成循环，冷凝器424通过循环管路与用户端相连接并形成循环，热回收水泵41安装在散热模块33与冷凝器424之间的循环管路上，供水泵43安装在冷凝器424与用户端之间的循环管路上。

参照图4，由于散热模块33所提供的水温较低，不便直接送到用户端加以利用，因此采用热泵机组42将散热模块33的热能品位加以提升，从而向热用户输送更高温度的水，以满足用户端生活热水、采暖等方面的需求。

相比于相关技术中通过电储能进行辅助调频的方式，本申请中的电极锅炉辅助调频集成设备，不仅初期投资成本低，而且全生命周期中也无需更换，只需简单的维护即可，大大降低了运行维护成本，同时也不会对环境造成负面影响。

实施例2：

本申请实施例公开了一种电极锅炉辅助调频集成设备，与实施例1的不同之处在于电极锅炉。

参照图5，电极锅炉1为电极热水锅炉，电极热水锅炉包括锅炉本体11、锅炉接线箱12和锅炉控制柜13，锅炉控制柜13与DCS控制系统7信号连接；蓄热装置2通过管路直接与用户端连接。

电极热水锅炉与蓄热装置2之间设置有热交换器14，热交换器14与电极热水锅炉之间和热交换器14与蓄热装置2之间均通过循环管路连接，位于热交换器14和电极热水锅炉之间的循环管路上安装有循环泵15，位于热交换器14和蓄热装置2之间的管路上安装有蓄热水泵16，蓄热装置2与用户之间的管路上安装有供热水泵8。

本申请实施例的实施原理为：电极热水锅炉工作时产生的热能与用户端的循环水在热交换器14处进行热交换，而后通过供热水泵8输送给用户端进行供热。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电极锅炉辅助调频集成设备，其特征在于，包括电极锅炉(1)、与电极锅炉(1)相连接的晶闸管功率控制器(3)、与晶闸管功率控制器(3)相连接以控制电路通断的高压配电柜(5)、与高压配电柜(5)相连接的电力变压器(6)，以及用于接收和发出信号指令以通过晶闸管功率控制器(3)调节电极锅炉(1)的输出功率的DCS控制系统(7)。

2.根据权利要求1所述的一种电极锅炉辅助调频集成设备，其特征在于：所述电极锅炉(1)包括锅炉本体(11)、锅炉接线箱(12)和锅炉控制柜(13)，锅炉控制柜(13)与DCS控制系统(7)信号连接；

晶闸管功率控制器(3)包括通过锅炉接线箱(12)与锅炉本体(11)电线连接的功率模块(31)、用于控制功率模块(31)动作的触发器(32)以及散热模块(33)，触发器(32)与锅炉控制柜(13)信号连接；

高压配电柜(5)包括与锅炉控制柜(13)信号连接的电能计量装置(51)以及串联在功率模块(31)和电力变压器(6)之间的断路开关(52)。

3.根据权利要求2所述的一种电极锅炉辅助调频集成设备，其特征在于：所述散热模块(33)为水冷式换热器或风水型换热器。

4.根据权利要求2或3所述的一种电极锅炉辅助调频集成设备，其特征在于：还包括热回收系统(4)，热回收系统(4)包括与散热模块(33)相连接的热泵机组(42)。

5.根据权利要求4所述的一种电极锅炉辅助调频集成设备，其特征在于：所述热泵机组(42)包括蒸发器(421)、膨胀阀(422)、压缩机(423)、冷凝器(424)；蒸发器(421)通过循环管路与散热模块(33)相连接并形成循环，冷凝器(424)通过循环管路与热水用户端相连接并形成循环。

6.根据权利要求5所述的一种电极锅炉辅助调频集成设备，其特征在于：所述热回收系统(4)还包括安装在散热模块(33)与冷凝器(424)之间的循环管路上的热回收水泵(41)。

7.根据权利要求5所述的一种电极锅炉辅助调频集成设备，其特征在于：所述热回收系统(4)还包括安装在冷凝器(424)与热水用户端之间的循环管路上的供水泵(43)。

8.根据权利要求2所述的一种电极锅炉辅助调频集成设备，其特征在于：还包括与电极锅炉(1)相连接以进行储能、供热的蓄热装置(2)。

9.根据权利要求8所述的一种电极锅炉辅助调频集成设备，其特征在于：所述电极锅炉(1)为电极蒸汽锅炉；蓄热装置(2)的蒸汽输出端通过管路连接有分气缸(22)。

10.根据权利要求8所述的一种电极锅炉辅助调频集成设备，其特征在于：所述电极锅炉(1)为电极热水锅炉，电极热水锅炉与蓄热装置(2)之间安装有热交换器(14)，热交换器(14)与电极热水锅炉之间的循环管路上安装有循环泵(15)，热交换器(14)与蓄热装置(2)之间的循环管路上安装有蓄热水泵(16)，蓄热装置(2)与用户之间的循环管路上安装有供热水泵(8)。

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