CN107769273A - 一种汽轮机负荷分配控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种汽轮机负荷分配控制方法及***，尤其针对多台汽轮发电机组组成的相对独立运行的电站(包括孤立网运行的电站)，包括以下步骤：计算输出性能控制指令ΔS_out；计算每台机组的负荷接近度d_i，计算负荷接近度平均值d_avg；计算得到单元负荷分配修正系数A_i；根据输出性能控制指令ΔS_out、单元负荷分配修正系数A_i、调频控制信号f_i以及DEH总阀位指令U_i，计算得到汽轮机阀门控制指令U_outi控制机组增减负荷，使发电负荷和用电负荷平衡。本发明的有益效果是：根据电网内各机组发电能力情况和网频波动信号调整各单元机组的输出负荷，使各电站内各单元机组同步承担负荷变化或频率变化，以维持发电负荷与厂用电负荷平衡，以及孤网频率稳定。

Description

一种汽轮机负荷分配控制方法及***

技术领域

本发明涉及一种汽轮机负荷分配控制方法及***，尤其针对多台汽轮发电机组组成的相对独立运行的电站(包括孤立网运行的电站)。

背景技术

相对独立运行的电站，尤其大型工业企业的自备电站，通常有多台汽轮发电机组组成，这些机组生产的电能主要输送到自身企业设备生产用电，一些企业要求自备电站能维持厂用电平衡，即既不向外电网(如国家电网)送电，也不从外电网(如国家电网)取电，因如果从外网取电则企业还要支出成本较高的工业电费，如果向外网送电，不但收不到电费，还要受到电网管理部门的限制和管控。

由于一般生产单位厂用电负荷波动较大，所以必须时刻调整电站内各台汽轮发电机组的发电量，目前都采用人工判断和人工设定电站内各汽轮发电机组发电负荷，结果发电负荷与用电负荷相平衡往往偏差较大。

对于孤立网运行的电站，如果发电负荷与用电负荷不能平衡，电网频率就会波动，负荷不平衡偏差越大，频率波动越大，甚至使电网崩溃。目前汽轮机DEH控制***一般设置一次调频功能，即根据电网频率与设定值(3000rpm)的频率偏差和机组不等率参数调整机组发电负荷输出，与用电负荷平衡，使电网频率维持稳定。由于孤立运行电网内的各台汽轮发电机组的调频能力各不相同，有时会出现“抢负荷”现象发生，即有些机组已超负荷运行或在低负荷下运行，而有些机组还在正常运行范围内，这样降低了电站机组的调频能力和发电效率。

因此要发明一种汽轮机负荷分配控制方法，根据网内各机组发电能力情况和网频波动信号调整各单元机组的输出负荷，使各电站内各单元机组同步承担负荷变化或频率变化，以维持发电负荷与厂用电负荷平衡，以及孤网频率稳定。

发明内容

针对上述方案的缺点，本发明提供了一种相对独立运行电站内汽轮发电机组的负荷分配控制方法及***。

本发明技术方案是：一种汽轮机负荷分配控制方法，所述方法运用于多台汽轮发电机组组成的孤网运行模式或并外网运行模式的电站，该方法包括以下步骤：

(1)根据整个电站的频率偏差信号ΔF和功率偏差信号ΔP，计算输出性能控制指令ΔS_out；

(2)计算每台机组的负荷接近度d_i，根据负荷接近度d_i计算负荷接近度平均值d_avg；根据负荷接近度d_i、负荷接近度平均值d_avg、实际功率信号P_i和最大功率信号P_max计算得到单元负荷分配修正系数A_i；

(3)根据输出性能控制指令ΔS_out、单元负荷分配修正系数A_i、调频控制信号f_i以及DEH总阀位指令U_i，计算得到汽轮机阀门控制指令U_outi控制机组增减负荷，使发电负荷和用电负荷平衡。

优选的，在孤网运行模式下，根据频率偏差信号ΔF计算输出性能控制指令ΔS_out；在并外网运行模式下，根据功率偏差信号ΔP计算输出性能控制指令ΔS_out。

优选的，所述计算负荷接近度d_i的方法为：接收机组实际功率信号P_i和最大功率信号P_max，计算得到负荷接近度d_i：

d_i＝(1-P_i/P_max)。

优选的，单元负荷分配修正系数A_i的计算公式为：

优选的，所述汽轮机阀门控制指令U_outi的计算公式为：

U_outi＝∑(β_i·A_i·ΔS_out+G_i+k_i·A_i·f_i)

其中，β、k是常数，G是DEH总阀位指令。

本发明还提供了一种汽轮机负荷分配控制***，包括：主负荷分配控制器以及若干单元负荷分配控制器，所述主负荷分配控制器包括主性能控制模块和主负荷平衡模块，所述单元负荷分配控制器包含单元负荷平衡模块和单元调频控制模块；所述主性能控制模块监测频率偏差信号ΔF和功率偏差信号ΔP，计算输出性能控制指令ΔS_out给各机组的单元负荷分配控制器；所述单元负荷平衡模块与主负荷平衡模块计算负荷接近度d_i和平均负荷接近度d_avg，得到单元负荷分配修正系数A_i；单元调频控制模块计算调频控制信号f_i；所述单元负荷分配控制器计算得到汽轮机阀门控制指令U_outi控制汽轮发电机组增减负荷，使发电负荷和用电负荷平衡。

本发明的有益效果是：根据电网内各机组发电能力情况和网频波动信号调整各单元机组的输出负荷，使各电站内各单元机组同步承担负荷变化或频率变化，以维持发电负荷与厂用电负荷平衡，以及孤网频率稳定。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例多台汽轮发电机组组成的电站控制结构框图；

图2是本发明实施例电站汽轮机负荷分配控制计算模型框图；

图3是本发明实施例的整体流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

附图1显示了多台汽轮发电机组组成的电站控制结构框图，以其中两台汽轮发电机组为例，汽轮机101和201，分别驱动发电机102和202发电，通过励磁调节器105和205，励磁变压器107和207后，分两路，一路经过高厂变106和206，给电站辅机供电，另一路经主变压器108和208，以及主油开关110和210，接到企业电网905，起备变109和209作为启动和备用的变压器。对于非孤立运行的企业电站，还会连接到外电网906(通常是国家电网)，将企业多余发电量送往外电网，或从外电网取用电量。孤立运行的企业电站，则自身组成一个小电网运行，实现企业发电与用电负荷的平衡。

附图2所示负荷分配控制***，由主负荷分配控制器和各机组的单元负荷分配控制器组成。

主负荷分配控制器：由主性能控制模块902和主负荷平衡模块903组成，主性能控制模块902监测频率偏差信号ΔF和功率偏差信号ΔP，计算输出值为ΔS_out，送给各机组的单元负荷分配控制器运算。

当电站发电量大于企业用电量时，要向外电网输送电量ΔP，即功率偏差值ΔP小于0，主性能控制模块902计算输出ΔS_out值小于0，要求各单元机组减少负荷，反之，当电站发电量小于企业用电量时，则要求各单元机组增加负荷，当以维持企业电站负荷供需平衡。

在孤立运行电站中，当电网频率大于设定频率(3000rpm)值时，即频率偏差ΔF小于0，主性能控制模块902计算输出ΔS_out值小于0，要求各单元机组减少出力，反之，当电网频率小于设定频率(3000rpm)值时，则要求各单元机组增加出力，以维持企业电站负荷供需平衡，确保孤网运行频率稳定。

主负荷平衡模块903接收各单元机组负荷平衡控制模块输出的负荷接近度信号d_i，计算平均负荷接近度d_avg，作为各单元机组负荷平衡计算的依据。

单元负荷分配控制器：主要由各机组的单元负荷平衡模块和单元调频控制模块组成。单元调频控制模块112计算调频控制信号f_i，使单元机组参与孤网运行调频控制，确保孤网频率稳定。单元负荷平衡模块111接收机组实际功率信号P_i和最大功率信号P_max，计算得到负荷接近度d_i。

主负荷分配控制器901计算负荷接近度平均值d_avg，单元负荷平衡模块111计算单元负荷分配修正系数A_i。负荷分配修正系数A_i用于修正各机组的性能控制指令ΔS_out和调频控制信号f_i。

当性能控制指令ΔS_out和调频控制信号f₁要求单元机组加负荷，即ΔS_out>0或f_i>0时，如果单元机组负荷接近度d_i大于平均负荷接近度d_avg时，表明该单元机组增负荷的空间相对大些，单元负荷分配修正系数输出大于1，以增大该单元机组的相对负荷出力。反之，当单元机组负荷接近度d_i小于平均负荷接近度d_avg时，表明该单元机组增负荷的空间相对小些，单元负荷分配修正系数输出小于1，以减小该单元机组的相对负荷出力。

当性能控制指令ΔS_out和调频控制信号f₁要求单元机组减负荷，即ΔS_out<0或f_i<0时，如果单元机组负荷接近度d_i小于平均负荷接近度d_avg时，表明该单元机组减负荷的空间相对大些，单元负荷分配修正系数输出大于1，以增强该单元机组的相对减负荷速度。反之，当单元机组负荷接近度d_i大于平均负荷接近度d_avg时，表明该单元机组减负荷的空间相对小些，单元负荷分配修正系数输出小于1，以减小该单元机组的相对减负荷速度。

单元负荷分配控制器最终计算汽轮机阀门控制指令U_outi输出控制汽轮机调节阀103实现汽轮机负荷(频率)控制，各单元机组通过单元负荷分配修正系数的调整，使各机组负荷接近度趋近相同，达到电站各机组同步分配负荷的目的，以及增强电站机组的调频能力。

本实施例还涉及一种汽轮机负荷分配控制方法，所述方法运用于多台汽轮发电机组组成的孤网运行模式或并外网运行模式的电站。结合附图3，该方法包括以下步骤：

(1)根据整个电站的频率偏差信号ΔF和功率偏差信号ΔP，计算输出性能控制指令ΔS_out。

在孤网运行模式下，根据频率偏差信号ΔF计算输出性能控制指令ΔSout；在并外网运行模式下，根据功率偏差信号ΔP计算输出性能控制指令ΔSout。

(2)计算每台机组的负荷接近度d_i，根据负荷接近度d_i计算负荷接近度平均值d_avg；根据负荷接近度d_i、负荷接近度平均值d_avg、实际功率信号P_i和最大功率信号P_max计算得到单元负荷分配修正系数A_i；

接收机组实际功率信号P_i和最大功率信号P_max，计算得到负荷接近度d_i：

d_i＝(1-P_i/P_max)。

单元负荷分配修正系数A_i的计算公式为：

(3)根据输出性能控制指令ΔS_out、单元负荷分配修正系数A_i、调频控制信号f_i以及DEH总阀位指令U_i，计算得到汽轮机阀门控制指令U_outi控制机组增减负荷，使发电负荷和用电负荷平衡。

汽轮机阀门控制指令U_outi的计算公式为：

U_outi＝∑(β_i·A_i·ΔS_out+G_i+k_i·A_i·f_i)，其中，β、k是常数，G是DEH总阀位指令。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (6)

1.一种汽轮机负荷分配控制方法，所述方法运用于多台汽轮发电机组组成的孤网运行模式或并外网运行模式的电站，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)根据整个电站的频率偏差信号ΔF和功率偏差信号ΔP，计算输出性能控制指令ΔS_out；

(2)计算每台机组的负荷接近度d_i，根据负荷接近度d_i计算负荷接近度平均值d_avg；根据负荷接近度d_i、负荷接近度平均值d_avg、实际功率信号P_i和最大功率信号P_max计算得到单元负荷分配修正系数A_i；

(3)根据输出性能控制指令ΔS_out、单元负荷分配修正系数A_i、调频控制信号f_i以及DEH总阀位指令U_i，计算得到汽轮机阀门控制指令U_outi控制机组增减负荷，使发电负荷和用电负荷平衡。

2.根据权利要求1所述的汽轮机负荷分配控制方法，其特征在于，在孤网运行模式下，根据频率偏差信号ΔF计算输出性能控制指令ΔS_out；在并外网运行模式下，根据功率偏差信号ΔP计算输出性能控制指令ΔS_out。

3.根据权利要求2所述的汽轮机负荷分配控制方法，其特征在于，所述计算负荷接近度d_i的方法为：接收机组实际功率信号P_i和最大功率信号P_max，计算得到负荷接近度d_i：

d_i＝(1-P_i/P_max)。

4.根据权利要求3所述的汽轮机负荷分配控制方法，其特征在于，单元负荷分配修正系数A_i的计算公式为：

5.根据权利要求4所述的汽轮机负荷分配控制方法，其特征在于，所述汽轮机阀门控制指令U_outi的计算公式为：

U_outi＝∑(β_i·A_i·ΔS_out+G_i+k_i·A_i·f_i)

其中，β、k是常数，G是DEH总阀位指令。

6.一种汽轮机负荷分配控制***，其特征在于，包括：主负荷分配控制器以及若干单元负荷分配控制器，所述主负荷分配控制器包括主性能控制模块和主负荷平衡模块，所述单元负荷分配控制器包含单元负荷平衡模块和单元调频控制模块；所述主性能控制模块监测频率偏差信号ΔF和功率偏差信号ΔP，计算输出性能控制指令ΔS_out给各机组的单元负荷分配控制器；所述单元负荷平衡模块与主负荷平衡模块计算负荷接近度d_i和平均负荷接近度d_avg，得到单元负荷分配修正系数A_i；单元调频控制模块计算调频控制信号f_i；所述单元负荷分配控制器计算得到汽轮机阀门控制指令U_outi控制汽轮发电机组增减负荷，使发电负荷和用电负荷平衡。