CN110943482A - 一种基于双电能转换器的火电厂调频辅助装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双电能转换器的火电厂调频辅助装置，涉及火力发电技术领域，包括厂用发电机、厂用汽轮机、进汽调节阀门、主汽轮发电机组、主变压器、第一电能转换器，第二电能转换器。第一电能转换器、第二电能转换器控制电能在不同连接端的电气***之间流动，可以各自独立地分别控制输送电能的大小和输送电能的流动方向。同时本发明还公开了一种基于双电能转换器的火电厂调频辅助控制方法。本发明灵敏、快速、高效，可以进一步提高节能水平，提高火力发电厂的一次调频、自动发电控制的调节性能和能量利用效率。

Description

一种基于双电能转换器的火电厂调频辅助装置及控制方法

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，尤其涉及一种基于双电能转换器的火电厂调频辅助装置及控制方法。

背景技术

火力发电厂为了降低成本、节能减排，积极挖掘内部潜力，千方百计地降低厂用电率、提高发电厂的经济性。建设厂用发电机组，供电给厂用负荷或其他设备就是目前已经实施的一项节能技术。

厂用发电机组进汽调节阀门在运行中存在一定的节流损失，原因主要来自于几方面：厂用发电机组汽源本身的设计余量、运行方式的调整、出于运行安全考虑或调节裕度的需要，这使得厂用发电机组的进汽调节阀门常常处于节流状态。

另外，并网火力发电厂根据有关规定提供辅助服务，其中包括一次调频和自动发电控制等调频服务。

一次调频是指电网的频率一旦偏离额定值时，电网中机组的控制***就自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程。当电网频率升高时，一次调频功能要求机组利用其蓄热等手段快速减负荷，反之，机组快速增负荷。一次调频的考核指标一般包括正确动作率和性能指标等。

自动发电控制是指发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电力调度指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力***频率和联络线功率控制要求的服务。自动发电控制的考核指标一般包括响应时间、调节速率、调节精度等。

火力发电厂一次调频、自动发电控制通过热工控制作用于热力***，存在较大的响应死区或调节死区，响应时间较长，一般可达数十秒，响应速度或调节速率较慢，而且能量转换和利用效率相对不高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种灵敏、快速、高效的火力发电厂基于节能技术辅助调频的装置及控制方法，以减少厂用发电机组节流损失、进一步提高节能效果，同时提高火力发电厂一次调频和自动发电控制的性能及考核指标、减少能量损失、提高能量利用效率。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是减少厂用发电机组节流损失、进一步提高节能效果，基于厂用发电机组节能技术和一次调频、自动发电控制利用热力***进行调频的响应速度或调节速率较慢、能量转换和利用效率相对不高等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于双电能转换器的火电厂调频辅助装置，包括：厂用发电机、厂用汽轮机、主汽轮发电机组、主变压器、第一电能转换器、第二电能转换器；

所述厂用发电机与第一母线电连接；所述厂用汽轮机驱动所述厂用发电机发电；

所述主汽轮发电机组依次通过所述主变压器、主开关与第一工频电网电连接；

所述主汽轮发电机组与所述主变压器的共端通过所述第一电能转换器与所述第一母线电连接；

所述第一母线通过所述第二电能转换器与第二母线电连接，所述第二母线与第二工频电网电连接；

所述第一电能转换器和所述第二电能转换器分别控制或同时控制输送电能的大小和/或流动方向。

进一步地，所述厂用汽轮机上设置有进汽调节阀门，用于控制所述厂用汽轮机的进汽量。

进一步地，所述第一电能转换器与所述主汽轮发电机组及所述主变压器的共端之间、所述第一电能转换器与所述第一母线之间、所述厂用汽轮机与所述第一母线之间、所述第二电能转换器与所述第一母线之间、所述第二电能转换器与所述第二母线之间、所述第二工频电网与所述第二母线之间均设置有控制电路连接或断开的配电装置。

进一步地，所述第一电能转换器与所述主汽轮发电机组及所述主变压器的共端之间、所述第一电能转换器与所述第一母线之间、所述第二电能转换器与所述第二母线之间、所述第二电能转换器与所述第一母线之间均设置有变压器。

进一步地，所述厂用发电机为同步发电机或非同步发电机。

进一步地，所述非同步发电机为异步发电机或变频运行的同步发电机。

进一步地，所述第一电能转换器包括串联的第一电能转换器第一子装置和第一电能转换器第二子装置。

进一步地，所述第一电能转换器第一子装置和所述第一电能转换器第二子装置的共端与储能设备电连接。

进一步地，所述储能设备为化学储能装置和/或电磁储能装置。

本发明还提供了一种基于双电能转换器的火电厂调频辅助装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、提高进汽调节阀门的开度，使厂用发电机产生富余电能；

步骤二、控制第二电能转换器，将所述富余电能输送至第二母线；

步骤三、接收主汽轮发电机组的辅助调频指令，控制第一电能转换器的输送功率和/或输送电能的方向，以辅助所述主汽轮发电机组调频；

步骤四、在步骤三的基础上控制储能设备储存或释放能量，以辅助所述主汽轮发电机组调频；

步骤五、在所述步骤四的基础上通过控制所述进汽调节阀门的开度，和/或控制所述第二电能转换器的输送功率和/或输送电能的方向，以辅助所述主汽轮发电机组调频。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：

(1)厂用汽轮机进汽调节阀门开度增大，可减小节流损失、提高厂用汽轮机运行效率；

(2)第一电能转换器的响应时间快、能量转换和利用效率高，可减少主汽轮发电机组的一次调频或自动发电控制的频次、时间或深度，减少主汽轮发电机组的热力***波动及其造成的能量损失；

(3)对第一电能转换器、储能设备、进汽调节阀门进行联合控制，可以提高一次调频、自动发电控制的调节深度或调节范围等性能；

(4)调节精度高，即响应死区或调节死区小，可对收到的辅助调频指令做出灵敏响应。

因此，本发明灵敏、快速、高效，可以减少厂用汽轮机的节流损失，提高机组一次调频、自动发电控制的调节性能，提高主汽轮发电机组的热力性能，提高节能效果和能量利用效率。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的示意图。

其中，1-厂用发电机，101-第一配电装置，2-厂用汽轮机，201-进汽调节阀门，3-第一电能转换器，31-第一电能转换器第一子装置，32-第一电能转换器第二子装置， 301-第二配电装置，302-第三配电装置，41-第一变压器，42-第二变压器，43-第三变压器，44-第四变压器，5-主汽轮发电机组，6-主变压器，71-第一工频电网，701-主开关，72-第二工频电网，702-第四配电装置，8-第二电能转换器，801-第五配电装置， 802-第六配电装置，9-负荷，901-第七配电装置，10-第一母线，11-第二母线，12-储能设备。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例一：

一种火电厂基于节能技术辅助调频的装置，包括厂用发电机1，厂用发电机1通过控制电路连接或断开的第一配电装置101电连接第一母线10，第一母线10通过控制电路连接或断开的第七配电装置901电连接负荷9，以及驱动厂用发电机1发电的厂用汽轮机2，控制所述厂用汽轮机2进汽量大小的进汽调节阀门201；还包括主汽轮发电机组5、主变压器6，主变压器6通过主开关701与第一工频电网71电连接；还包括第一电能转换器3和第二电能转换器8，第一电能转换器3顺序通过第一变压器 41、控制电路连接或断开的第二配电装置301与第一母线10电连接，第一电能转换器 3顺序通过控制电路连接或断开的第三配电装置302、第二变压器42与主汽轮发电机组5以及主变压器6的共端电连接，第二电能转换器8顺序通过第三变压器43、控制电路连接或断开的第五配电装置801与第一母线10电连接，第二电能转换器8顺序通过第四变压器44、控制电路连接或断开的第六配电装置802与第二母线11电连接，第二母线11通过控制电路连接或断开的第四配电装置702与第二工频电网72电连接。第一电能转换器3、第二电能转换器8控制电能在不同连接端的电气***之间流动。

第一电能转换器3、第二电能转换器8可分别控制输送电能的大小和/或输送电能的流动方向，也可以控制各自的输送电能大小和/或输送电能的流动方向。

辅助主汽轮发电机组5调频包括辅助主汽轮发电机组5进行一次调频或自动发电控制。

本实施例的控制方法：

第一步，提高进汽调节阀门201的开度，通过调整第二电能转换器8的输送功率，将第一母线10上来自厂用发电机1的由于进汽调节阀门201开度增加而产生的富余电能经过第二电能转换器8供给第二母线11。

第二步，通过控制第一电能转换器3，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。

1、第一电能转换器3工作处于待机状态时，在接收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3转入工作：进入通过控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，第一电能转换器3增加向第二变压器42输送的功率；

2、第一电能转换器3工作处于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态时，在收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5 输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3增加向第二变压器42输送的功率；

3、第一电能转换器3处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态时，在收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3减少向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率，或者控制第一电能转换器3的输送电能方向：由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，增加第一电能转换器3向第二变压器42输送的功率。

4、第一电能转换器3处于待机状态，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3转入工作状态：由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，增加第一电能转换器3向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率；

5、第一电能转换器3处于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态时，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3减少向第二变压器42输送的功率，或控制第一电能转换器3处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置 301输送电能的状态，增加第一电能转换器3向控制电路连接或断开的第二配电装置 301输送的功率；

6、第一电能转换器3处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态时，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3增加向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率。

实施例二：

本实施例与实施例一区别之处在于：

如图1所示，第一电能转换器3由第一电能转换器第一子装置31和第一电能转换器第二子装置32构成，第一电能转换器第一子装置31和第一电能转换器第二子装置 32之间电连接储能设备12。

储能设备12可以是化学储能装置：如铅酸电池、氧化还原液流电池、钠硫电池、锂离子电池等和/或电磁储能装置：可以是电磁储能，如超导电磁储能装置、超级电容器储能装置等。

针对上述第二步的控制方法，可以通过同时控制储能设备12储存或释放所储能量以及第一电能转换器第一子装置31和第一电能转换器第二子装置32，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。

1、第一电能转换器3工作于待机状态，在收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3转入工作于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，第一电能转换器3增加向第二变压器42输送的功率、储能设备12释放能量；

2、第一电能转换器3工作于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，在收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3增加向第二变压器42输送的功率、储能设备12释放能量；

3、第一电能转换器3工作于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，在收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3减少向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率、储能设备12释放能量，或控制第一电能转换器3处于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，第一电能转换器3增加向第二变压器42输送的功率、储能设备12释放能量。

4、第一电能转换器3处于待机状态，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3转入处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，第一电能转换器3 增加向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率、储能设备12吸收能量；

5、第一电能转换器3处于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3减少向第二变压器42输送的功率、储能设备12吸收能量，或控制第一电能转换器3工作于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，第一电能转换器3增加向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率、储能设备12吸收能量；

6、第一电能转换器3处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，此时收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令时，第一电能转换器3增加向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率、储能设备12吸收能量。

实施例三

本实施例与实施例一区别之处在于：

针对上述第二步的控制方法，可以通过同时控制进汽调节阀门201的开度，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。

1、第一电能转换器3处于待机状态，在收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3转入处于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，第一电能转换器3 增加向第二变压器42输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度；

2、第一电能转换器3处于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，在收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3增加向第二变压器42输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度；

3、第一电能转换器3处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，在收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3减少向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度，或控制第一电能转换器3工作于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，第一电能转换器3增加向第二变压器42输送的功率、增加进汽调节阀门201的开度。

4、第一电能转换器3处于待机状态，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3转入处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，第一电能转换器3 增加向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率、减小进汽调节阀门201 的开度；

5、第一电能转换器3处于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3减少向第二变压器42输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度，或控制第一电能转换器3工作于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，第一电能转换器3增加向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度；

6、第一电能转换器3处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3增加向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率、减小进汽调节阀门201的开度。

实施例四

本实施例与实施例一区别之处在于：

针对上述第二步的控制方法，可以通过同时控制第二电能转换器8，以辅助主汽轮发电机组5进行调频。

1、第一电能转换器3处于待机状态，在收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3转入由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，增加第一电能转换器3 向第二变压器42输送的电能，同时减少第二电能转换器8向第二母线11输送的功率；

2、第一电能转换器3处于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，在接收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，增加第一电能转换器3向第二变压器42输送的电能，同时减少第二电能转换器8向第二母线11输送的功率；

3、第一电能转换器3处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，在收到主汽轮发电机组5需要增加主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3减少向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的功率，第二电能转换器8减少向第二母线11输送的电能，或控制第一电能转换器3工作于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42 输送电能的状态，第一电能转换器3增加向第二变压器42输送的电能，第二电能转换器8减少向第二母线11输送的功率。

4、第一电能转换器3处于待机状态，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3转入处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，第一电能转换器3 增加向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的电能，第二电能转换器8增加向第二母线11输送的功率；

5、第一电能转换器3处于由控制电路连接或断开的第二配电装置301向第二变压器42输送电能的状态，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3减少向第二变压器42输送的电能、第二电能转换器8增加向第二母线11输送的功率能，或控制第一电能转换器3处于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，第一电能转换器3增加向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的电能，第二电能转换器8 增加向第二母线11输送的功率；

6、第一电能转换器3工作于由第二变压器42向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送电能的状态，在收到主汽轮发电机组5需要减少主汽轮发电机组5输出功率而发出的辅助调频指令后，第一电能转换器3增加向控制电路连接或断开的第二配电装置301输送的电能，第二电能转换器8增加向第二母线11输送的功率。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于双电能转换器的火电厂调频辅助装置，其特征在于，包括：厂用发电机、厂用汽轮机、主汽轮发电机组、主变压器、第一电能转换器、第二电能转换器；

所述厂用发电机与第一母线电连接；所述厂用汽轮机驱动所述厂用发电机发电；

所述主汽轮发电机组依次通过所述主变压器、主开关与第一工频电网电连接；

所述主汽轮发电机组与所述主变压器的共端通过所述第一电能转换器与所述第一母线电连接；

所述第一母线通过所述第二电能转换器与第二母线电连接，所述第二母线与第二工频电网电连接；

所述第一电能转换器和所述第二电能转换器分别控制或同时控制输送电能的大小和/或流动方向。

2.如权利要求1所述的火电厂调频辅助装置，其特征在于，所述厂用汽轮机上设置有进汽调节阀门，用于控制所述厂用汽轮机的进汽量。

3.如权利要求1所述的火电厂调频辅助装置，其特征在于，所述第一电能转换器与所述主汽轮发电机组及所述主变压器的共端之间、所述第一电能转换器与所述第一母线之间、所述厂用汽轮机与所述第一母线之间、所述第二电能转换器与所述第一母线之间、所述第二电能转换器与所述第二母线之间、所述第二工频电网与所述第二母线之间均设置有控制电路连接或断开的配电装置。

4.如权利要求1所述的火电厂调频辅助装置，其特征在于，所述第一电能转换器与所述主汽轮发电机组及所述主变压器的共端之间、所述第一电能转换器与所述第一母线之间、所述第二电能转换器与所述第二母线之间、所述第二电能转换器与所述第一母线之间均设置有变压器。

5.如权利要求1所述的火电厂调频辅助装置，其特征在于，所述厂用发电机为同步发电机或非同步发电机。

6.如权利要求5所述的火电厂调频辅助装置，其特征在于，所述非同步发电机为异步发电机或变频运行的同步发电机。

7.如权利要求1所述的火电厂调频辅助装置，其特征在于，所述第一电能转换器包括串联的第一电能转换器第一子装置和第一电能转换器第二子装置。

8.如权利要求7所述的火电厂调频辅助装置，其特征在于，所述第一电能转换器第一子装置和所述第一电能转换器第二子装置的共端与储能设备电连接。

9.如权利要求8所述的火电厂调频辅助装置，其特征在于，所述储能设备为化学储能装置和/或电磁储能装置。

10.一种基于双电能转换器的火电厂调频辅助装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、提高进汽调节阀门的开度，使厂用发电机产生富余电能；

步骤二、控制第二电能转换器，将所述富余电能输送至第二母线；

步骤三、接收主汽轮发电机组的辅助调频指令，控制第一电能转换器的输送功率和/或输送电能的方向，以辅助所述主汽轮发电机组调频；

步骤四、在所述步骤三的基础上控制储能设备储存或释放能量，以辅助所述主汽轮发电机组调频；

步骤五、在所述步骤四的基础上通过控制所述进汽调节阀门的开度，和/或控制所述第二电能转换器的输送功率和/或输送电能的方向，以辅助所述主汽轮发电机组调频。

Images