單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統及方法，包括運算控制器，運算控制器包括：機組負荷分別送入切換器和調節器的輸入引腳一，電網頻率通過調頻負荷計算函數后產生調頻目標負荷，切換器的輸出端與計算得到的調頻目標負荷分別送入加法器1的輸入端，加法器1的輸出端接入調節器的輸入引腳二，調節器輸出的調頻指令與TF工況下計算出的調頻指令通過加法器2后輸出；一次調頻動作指令送入切換器，一次調頻動作指令取反后送入調節器的輸入引腳三。本發明在電網頻率波動的情況下，能及時快速準確利用鍋爐的蓄熱能量進行調頻，大大提高了一次調頻的調頻精度及幅度。
【專利說明】單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及單元機組調頻領域，尤其涉及一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統及方法。
【背景技術】
[0002]在特高壓電網和大區電網互聯的新形勢下，各級電網聯系日漸緊密，高壓輸電線路受自然環境、氣候等的影響易發生故障而引起跳閘，甚至產生事故連鎖反應及大面積停電，網頻的波動同時威脅著電網的運行安全，這就對單元機組的一次調頻能力提出了更高的要求，電網和機組之間協調配合的要求也越來越高，機組的一次調頻功能成為穩定電網頻率的有效手段之一。
[0003]火電單元機組的基本運行方式有手動方式、爐跟機方式(BF)、機跟爐方式(TF)、協調控制方式(CCS)方式。其中，機跟爐方式(TF)主要應用在鍋爐的設備上有故障，必須由鍋爐來決定帶負荷能力大小的情況下，即鍋爐帶負荷能力有限，此時鍋爐在手動位置，汽輪機在自動位置，汽輪機自動調節閥門，以達到控制機前壓力在設定值的目的。
[0004]此種運行方式由于鍋爐燃料的輸送、燃燒及傳熱有較大的滯后，從而使機組輸出功率響應有較大的滯后，鍋爐調負荷，汽機調壓力，機組負荷的響應較慢，目前TF方式下工作的單元機組，調頻能力主要由DEH (汽輪機數字電液控制系統)來完成的，DHl側的一次調頻是開環控制，這就造成一次調頻整體上是開環控制，調頻精度及調頻幅度很難達到要求，同時CCS側的主蒸汽壓力調節回路也會對一次調頻有較大抑制作用，導致一次調頻不能正常動作，所以這種工作方式對電力系統的負荷控制和頻率調整是非常不利的。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了解決上述問題，提出了一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統及方法，該系統及方法使單元機組能夠在一次調頻動作期間利用鍋爐蓄熱，以閉環的方式對一次調頻進行調節，以穩定電網頻率的要求。
[0006]為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案:
[0007]—種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統，包括運算控制器，所述運算控制器的輸入端實時采集機組負荷、電網頻率以及機組一次調頻指令，運算控制器的輸出端連接到外部設備，實現對外部設備的有功調節。
[0008]所述運算控制器包括:切換器、調節器、調頻負荷計算函數、加法器I和加法器2。
[0009]機組負荷分別送入切換器和調節器的輸入引腳一，電網頻率通過調頻負荷計算函數計算后產生調頻目標負荷，切換器的輸出端與計算得到的調頻目標負荷分別送入加法器I的輸入端，加法器I的輸出端接入調節器的輸入引腳二，調節器輸出的調頻指令與TF工況下計算出的調頻指令通過加法器2后輸出。
[0010]一次調頻動作邏輯條件送入切換器，一次調頻動作邏輯條件經過邏輯取反模塊后送入調節器的輸入引腳三，調節器的輸入引腳四輸入跟蹤數值。[0011]所述調頻負荷計算函數按照《火力發電機組一次調頻試驗導則》進行設置。
[0012]當一次調頻不動作時，一次調頻動作邏輯條件為邏輯假，切換器的輸出為實時機組負荷。
[0013]當一次調頻動作時，一次調頻動作邏輯條件為邏輯真，切換器輸出保持當前機組負荷。
[0014]所述調節器的輸入引腳一為過程量的輸入值即機組負荷，調節器的輸入引腳二為設定值即調頻指令，調節器的輸入引腳三為跟蹤條件，調節器的輸入引腳四為跟蹤數值。
[0015]所述調節器輸入引腳四的跟蹤輸入值為零，當引腳三的輸入為邏輯真時，調節器的輸出等于調節器引腳四的跟蹤輸入值，即調節器輸出為零。
[0016]所述跟蹤條件為:
[0017]當調節器的輸入引腳三輸入邏輯真時，不滿足跟蹤條件，調節器輸出為零。
[0018]當調節器的輸入引腳三輸入邏輯假時，滿足跟蹤條件，調節器將輸入引腳一和輸入引腳二的數值通過PI計算后輸出調頻指令。
[0019]一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統的方法，包括:
[0020](I)當一次調頻不動作時，運算控制器實時采集電網負荷與電網頻率，電網頻率通過調頻負荷計算函數后結果為零，調節器輸出為零，運算控制器的輸出為TF工況下計算出的調頻指令。
[0021](2)當一次調頻動作時，切換器輸出保持當前機組負荷，電網頻率通過調頻負荷計算函數后產生一個調頻目標負荷，所述當前機組負荷與調頻目標負荷相加后送入調節器引腳一，實時機組負荷送入調節器引腳二，調節器內部通過PI計算輸出調頻指令，所述調頻指令與TF工況下計算出的調頻指令相加，輸出最終的調頻指令。
[0022]本發明的有益效果是:解決了單元機組在機跟爐方式(TF)方式下一次調頻的閉環調節，在電網頻率波動的情況下，能及時快速準確利用鍋爐的蓄熱能量進行調頻，大大提高了一次調頻的調頻精度及幅度，一定程度上提高了機組及電網的穩定性和安全性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明機跟爐方式下的一次調頻調節系統原理圖；
[0024]圖2為本發明機跟爐方式下的一次調頻調節方法流程圖；
[0025]圖3為本發明機跟爐方式下的一次調頻調節方法實施例。
【具體實施方式】:
[0026]下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明:
[0027]如圖1和圖2所示，一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統，包括運算控制器，運算控制器的輸入端實時采集機組負荷、電網頻率以及機組一次調頻指令，運算控制器的輸出端連接到外部設備，實現對外部設備的有功調節。
[0028]運算控制器包括:切換器、調節器、調頻負荷計算函數、加法器I和加法器2。
[0029]機組負荷分別送入切換器和調節器的輸入引腳一，電網頻率通過調頻負荷計算函數計算后產生調頻目標負荷，切換器的輸出端與計算得到的調頻目標負荷分別送入加法器I的輸入端，加法器I的輸出端接入調節器的輸入引腳二，調節器輸出的調頻指令與TF工況下計算出的調頻指令通過加法器2后輸出。
[0030]一次調頻動作邏輯條件送入切換器，一次調頻動作邏輯條件經過邏輯取反模塊后送入調節器的輸入引腳三，調節器的輸入引腳四輸入跟蹤數值。
[0031]當一次調頻不動作時，一次調頻動作邏輯條件為邏輯假，切換器的N端起作用，輸出為實時機組負荷。
[0032]當一次調頻動作時，一次調頻動作邏輯條件為邏輯真，切換器的Y端起作用，輸出保持當前機組負荷。
[0033]此系統基于分散控制系統設計，其DCS版本為:0VAT10N3.04，模擬量采集卡件為:大卡1C31224G01，小卡1C31227G01 ;模擬量輸出卡件為:大卡1C31129G03,小卡1C31132G01，運算器型號:DPU5X00247G01。
[0034]調節器屬于運算器DPU5X00247G01內置PID調節器，調節器的輸入引腳一為過程量的輸入值即機組負荷，調節器的輸入引腳二為設定值即調頻指令，調節器的輸入引腳三為跟蹤條件，調節器的輸入引腳四為跟蹤數值，跟蹤輸入值為零，當引腳三的輸入為邏輯真時，調節器的輸出等于調節器引腳四的跟蹤輸入值，即調節器輸出為零。
[0035]具體工作過程如下:
[0036]運算控制器實時采集電網負荷與電網頻率，機組負荷送入調節器的輸入引腳一。
[0037](I)當一次調頻不動作時，機組負荷同時通過切換器、加法器I送入到調節器的輸入引腳二，由于一次調頻不動作，所以電網頻率通過函數運算后為零，即此時進入調節器的輸入引腳一的數值為機組負荷。同時，一次調頻不動作邏輯條件取反后，變為邏輯真輸入到調節器輸入引腳三，因此，調節器的輸出等于調節器引腳四的跟蹤輸入值，即調節器輸出為零，加法器2的輸出為TF工況下計算出的指令。
[0038](2)當一次調頻動作時，切換器保持當前機組負荷，電網頻率通過函數運算后產生一個調頻目標負荷，它與當前機組負荷通過加法器I相加，產生機組的目標負荷，送入到調節器的輸入引腳二，實時機組負荷送入調節器引腳二，此時調節器根據引腳一和引腳二的輸入數值進行PI (比例積分)計算，通過計算輸出一個調頻指令，此指令與TF工況下計算出的指令通過加法器2相加，輸出到外部設備進行調節。
[0039]以電網頻率下降，一次調頻調節機組負荷上升的過程為例進行說明。
[0040]一次調頻在(50±0.033Hz)內是不動作的，超過這個范圍一次調頻動作，在圖3中，tl時刻，電網頻率低于49.967Hz，一次調頻動作，假設此時機組負荷為PO，在tl-t2時間內，假設機組實時負荷為Pt，電網頻率通過圖1的函數f(x)實時計算調頻負荷為Nt(Nt>0)，則圖1中加法器I的輸出值為ΡΟ+Nt，作為調節器引腳二的輸入，調節器引腳一的輸入則為Pt。在tl-t2時間內，圖1中調節器根據引腳一和引腳二的輸入進行計算產生一個大于零的調節指令，調節指令與TF工況計算出的指令通過加法器2相加產生一個輸出指令，輸出指令去增大調門，隨著調門增大，機組功率也隨著增大。
[0041]上述雖然結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統，其特征是，包括運算控制器，所述運算控制器的輸入端實時采集機組負荷、電網頻率以及機組一次調頻指令，運算控制器的輸出端連接到外部設備，實現對外部設備的有功調節； 所述運算控制器包括:切換器、調節器、調頻負荷計算函數、加法器I和加法器2 ； 機組負荷分別送入切換器和調節器的輸入引腳一，電網頻率通過調頻負荷計算函數計算后產生調頻目標負荷，切換器的輸出端與計算得到的調頻目標負荷分別送入加法器I的輸入端，加法器I的輸出端接入調節器的輸入引腳二，調節器輸出的調頻指令與TF工況下計算出的調頻指令通過加法器2后輸出； 一次調頻動作邏輯條件送入切換器，一次調頻動作邏輯條件經過邏輯取反模塊后送入調節器的輸入引腳三，調節器的輸入引腳四輸入跟蹤數值。
2.如權利要求1所述的一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統，其特征是，所述調頻負荷計算函數按照《火力發電機組一次調頻試驗導則》進行設置。
3.如權利要求1所述的一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統，其特征是， 當一次調頻不動作時，一次調頻動作邏輯條件為邏輯假，切換器的輸出為實時機組負荷； 當一次調頻動作時，一次調頻動作邏輯條件為邏輯真，切換器輸出保持當前機組負荷。
4.如權利要求1所述的一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統的方法，其特征是，所述調節器的輸入引腳一為過程量的輸入值即機組負荷，調節器的輸入引腳二為設定值即調頻指令，調節器的輸入引腳三為跟蹤條件，調節器的輸入引腳四為跟蹤數值。
5.如權利要求4所述的一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統的方法，其特征是，所述調節器輸入引腳四的跟蹤輸入值為零，當引腳三的輸入為邏輯真時，調節器的輸出等于調節器引腳四的跟蹤輸入值，即調節器輸出為零。
6.如權利要求4所述的一種單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統的方法，其特征是，所述跟蹤條件為: 當調節器的輸入引腳三輸入邏輯真時，不滿足跟蹤條件，調節器輸出為零； 當調節器的輸入引腳三輸入邏輯假時，滿足跟蹤條件，調節器將輸入引腳一和輸入引腳二的數值通過PI計算后輸出調頻指令。
7.—種如權利要求1所述的單元機組機跟爐方式下的一次調頻調節系統的方法，其特征是，包括: (1)當一次調頻不動作時，運算控制器實時采集電網負荷與電網頻率，電網頻率通過調頻負荷計算函數后結果為零，調節器輸出為零，運算控制器的輸出為TF工況下計算出的調頻指令； (2)當一次調頻動作時，切換器輸出保持當前機組負荷，電網頻率通過調頻負荷計算函數后產生一個調頻目標負荷，所述當前機組負荷與調頻目標負荷相加后送入調節器引腳一，實時機組負荷送入調節器引腳二，調節器內部通過PI計算輸出調頻指令，所述調頻指令與TF工況下計算出的調頻指令相加，輸出最終的調頻指令。
【文檔編號】H02J3/00GK103779862SQ201410049271
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年2月12日 優先權日:2014年2月12日
【發明者】龐向坤, 孟祥榮, 韓英昆, 于慶斌, 高嵩, 李克雷, 林波 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司電力科學研究院