專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電網(wǎng)在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的火力發(fā)電機(jī)組控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種火力發(fā)電機(jī)組的控制方法，尤其是涉及ー種電網(wǎng)在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的火力發(fā)電機(jī)組的控制方法。
背景技術(shù)：
在電網(wǎng)運(yùn)行中，由于系統(tǒng)振蕩、自然災(zāi)害、電氣開(kāi)關(guān)誤動(dòng)或故障等引發(fā)下導(dǎo)致線(xiàn)路部分跳開(kāi)，形成部分電源點(diǎn)帶區(qū)域電網(wǎng)運(yùn)行。此時(shí)，片區(qū)電網(wǎng)也稱(chēng)作孤網(wǎng)，孤網(wǎng)內(nèi)電網(wǎng)頻率、 機(jī)組運(yùn)行エ況大幅波動(dòng)。在這種情況下，現(xiàn)有一次調(diào)頻控制對(duì)孤網(wǎng)的貢獻(xiàn)已是微不足道了， 一般都是依靠機(jī)組超速保護(hù)手段來(lái)大幅減小汽輪機(jī)出力以快速穩(wěn)定孤網(wǎng)的頻率。在電網(wǎng)發(fā)生故障吋，具有部分電源點(diǎn)的區(qū)域電網(wǎng)與主網(wǎng)解列進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)頻率波動(dòng)劇烈，導(dǎo)致汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大幅波動(dòng)，甚至可使機(jī)組超速保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組功率快速降低，從而使得區(qū)域電網(wǎng)功率、頻率不穩(wěn)定，最終有可能使得區(qū)域電網(wǎng)崩潰，發(fā)生大面積停電事故。以往電網(wǎng)內(nèi)絕大多數(shù)火電機(jī)組的超速保護(hù)都設(shè)置在3090轉(zhuǎn)/分鐘，在電網(wǎng)瓦解進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，如果孤網(wǎng)頻率超過(guò)3090轉(zhuǎn)/分鐘對(duì)應(yīng)的51. 5Hz吋，所有機(jī)組超速保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，這種控制極易使頻率大幅振蕩。目前，為對(duì)付孤網(wǎng)運(yùn)行的特殊エ況，有部分地區(qū)開(kāi)展了機(jī)組超速保護(hù)分級(jí)控制的策略，既對(duì)大電網(wǎng)分成若干片區(qū)，在片區(qū)內(nèi)根據(jù)機(jī)組容量的不同、在電網(wǎng)中的重要性不同進(jìn)行超速保護(hù)的分級(jí)，部分機(jī)組超速保護(hù)降低至3060轉(zhuǎn)/ 分鐘、部分機(jī)組超速保護(hù)升高至3120轉(zhuǎn)/分鐘等。但即使采用這種控制策略，在孤網(wǎng)頻率未達(dá)到3060轉(zhuǎn)/分鐘對(duì)應(yīng)的51Hz吋，孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組沒(méi)有發(fā)揮快速調(diào)節(jié)負(fù)荷穩(wěn)定網(wǎng)頻作用，在達(dá)到機(jī)組超速保護(hù)動(dòng)作值時(shí)對(duì)機(jī)組和孤網(wǎng)也會(huì)有很大的沖擊。一次調(diào)頻是指電網(wǎng)內(nèi)并列運(yùn)行機(jī)組按照自身的靜態(tài)特性自動(dòng)分配負(fù)荷，在電網(wǎng)的調(diào)整中，一次調(diào)頻可以認(rèn)為是暫時(shí)的，在電網(wǎng)負(fù)載變化后二次調(diào)頻還來(lái)不及充分保證電網(wǎng)有功功率的供求平衡，暫時(shí)由一次調(diào)頻來(lái)保證電網(wǎng)頻率變化不致過(guò)大而造成嚴(yán)重后果。一次調(diào)頻死區(qū)和限幅通常的設(shè)置如圖1，死區(qū)設(shè)置為士2r/min，不等率為5%，一般負(fù)荷變動(dòng)限制在6% 10%的額定負(fù)荷，火電機(jī)組額定負(fù)荷在200MW以下的幅度為10%，200MW 500MW 之間的幅度為8%，500MW以上的幅度為6%。DEH調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)原理見(jiàn)圖2，一次調(diào)頻量疊加在機(jī)組給定上做為汽輪機(jī)調(diào)門(mén)的開(kāi)度，機(jī)組轉(zhuǎn)速與3000r/min的轉(zhuǎn)速差對(duì)應(yīng)的負(fù)荷或調(diào)門(mén)開(kāi)度以差值函數(shù)的形式成為DEH中的ー個(gè)模塊。在電網(wǎng)頻率波動(dòng)的時(shí)候，機(jī)組自動(dòng)地根據(jù)自身一次調(diào)頻特性進(jìn)行負(fù)荷的調(diào)整以減小頻率的偏差，同時(shí)再根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的指令進(jìn)行二次調(diào)頻維持電網(wǎng)的穩(wěn)定。但是，當(dāng)電網(wǎng)進(jìn)入孤網(wǎng)狀況運(yùn)行時(shí)現(xiàn)有的控制策略無(wú)法抵御電網(wǎng)頻率的劇烈波動(dòng)?，F(xiàn)代電網(wǎng)規(guī)模日益擴(kuò)大，同時(shí)電網(wǎng)面臨的風(fēng)險(xiǎn)和故障造成的損失也在増大，如 2008年1月我國(guó)浙江、湖南、貴州等省的電網(wǎng)覆冰事故就造成大面積的停電和部分地區(qū)的孤網(wǎng)運(yùn)行，給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的損失。還有，目前我國(guó)多種新能源尤其是風(fēng)電快速發(fā)展，在西部地區(qū)內(nèi)蒙古風(fēng)電裝機(jī)容量2009年累計(jì)9196. 16MW，2010年累計(jì)13858. 01MW，風(fēng)電發(fā)電量占全部發(fā)電量已超過(guò)10%， 在甘肅2009年累計(jì)1187. 95MW, 2010年累計(jì)4943. 95MW。沿海省份也在大力發(fā)展海上風(fēng)電， 按照國(guó)家能源局的新能源規(guī)劃，我國(guó)10年、20年內(nèi)風(fēng)電仍將保持快速發(fā)展的勢(shì)頭，風(fēng)電裝機(jī)容量在部分地區(qū)占總裝機(jī)容量的比例還會(huì)上升。但最近不斷發(fā)生風(fēng)電機(jī)組大規(guī)模脫網(wǎng)事故，如4月17日，甘肅瓜州協(xié)合風(fēng)電公司干河口西第二風(fēng)電場(chǎng)一個(gè)箱變高壓側(cè)電纜頭擊穿，引起系列反應(yīng)，造成15個(gè)風(fēng)電場(chǎng)702臺(tái)機(jī)組脫網(wǎng)，損失出力占事故前酒泉地區(qū)風(fēng)電出力的54. 17%。4月25日，酒泉風(fēng)電基地發(fā)生事故，上千臺(tái)風(fēng)機(jī)脫網(wǎng)，損失風(fēng)電出力153. 5萬(wàn)千瓦。如此大規(guī)模風(fēng)電機(jī)組集中脫網(wǎng)，導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)電壓、頻率大幅度波動(dòng)。直接威脅到電カ系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至導(dǎo)致電網(wǎng)瓦解形成多個(gè)孤網(wǎng)運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，就是提供一種電網(wǎng)在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的火力發(fā)電機(jī)組控制方法，其可在電網(wǎng)進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)盡快減小電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，在短時(shí)間內(nèi)充分利用火電機(jī)組的蓄熱和自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，避免事故的進(jìn)ー步擴(kuò)大。解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為
一種電網(wǎng)在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的火力發(fā)電機(jī)組控制方法，包括以下步驟
1)在進(jìn)入孤網(wǎng)的瞬間，根據(jù)檢測(cè)的轉(zhuǎn)子速度計(jì)算轉(zhuǎn)子加速度，換算成相應(yīng)的調(diào)門(mén)動(dòng)作量疊加在機(jī)組給定上；
2)對(duì)孤網(wǎng)進(jìn)行分級(jí)，當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)在士60轉(zhuǎn)/分鐘之內(nèi)時(shí)(含60轉(zhuǎn)/分鐘)，采用改進(jìn)的一次調(diào)頻分級(jí)控制策略；當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)超過(guò)士60轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，采用高頻時(shí)機(jī)組超速保護(hù)分級(jí)動(dòng)作根據(jù)孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組預(yù)先設(shè)定好的分級(jí)方案先后動(dòng)作，低頻時(shí)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的減載方案切電網(wǎng)負(fù)荷；
步驟1)中所述的換算為在DEH控制中疊加ー個(gè)轉(zhuǎn)子加速度對(duì)應(yīng)調(diào)門(mén)開(kāi)度的插值函數(shù)模塊于機(jī)組給定中；
步驟2)中所述的改進(jìn)的一次調(diào)頻分級(jí)方案為在原來(lái)llr/min 60r/min的控制盲區(qū)増加了 15r/min 60r/min的一次調(diào)頻控制，在増加區(qū)域內(nèi)保持5%的不等率。有益效果根據(jù)孤網(wǎng)的特點(diǎn)，本方案通過(guò)對(duì)孤網(wǎng)頻率波動(dòng)進(jìn)行分級(jí)的考慮，進(jìn)而在控制策略上采取一次調(diào)頻分級(jí)控制的策略，可以達(dá)到加快孤網(wǎng)穩(wěn)定的作用。


圖1為現(xiàn)有的一次調(diào)頻死區(qū)和限幅通常的設(shè)置示意圖； 圖2為現(xiàn)有的DEH調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)原理圖3為改進(jìn)后的一次調(diào)頻控制示意圖； 圖4為汽輪機(jī)組轉(zhuǎn)子加速度示意圖； 圖5為轉(zhuǎn)子加速度與調(diào)門(mén)調(diào)節(jié)量關(guān)系圖； 圖6為改進(jìn)后的DEH調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)原理圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的電網(wǎng)在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的火力發(fā)電機(jī)組控制方法實(shí)施例，包括以下步驟
1)在進(jìn)入孤網(wǎng)的瞬間，根據(jù)檢測(cè)的轉(zhuǎn)子速度計(jì)算轉(zhuǎn)子加速度，換算成相應(yīng)的調(diào)門(mén)動(dòng)作量疊加在機(jī)組給定上；
2)對(duì)孤網(wǎng)進(jìn)行分級(jí)，當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)在士60轉(zhuǎn)/分鐘之內(nèi)時(shí)，采用改進(jìn)的一次調(diào)頻分級(jí)控制策略；當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)超過(guò)士60轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，采用高頻時(shí)機(jī)組超速保護(hù)分級(jí)動(dòng)作 根據(jù)孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組預(yù)先設(shè)定好的分級(jí)方案先后動(dòng)作，低頻時(shí)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的減載方案切電網(wǎng)負(fù)荷；。步驟1)中所述的換算為在DEH控制中疊加ー個(gè)轉(zhuǎn)子加速度對(duì)應(yīng)調(diào)門(mén)開(kāi)度的插值函數(shù)模塊于機(jī)組給定中。步驟2)中所述的改進(jìn)的一次調(diào)頻分級(jí)方案為在原來(lái)llr/min 60r/min的控制盲區(qū)増加了 15r/min 60r/min的一次調(diào)頻控制，在増加區(qū)域內(nèi)保持5%的不等率。詳細(xì)說(shuō)明如下
首先，對(duì)孤網(wǎng)進(jìn)行分級(jí)，當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)超過(guò)士60轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，認(rèn)為孤網(wǎng)進(jìn)入劇烈程度，采用高頻時(shí)機(jī)組超速保護(hù)分級(jí)動(dòng)作，根據(jù)孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組預(yù)先設(shè)定好的分級(jí)方案先后動(dòng)作、 高頻切機(jī)和低頻減載的策略；當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)在士60轉(zhuǎn)/分鐘之內(nèi)吋，認(rèn)為孤網(wǎng)進(jìn)入中等程度，這時(shí)機(jī)組超速保護(hù)達(dá)不到動(dòng)作的條件，為快速穩(wěn)定電網(wǎng)頻率，采用一次調(diào)頻分級(jí)控制策略。一次調(diào)頻分級(jí)控制策略就是在原有一次調(diào)頻基礎(chǔ)上擴(kuò)大一次調(diào)頻的作用范圍，根據(jù)孤網(wǎng)的分級(jí)在原來(lái)llr/min 60r/min的控制盲區(qū)增加了 15r/min 60r/min的一次調(diào)頻控制，在増加區(qū)域內(nèi)保持5%的不等率。參見(jiàn)圖3:
為了加強(qiáng)機(jī)組的控制，利用機(jī)組在進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行的瞬間汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子加速度的變化進(jìn)行預(yù)估控制。汽輪發(fā)電機(jī)組剛性轉(zhuǎn)子繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程為
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式丨丨丨W為作丨丨J作轉(zhuǎn)J'·丨·.的た川.+ι':，Σ#, 為各項(xiàng)叫.力).+丨‘:之和，Jkf為汽輪機(jī)驅(qū)
動(dòng)カ矩，J為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，β和為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的角度和角速度，^就是轉(zhuǎn)子的加速/又。當(dāng)電網(wǎng)在進(jìn)入孤網(wǎng)的時(shí)候，孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組發(fā)出的功率與負(fù)載不平衡，使得轉(zhuǎn)子出現(xiàn)加速度，而且隨著功率和負(fù)載不平衡的大小加速度也隨線(xiàn)性變化，在機(jī)組達(dá)到平衡エ況的最高轉(zhuǎn)速也同樣變化，見(jiàn)圖4:在不同力矩差作用下轉(zhuǎn)子產(chǎn)生不同的加速度も>ち>^，穩(wěn)定時(shí)達(dá)到的最高網(wǎng)頻f3>f2>f\。利用機(jī)組轉(zhuǎn)子加速度這個(gè)特性，可以在進(jìn)入孤網(wǎng)的瞬間，其它控制策略尚未起作用的時(shí)候提前控制，利用檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子加速度換算成相應(yīng)的調(diào)門(mén)動(dòng)作量疊加在機(jī)組給定上，隨著孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組的調(diào)節(jié)，孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組的功率和負(fù)載漸趨平衡，轉(zhuǎn)子加速度也逐漸變小， 作用減弱，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)起了微分調(diào)節(jié)的作用。在DEH控制中可以通過(guò)疊加ー個(gè)轉(zhuǎn)子加速度對(duì)應(yīng)調(diào)門(mén)開(kāi)度的插值函數(shù)模塊與機(jī)組給定中即可實(shí)現(xiàn)。新增模塊的原理示意圖見(jiàn)圖5，其中轉(zhuǎn)子加速度aO和ak可以根據(jù)每臺(tái)機(jī)組的甩負(fù)荷測(cè)試計(jì)算值進(jìn)行計(jì)算，對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)量xk可以是額定負(fù)荷的6% 8%或?qū)?yīng)的調(diào)門(mén)開(kāi)度值。DEH調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)原理圖改進(jìn)部分見(jiàn)圖6中左側(cè)
從新的控制策略可以看出，當(dāng)電網(wǎng)進(jìn)入孤網(wǎng)的瞬間，轉(zhuǎn)子加速度模塊根據(jù)孤網(wǎng)的劇烈程度進(jìn)行判斷，立即起作用對(duì)機(jī)組進(jìn)行控制，之后根據(jù)一次調(diào)頻的分級(jí)控制原則一次調(diào)頻模塊隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的上升逐步加強(qiáng)控制，機(jī)組的負(fù)荷調(diào)節(jié)強(qiáng)度最大是原來(lái)的6倍，最大調(diào)節(jié)量達(dá)到額定負(fù)荷的36%，可以大幅降低電網(wǎng)進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的波動(dòng)，減小事故擴(kuò)大的可能性，為調(diào)度盡快穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行爭(zhēng)取時(shí)間。本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)在于采用對(duì)孤網(wǎng)進(jìn)行分級(jí)的考慮，對(duì)一次調(diào)頻控制策略進(jìn)行改進(jìn)做分級(jí)控制。另外，引入轉(zhuǎn)子加速度的作用，對(duì)機(jī)組進(jìn)行預(yù)估控制，在機(jī)組保護(hù)動(dòng)作之前增強(qiáng)機(jī)組調(diào)節(jié)的幅度。
權(quán)利要求
1. 一種電網(wǎng)在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的火力發(fā)電機(jī)組控制方法，包括以下步驟1)在進(jìn)入孤網(wǎng)的瞬間，根據(jù)檢測(cè)的轉(zhuǎn)子速度計(jì)算轉(zhuǎn)子加速度，換算成相應(yīng)的調(diào)門(mén)動(dòng)作量疊加在機(jī)組給定上；2)對(duì)孤網(wǎng)進(jìn)行分級(jí)，當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)在士60轉(zhuǎn)/分鐘之內(nèi)時(shí)(含60轉(zhuǎn)/分鐘)，采用改進(jìn)的一次調(diào)頻分級(jí)控制策略；當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)超過(guò)士60轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，采用高頻時(shí)機(jī)組超速保護(hù)分級(jí)動(dòng)作根據(jù)孤網(wǎng)內(nèi)機(jī)組預(yù)先設(shè)定好的分級(jí)方案先后動(dòng)作，低頻時(shí)根據(jù)預(yù)先設(shè)定好的減載方案切電網(wǎng)負(fù)荷；步驟1)中所述的換算為在DEH控制中疊加ー個(gè)轉(zhuǎn)子加速度對(duì)應(yīng)調(diào)門(mén)開(kāi)度的插值函數(shù)模塊于機(jī)組給定中；步驟2)中所述的改進(jìn)的一次調(diào)頻分級(jí)方案為在原來(lái)llr/min 60r/min的控制盲區(qū)増加了 15r/min 60r/min的一次調(diào)頻控制，在増加區(qū)域內(nèi)保持5%的不等率。
全文摘要
一種電網(wǎng)在孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的火力發(fā)電機(jī)組控制方法，采用對(duì)孤網(wǎng)進(jìn)行分級(jí)的考慮，對(duì)一次調(diào)頻控制策略進(jìn)行改進(jìn)做分級(jí)控制。另外，引入轉(zhuǎn)子加速度的作用，對(duì)機(jī)組進(jìn)行預(yù)估控制，在機(jī)組保護(hù)動(dòng)作之前增強(qiáng)機(jī)組調(diào)節(jié)的幅度。本方法，可在電網(wǎng)進(jìn)入孤網(wǎng)運(yùn)行時(shí)盡快減小電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，在短時(shí)間內(nèi)充分利用火電機(jī)組的蓄熱和自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，避免事故的進(jìn)一步擴(kuò)大。
文檔編號(hào)H02J3/24GK102570497SQ20111041762
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月14日
發(fā)明者肖小清, 鄧少翔, 金格 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司電力科學(xué)研究院