一种火电机组电储能耦合调频控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种火电机组电储能耦合调频控制系统及方法，以储能充放电控制器为响应电网调频需求的核心控制器，由锅炉主控制器根据网调指令输入生成燃料量控制指令，控制给煤机输送的燃料量，调节燃煤发电系统的能量输入；由储能充放电控制器根据网调指令输入与发电机输出功率偏差，计算电储能所需充放电需求，控制储能充放电控制开关，调节并补偿发电机的输出；储能充放电控制器还根据需要输出燃料量修正指令；给水控制器根据锅炉输出的蒸汽温度，控制给水泵，调节进入锅炉的冷水流量；汽机主控制器根据锅炉输出的主蒸汽压力信号水平，自动开关高压调节阀，保持锅炉输出的主蒸汽压力与给定压力相同，实现动态保持做功蒸汽量与锅炉蒸发量的平衡。量与锅炉蒸发量的平衡。量与锅炉蒸发量的平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种火电机组电储能耦合调频控制系统及方法


[0001]本专利技术涉及火电站自动控制
，具体涉及一种火电机组电储能耦合调频控制系统及方法。

技术介绍

[0002]在全球能源结构转型背景下，存量火电机组以其稳定和快速可调的电源型式，成为风、光等清洁能源占比较高的电网稳定“压舱石”，火电机组作为调节型电源在维护电网稳定性中发挥着重要的作用。火电机组在参与电网调峰调频时，不可避免地一定程度上制约了运行经济性和设备安全稳定性的提高，如何安全稳定地发挥火电机组的快速调频与深度调峰能力已成为当前以及未来的重要技术发展方向。
[0003]电网频率是由同步发电机为主要电源的现代电网的重要指标，是发电功率与用电负荷平衡的主要标志，电网频率需连续稳定保持工频(我国是50Hz)运行，当电网频率变高，表明发电功率高于用电负荷，反之电网频率变低表明发电功率不足。也因此，并网发电机组须主动响应电网频率的波动，当电网频率超出工频0.033Hz(同步发电机转速偏差2rpm)，即需要自动提高(网频低)或降低(网频高)发电功率，这称为一次调频作用。发电机组一次调频是应对电网突发扰动并维护电网稳定的第一道屏障。然而一次调频本身是有差调节，不能满足电网功率与负荷平衡的要求，因此电网还需要通过自动发电控制(AGC，一般称为二次调频)等调峰和调频手段来完成机组负荷的调节。机组参与电网的一次和二次调频都成为调频，机组的快速、大幅调频能力对维护电网的稳定至关重要。
[0004]受本体特性的限制，火电机组的调频响应能力很难进一步提高。现有火电机组的快速调频作用主要通过汽轮机高压调门快速改变进入汽轮机的流量，从而增减同步发电机的输出功率。由于锅炉及其燃料制粉和燃烧系统存在较大的调节迟延和热惯性，这使机组快速调频过程需要短时间内大量透支锅炉蓄热，以支持汽机快速增加流量和功率。这一过程不可避免地造成锅炉高温受热面外表面的燃烧与传热的剧烈变化和不均匀性，同时引起受热面内蒸汽压力和温度的大幅波动，这些都严重威胁锅炉高温高压部件的安全性和寿命，并可导致超温超压甚至爆管等事件的发生。
[0005]近年来，涌现出利用蓄电池、超级电容或混合型式的电储能技术的应用，其主要任务是利用电储能的快速重放特性，大幅提高机组的调频响应能力，从而提高电网稳定性，获得电网的辅助调频服务的奖励。
[0006]一般的电储能与机组调频的基本流程如图1所示。
[0007]正常条件下，火电机组基本的调频功能主要由汽轮机和锅炉的协调控制来完成。其基本流程如图1所示，由锅炉主控制器10根据网调指令和主蒸汽压力输入控制给煤机1送入锅炉2的燃料量，从而增减系统的输入热量。其中网调指令用于快速粗调，最终的主蒸汽压力水平作为精确调节的目标，当主蒸汽压力等于目标给定压力时，证明锅炉的输入输出能量达到了平衡，也即完成了控制目标。而发电机的功率由汽机主控制器11根据网调指令和发电机功率作为输入，控制高压调节阀4，从而增减进入汽轮机的做功蒸汽流量，进而增
减带动发电机的机械功率，最终使发电机功率等于网调指令的要求。此外，锅炉给水控制器12负责根据网调指令和蒸汽温度用于控制给水泵3，调节进入锅炉的冷水量，用以维持锅炉蒸发出来的蒸汽量和进入锅炉的给水量的质量平衡。其中网调指令或其转换的燃料量指令作为快速粗调指令，蒸汽温度用于精确控制，当中间点温度、主蒸汽温度等温度都达到给定温度要求时，锅炉达到稳定控制目标。
[0008]根据以上基本流程可知，汽机主控制器11的调节作用很快，高压调节阀4的开关可立即影响汽轮机5和发电机6的输出功率，但锅炉主控制器控制的给煤机1增减的燃料量需要经过制粉、送粉、燃烧、传热等环节，最终才能将热量传递给给水，增减锅炉的蒸发量，这一过程具有很大的滞后和惯性。这导致了机组在调频过程中，燃料量的增减作用过于缓慢，因此功率的快速增减是要透支锅炉的蓄热的，这导致随着调频速率的增加，锅炉的短时不平衡水平会急剧增加，造成锅炉压力与温度的大幅波动，从而影响锅炉的寿命甚至关键部件的安全。这反过来也是制约机组调频能力进一步提高的主要原因。
[0009]目前一般电储能技术采用如图1的方案，在原有机组调频系统外，增加储能充放电控制器9，根据网调指令与发电机6的输出功率控制储能充放电控制开关8，在发电机功率不足时放电，在发电机功率超过网调要求或电储能需要时进行充电。
[0010]在这样的基本流程下，机组的调频控制与电储能的辅助作用基本是相互分开的，也即有了电储能辅助后，机组的调频过程与之前完全相同，并不会再调频过程中受到电储能的影响。机组的发电机功率与电储能充放电累积起来响应电网的网调指令要求，因此电储能仅相当于在原有机组调频能力和过程基础上进一步提高了网调指令调频的综合指标，对机组自身的安全稳定性并无助益。
[0011]综上所述，如何更好地发挥电储能的快速调频能力，减少电储能容量的投资需求，改善机组的运行安全稳定性，都是摆在行业技术人员面前的重要课题。

技术实现思路

[0012]为了解决上述现有技术存在的局限，本专利技术的目的在于提出一种火电机组电储能耦合调频控制系统及方法，发挥电储能调频的能力同时，改善机组的运行安全稳定性，缓解机组深度调峰利灵活性与安全稳定和设备寿命之间的矛盾。
[0013]为达到以上目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0014]一种火电机组电储能耦合调频控制系统，控制对象为带有电储能的燃煤发电系统，带有电储能的燃煤发电系统包括：用于将燃煤热量转换为高温蒸汽热能的锅炉2，以及为锅炉2输入燃料的给煤机1和输入冷水的给水泵3，锅炉2的高温高压蒸汽出口通过高压调节阀4连接汽轮机5入口，汽轮机5出口同轴连接发电机6；燃料在锅炉2中燃烧放热后，将热量传递给给水后，使给水蒸发成高温高压蒸汽，经高压调节阀4，形成做功蒸汽流量，流入汽轮机5，推动转子转动，带动发电机6输出电能；另一方面，电储能装置7接入厂内电网，由储能充放电控制开关8协调电储能装置7中各储能原件的充放电，与发电机6共同输出至电网，满足网调指令的要求；
[0015]所述火电机组电储能耦合调频控制系统以储能充放电控制器9为响应电网调频需求的核心控制器，交换锅炉主控制器10和汽机主控制器11的控制目标；储能充放电控制器9的输入端连接网调指令和发电机6输出的功率偏差，输出端连接储能充放电控制开关8和锅
炉主控制器10的输入端；锅炉主控制器10的输入端还连接网调指令，输出端连接给煤机1；给水控制器12的输入端连接锅炉2输出的蒸汽温度和网调指令，输出端连接给水泵3；汽机主控制器11的输入端连接锅炉2输出的主蒸汽压力信号，输出端连接高压调节阀4；
[0016]由锅炉主控制器10负责根据网调指令输入生成燃料量控制指令，控制给煤机1输送的燃料量，从而调节整个燃煤发电系统的能量输入；由储能充放电控制器9一方面根据网调指令输入与发电机6输出的功率偏差，计算电储能所需充放电需求，控制储能充放电控制开关8，调节并补偿发电机6的输出，以满足网调指令的要求；此外，储能充放电控制器9还根据需要输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种火电机组电储能耦合调频控制系统，控制对象为带有电储能的燃煤发电系统，带有电储能的燃煤发电系统包括：用于将燃煤热量转换为高温蒸汽热能的锅炉(2)，以及为锅炉(2)输入燃料的给煤机(1)和输入冷水的给水泵(3)，锅炉(2)的高温高压蒸汽出口通过高压调节阀(4)连接汽轮机(5)入口，汽轮机(5)出口同轴连接发电机(6)；燃料在锅炉(2)中燃烧放热后，将热量传递给给水后，使给水蒸发成高温高压蒸汽，经高压调节阀(4)，形成做功蒸汽流量，流入汽轮机(5)，推动转子转动，带动发电机(6)输出电能；另一方面，电储能装置(7)接入厂内电网，由储能充放电控制开关(8)协调电储能装置(7)中各储能原件的充放电，与发电机(6)共同输出至电网，满足网调指令的要求；其特征在于：所述火电机组电储能耦合调频控制系统以储能充放电控制器(9)为响应电网调频需求的核心控制器，交换锅炉主控制器(10)和汽机主控制器(11)的控制目标；储能充放电控制器(9)的输入端连接网调指令和发电机(6)输出的功率偏差，输出端连接储能充放电控制开关(8)和锅炉主控制器(10)的输入端；锅炉主控制器(10)的输入端还连接网调指令，输出端连接给煤机(1)；给水控制器(12)的输入端连接锅炉(2)输出的蒸汽温度和网调指令，输出端连接给水泵(3)；汽机主控制器(11)的输入端连接锅炉(2)输出的主蒸汽压力信号，输出端连接高压调节阀(4)；由锅炉主控制器(10)负责根据网调指令输入生成燃料量控制指令，控制给煤机(1)输送的燃料量，从而调节整个燃煤发电系统的能量输入；由储能充放电控制器(9)一方面根据网调指令输入与发电机(6)输出的功率偏差，计算电储能所需充放电需求，控制储能充放电控制开关(8)，调节并补偿发电机(6)的输出，以满足网调指令的要求；此外，储能充放电控制器(9)还根据需要输出燃料量修正指令，从而影响锅炉主控制器(10)的输出，调整整个燃煤发电系统的能量输入；给水控制器(12)负责根据锅炉(2)输出的蒸汽温度，控制给水泵(3)，调节进入锅炉的冷水流量，从而控制锅炉的传热；汽机主控制器(11)负责锅炉主蒸汽压力的控制，根据测量的锅炉(2)输出的主蒸汽压力信号水平，自...

【专利技术属性】
技术研发人员：高林，周俊波，郑清瀚，胡昕，王嘉寅，刘润汉，王倩，常东锋，兀鹏越，范庆伟，
申请(专利权)人：华能国际电力股份有限公司上海石洞口第一电厂，
类型：发明
国别省市：