一种用于火电厂的基于电压缩热泵的电网调频系统 |
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| 申请号 | CN201710936901.5 | 申请日 | 2017-10-10 | 公开(公告)号 | CN107528351A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 赫普科技发展(北京)有限公司; | 发明人 | 杨豫森; 崔华; 徐波; 谭智; 陈辉; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种用于火电厂的基于 电压 缩 热 泵 的 电网 调频系统，包括电网和 发电厂 调频控 制模 块 、电压缩热泵功率控制柜和电压缩热泵及热量输出模块，利用电压缩热泵功率调节响应速度快的特点，与机组联动，通过快速升降电压缩热泵的耗电负荷功率，实现机组上网电量的快速负荷响应，从而避免机组由于调频自动发电控制调节和数字式电液调节造成的机组汽机调 门 、汽机转速的快速变化、高低加投切等机组本身的调频措施造成的运行难度增加和机组寿命降低。电压缩热泵既可以用于冬季供热，也可以供应工业 蒸汽 ，非供热季可以将热量打入电厂热 力 循环系统。通过快速增加减少电压缩热泵的功率来实现发 电机 组快速响应电网调频需求的目的。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于电压缩热泵的电网调频系统，包括： |
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| 说明书全文 | 一种用于火电厂的基于电压缩热泵的电网调频系统技术领域背景技术[0002] 近年来随着中国国民经济的飞速发展，人们对电力的需求也急剧增加，峰谷差日益增大。中国电力供应峰谷比约为10/0.7，远高于一般发展中国家的平均水平1/0.63，比美国1/0.25的峰谷比高得多，因此中国发电机组的调峰任务艰巨。发电机组的调频能力是维护电网功率平衡和安全稳定的第一道重要屏障，其调节能力和性能对电网的动态稳定性显得尤为重要；此外，风能、核能等电源的飞速发展，相对降低了电网的自调节能力，大规模接入的风电机组甚至引入了额外的随机功率扰动，使电网稳定性进一步恶化。合理规范并监测机组调频参数和性能，保障机组良好的调频能力，对电网的安全稳定运行和未来智能电网环境下的优化调度具有重要的意义。 [0003] 目前火力发电机组的自动发电控制(AGC)、调频性能是统调机组涉网性能中的2个重要指标，电网调度对机组的AGC、调频性能有严格的要求，这2个指标也是电网“二个细则”考核的重要内容，尤其是AGC品质直接体现机组的性能。目前机组主要通过锅炉、汽轮机的协调控制，依靠增、减燃料量，开大或关小汽轮机调门来响应电网的需求，由于锅炉存在迟延，机组负荷响应始终存在局限性；汽轮机为确保有调节裕量，调门也无法保持全开状态，限制了调节的深度。 [0004] 另外，目前大多数发电厂采用DEH(数字式电液)控制系统，为了负荷的稳定和考核的需要，避免机组随频率变动而频繁进行调节，影响负荷的稳定，将汽轮机转速调节系统的一次调频死区设置的比较大，一次调频作用几乎被切除，使得电网的频率主要靠二次调频来维持。研究表明，在突发性事故和大的负荷(功率)扰动时，很多机组尽管具有调节负荷的能力，但对频率偏差的调频响应几乎为零，此时就会出现频率大幅度波动甚至发生系统崩溃的恶性事故。 发明内容[0005] 本发明利用了电压缩热泵负荷功率可以进行快速调节响应的特点，创新性地将电压缩热泵负荷控制与发电厂自动发电控制和电网调频控制进行联动，通过电压缩热泵的快速增减负荷，实现机组响应电网的自动发电控制和调频对机组负荷的变动要求。 [0006] 本发明解决前述技术问题所采用的技术方案是： [0007] 一种基于电压缩热泵的电网调频系统，包括： [0009] 供电控制模块，所述供电控制模块的输入端连接到电厂输出，输出端连接到电压缩热泵的功率控制柜，用于将电厂输出的电能进行转换后输送给功率控制柜； [0010] 功率控制柜，用于将接收的电压直接输送，或经过变压后输送给电压缩热泵并控制电压缩热泵的功率； [0011] 电压缩热泵，用于将输入的电能转换成热量。 [0012] 进一步的，所述供电控制模块包括： [0013] 第一变压器，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜；和 [0016] 第二变压器，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜；和 [0017] 第二开关，串联连接到所述第二变压器，其闭合后将输入的电压经由第二变压器输送给功率控制柜。 [0018] 进一步的，所述供电控制模块包括： [0019] 第三变压器，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜；和 [0020] 第三开关，并联连接到所述第三变压器的两端，其闭合后将输入的厂电压直接输送给功率控制柜。 [0021] 进一步的，所述的基于电压缩热泵的电网调频系统，其特征在于还包括： [0023] 进一步的，所述调频控制模块用于执行以下调频操作中的至少一种：发电机组一次调频控制、发电机组二次调频控制、发电机组数字式电液调节和自动发电控制。 [0024] 进一步的，所述调频控制模块中的一次调频控制、二次调频控制和自动发电控制的控制指令可以直接作用在所述电压缩热泵的功率控制柜上。 [0025] 进一步的，所述调频控制模块的控制指令直接作用在电压缩热泵的功率控制柜上，通过电压缩热泵的功率的快速增加和减少，实现机组发电机出口负荷保持不变的情况下，整个发电厂的上网电量跟随电网调频控制信号做出快速响应和负荷变化。 [0026] 进一步的，所述的电压缩热泵的功率的快速增加和减少，可以通过电压缩热泵本身的功率控制柜调节功率实现，也可以通过调节第一变压器、第二变压器、第三变压器中的任意一种供给电压缩热泵的供电电压间接实现功率调节变化。 [0027] 进一步的，所述的电压缩热泵的功率的快速增加和减少的响应时间为30S到5分钟；优选的，所述响应时间为毫秒级别；电压缩热泵的功率调整范围从0％负荷到100％负荷。 [0029] 进一步的，所述的电压缩热泵的供电电压范围为380V到35kV。 [0030] 进一步的，所述的电压缩热泵的功率范围为1kW到50MW。 [0031] 进一步的，所述的电压缩热泵输出的热量能够能够用于全年厂内热力系统加热，和/或对外部的区域供热管网，和/或对大型的热用户供热。 [0032] 进一步的，发电厂每台机组的调频功率调节范围在±1％～±6％MCR，机组设置为按额定功率满发，通过设置±1％～±6％MCR对应的功率范围的电压缩热泵与机组联动进行调频响应，机组自动发电控制的响应调频控制依靠电压缩热泵功率的增加或减少实现。 [0033] 进一步的，发电厂每台机组的调频功率调节范围在±1％～±6％MCR，对于要求发电厂快速降负荷的电网调频指令，通过投入电压缩热泵并增加所述电压缩热泵的电功率实现向下的负荷调节指令；对于要求发电厂快速增加负荷的电网调频指令，通过以下机组本身的一次调频升负荷手段中的至少一种实现，所述一次调频升负荷手段包括：通过自动发电控制联合数字式电液调节增加调节气门开度、切除某级高压加热器、切除某级低压加热器、凝结水节流。 [0034] 进一步的，当电网给发电厂的自动发电控制指令发电量PA大于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电压缩热泵的功率控制柜减小电压缩热泵的耗电功率△PB等于自动发电控制指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PA-PG； [0035] 当电网给发电厂的自动发电控制指令发电量PA小于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电压缩热泵的功率控制柜增加电压缩热泵的耗电功率△PB等于自动发电控制指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PG-PA。 [0036] 进一步的，当电网给发电厂的自动发电控制控制指令发电量PA大于发电厂的实际发电量PG时，通过机组本身的一次调频升负荷手段中的至少一种，增加机组发电量△P等于自动发电控制指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△P＝PA-PG，所述一次调频升负荷手段包括：调频控制模块联合数字式电液调节增加调节气门开度、切除某级高压加热器、切除某级低压加热器、凝结水节流； [0037] 当电网给发电厂的自动发电控制指令发电量PA小于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电压缩热泵的功率控制柜增加电压缩热泵的耗电功率△PB等于自动发电控制指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PG–PA。 [0038] 进一步的，发电厂每一台机组都能够联动一台或多台电压缩热泵响应电网调频。 [0039] 进一步的，发电厂内的多台机组能够通过供电线路切换，共用一台或多台电压缩热泵响应电网调频。 [0040] 本发明的有益效果是： [0041] 1)本发明利用电压缩热泵快速响应和无级调节的特点，通过电压缩热泵负荷功率的快速增减满足电网对发电厂调频的考核要求； [0044] 图1为本发明的基于电压缩热泵的电网调频系统的示意图。 [0045] 图2为本发明实施例1的示意图。 [0046] 图3为本发明实施例示2的意图。 [0047] 图4为本发明选实施例示3的意图。 [0048] 图5为本发明选实施例示4的意图。 [0049] 图6为本发明选实施例示5的意图。 [0050] 图7为本发明选实施例示6的意图。 [0051] 图示说明： [0052] 1.升压变压器；2.第二变压器；2-1.第二开关；3.第一变压器；3-1.第一开关；4.第三变压器；4-1.第三开关；5.电压缩热泵；6.功率控制柜；7.区域供热管网供热接口；8.工业蒸汽供热接口；9.电厂热力循环系统接口。 具体实施方式[0053] 为了更进一步了解本发明的发明内容，下面将结合具体实施例对本发明作更为详细的描述，实施例只对本发明具有示例性作用，而不具有任何限制性的作用；任何本领域技术人员在本发明的基础上作出的非实质性修改，都应属于本发明保护的范围。 [0054] 如图1所示，本发明的基于电压缩热泵的电网调频系统包括： [0055] 调频控制模块，包括电网电力调度中心和电厂集中控制系统，所述调频控制模块连接到供电控制模块和电压缩热泵5的功率控制柜6，用于控制所述供电控制模块和功率控制柜6； [0056] 供电控制模块，所述供电控制模块的输入端连接到电厂输出，输出端连接到电压缩热泵5的功率控制柜6，用于将电厂输出的电能进行转换后输送给功率控制柜6； [0057] 功率控制柜6，用于将接收的电压直接输送，或经过变压后输送给电压缩热泵5并控制电压缩热泵5的功率； [0058] 电压缩热泵5，用于将输入的电能转换成热量。 [0059] 本发明的部分实施例还可包括： [0060] 第一变压器3，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜6；和[0061] 第一开关3-1，并联连接到所述第一变压器3的两端，其闭合后将输入的电压直接输送给功率控制柜6。 [0062] 本发明的部分实施例还可包括： [0063] 第二变压器2，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜6；和[0064] 第二开关2-1，串联连接到所述第二变压器2，其闭合后将输入的电压经由第二变压器2输送给功率控制柜6。 [0065] 其中，电厂输出电压通过升压变压器1升压到220kV～500kV后输出到电网，[0066] 本发明的部分实施例还可包括： [0067] 第三变压器4，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜6；和[0068] 第三开关4-1，并联连接到所述第三变压器4的两端，其闭合后将输入的厂电压直接输送给功率控制柜6。 [0069] 在本发明的部分实施例中，还包括：热量输出模块，所述热量输出模块的一端接收电压缩热泵5的输出热量，另一端将热量输出到区域供热管网供热接口7、工业蒸汽供热接口8或电厂热力循环系统接口9中的至少一种。 [0070] 在本发明的部分实施例中，所述调频控制模块用于执行以下调频操作中的至少一种：发电机组一次调频控制、发电机组二次调频控制、发电机组数字式电液调节和自动发电控制。 [0071] 在本发明的部分实施例中，所述调频控制模块中的一次调频控制、二次调频控制和自动发电控制的控制指令可以直接作用在所述电压缩热泵5的功率控制柜6上。 [0072] 在本发明的部分实施例中，所述调频控制模块的控制指令直接作用在电压缩热泵5的功率控制柜6上，通过电压缩热泵5的功率的快速增加和减少，实现机组发电机出口负荷保持不变的情况下，整个发电厂的上网电量跟随电网调频控制信号做出快速响应和负荷变化。 [0073] 在本发明的部分实施例中，所述的电压缩热泵5的功率的快速增加和减少，可以通过电压缩热泵5本身的功率控制柜6调节功率实现，也可以通过调节第一变压器3、第二变压器2、第三变压器4中的任意一种供给电压缩热泵5的供电电压间接实现功率调节变化。10.根据权利要求9所述的基于电压缩热泵的电网调频系统，其特征在于，所述的电压缩热泵5的功率的快速增加和减少的响应时间为30S到5分钟；优选的，所述响应时间为毫秒级别；电压缩热泵的功率调整范围从0％负荷到100％负荷。 [0074] 在本发明的部分实施例中，所述的电压缩热泵5的压缩机是容积式压缩机、回转式压缩机，或离心式压缩机中的任意一种。 [0075] 在本发明的部分实施例中，所述的电压缩热泵5的供电电压范围为380V到35kV。 [0076] 在本发明的部分实施例中，所述的电压缩热泵5的功率范围为1kW到50MW。 [0077] 在本发明的部分实施例中，所述的电压缩热泵5输出的热量能够能够用于全年厂内热力系统加热，和/或对外部的区域供热管网，和/或对大型的热用户供热。 [0078] 在本发明的部分实施例中，发电厂每台机组的调频功率调节范围在±1％～±6％MCR，机组设置为按额定功率满发，通过设置±1％～±6％MCR对应的功率范围的电压缩热泵5与机组联动进行调频响应，机组自动发电控制的响应调频控制依靠电压缩热泵5功率的增加或减少实现。 [0079] 在本发明的部分实施例中，发电厂每台机组的调频功率调节范围在±1％～±6％MCR，对于要求发电厂快速降负荷的电网调频指令，通过投入电压缩热泵5并增加所述电压缩热泵5的电功率实现向下的负荷调节指令；对于要求发电厂快速增加负荷的电网调频指令，通过以下机组本身的一次调频升负荷手段中的至少一种实现，所述一次调频升负荷手段包括：通过自动发电控制联合数字式电液调节增加调节气门开度、切除某级高压加热器、切除某级低压加热器、凝结水节流。 [0080] 在本发明的部分实施例中，当电网给发电厂的自动发电控制指令发电量PA大于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电压缩热泵5的功率控制柜6减小电压缩热泵5的耗电功率△PB等于自动发电控制指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PA-PG； [0081] 当电网给发电厂的自动发电控制指令发电量PA小于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电压缩热泵5的功率控制柜6增加电压缩热泵5的耗电功率△PB等于自动发电控制指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PG-PA。 [0082] 在本发明的部分实施例中，当电网给发电厂的自动发电控制控制指令发电量PA大于发电厂的实际发电量PG时，通过机组本身的一次调频升负荷手段中的至少一种，增加机组发电量△P等于自动发电控制指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△P＝PA-PG，所述一次调频升负荷手段包括：调频控制模块联合数字式电液调节增加调节气门开度、切除某级高压加热器、切除某级低压加热器、凝结水节流； [0083] 当电网给发电厂的自动发电控制指令发电量PA小于发电厂的实际发电量PG时，调频控制模块联合电压缩热泵5的功率控制柜6增加电压缩热泵5的耗电功率△PB等于自动发电控制指令发电量PA与发电厂实际发电量PG差值，即△PB＝PG–PA。 [0084] 在本发明的部分实施例中，发电厂每一台机组都能够联动一台或多台电压缩热泵5响应电网调频。 [0085] 在本发明的部分实施例中，发电厂内的多台机组能够通过供电线路切换，共用一台或多台电压缩热泵5响应电网调频。 [0086] 实施例1 [0087] 如图2所示，一种基于电压缩热泵的电网调频系统，包括： [0088] 调频控制模块，包括电网电力调度中心和电厂集中控制系统，其连接到供电控制模块和功率控制柜6以控制二者； [0089] 供电控制模块，其输入端连接到电厂输出，输出端连接到电压缩热泵5的功率控制柜6，用于将电厂输出的电能进行转换后输送给功率控制柜6； [0090] 功率控制柜6，用于将接收的电压直接输送，或经过变压后输送给电压缩热泵并控制电压缩热泵的功率； [0091] 电压缩热泵，用于将输入的电能转换成热量。 [0092] 其中，所述供电控制模块包括： [0093] 第一变压器3，用于将输入的电压变压后输送给功率控制柜6；和[0094] 第一开关3-1，并联连接到所述第一变压器3的两端，其闭合后将输入的电压直接输送给功率控制柜6。 [0095] 实施例2 [0096] 如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述电压缩热泵5的供电在机组升压站后220kV～500kV接线，然后经过降压器降压到380V～35kV给电压缩热泵供电。 [0097] 实施例3 [0098] 如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，所述电压缩热泵5的供电在厂用电线路上接线，如果厂用电线路电压与电压缩热泵供电要求电压一致，则可直接通过电气开关接线，如果电压不同经过变压器调压到380V～35kV给电压缩热泵5供电。 [0099] 实施例4 [0100] 如图5所示，本实施例所述电压缩热泵5的供电方式可以采用实施例1、2、3的任意一种供电方式，与上述三个实施例主要的不同之处是所述电压缩热泵5加热出来的热水直接打入集中供热管网。 [0101] 实施例5 [0102] 如图6所示，本实施例所述电压缩热泵5的供电方式可以采用实施例1、2、3的任意一种供电方式，与上述三个实施例主要的不同之处是所述电压缩热泵5加热出来的热水根据其参数直接打入电厂热力系统的适当位置，如果电压缩热泵5加热出来的是蒸汽，则根据蒸汽参数将此蒸汽打入电厂热力系统的适当位置。 [0103] 实施例6 [0104] 如图7所示，本实施例所述电压缩热泵的供电方式可以采用实施例1、2、3的任意一种供电方式，与上述三个实施例的不同之处是电压缩热泵5生产出来的蒸汽用于工业蒸汽的供应。 [0105] 尽管具体地参考其优选实施例来示出并描述了本发明，但本领域的技术人员可以理解，可以作出形式和细节上的各种改变而不脱离所附权利要求书中所述的本发明的范围。以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。 |
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