一种光热发电参与电网一次调频的装置及控制系统和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种光热发电参与电网一次调频的装置及控制系统和方法；该系统通过在现有的发电装置中增加光热发电系统，使得机组稳定运行时，该光热发电系统依据电网负荷指令进行发电，负荷低于系统输出功时，对多余热量进行储存。当负荷出现波动，电网频率出现波动时，在控制系统以及执行机构的作用下，及时投入或者撤出储热罐以及管道中的蓄热，依次增加该系统的一次调频能力。

A Primary Frequency Modulation Device for Photothermal Power Generation and Its Control System and Method

【技术实现步骤摘要】
一种光热发电参与电网一次调频的装置及控制系统和方法
本专利技术属于电力系统领域，具体涉及一种光热发电参与电网一次调频的装置及控制系统和方法。
技术介绍
随着国民经济以及科技的快速发展，电网负荷的急剧增大，特别是非线性以及冲击性的大负荷不断增长，使电网频率降低，电压闪变、波动和三相不平衡等质量问题日益突出，严重影响到供电质量。而另一方面，特高压输电及太阳能、风电等新能源的快速发展，也使得区域电网也越来越复杂，电网电压、频率等技术指标的稳定对于电网安全而言也越来越重要。电网实际运行过程中，当电力系统中原动机输出功与用电负荷失衡时，即可引起电网频率的周期性波动，该波动会造成电网的不稳定，波动幅度过大时会严重危害国民经济和电力系统运行，这种频率的扰动主要依靠汽轮机组本身的调节系统对主汽阀进行调节完成电网负荷补偿，修正电网频率的波动，该过程即为一次调频过程。一次调频的性能指标直接影响原动机的并网调频能力，该能力直接影响电网的运行状况。实际过程中，由于设备本身以及运行工况的原因，机组的一次调频能力往往受到很大影响，比如，一次调频响应时间过长，逻辑组态中投入范围不合理，一次调频与自动发电控制调节相互影响等问题。因此，如何改善机组一次调频性能进而提高电网安全性是亟需解决的问题。光热发电系统是指将太阳能转化为热能，然后再通过热功转换设备将热能转化为电能的系统，热力学过程与传统的火力发电过程相同，都是采用Rankine循环进行能量转换，区别就在于两者的热源不同，光热发电常采用导热油作为中间工质，部分带蓄热环节的光热系统使用熔融盐进行储热，将太阳能传递给Rankine循环，而传统火电机组热能来源于煤炭或者天然气等化石能源的燃烧放热。聚光型太阳能光热发电系统大致分为塔式太阳能集热发电系统、碟式太阳能集热发电系统和槽式太阳能集热发电系统。其中槽式太阳能集热系统因参数低，风险小等特点应用最为广泛，其几何聚光比在10～100之间，传热介质温度在400℃左右。因为槽式太阳能集热发电系统的中间介质管道很长，当处在加热状态时，其中工质处在“热品质”较高位置，这部分高温工质有很大的蓄热能力，甚至有部分太阳能热电系统为了克服间歇性天气原因带来的不便，设置有储热系统或者辅助热源系统，以实现全天候连续供电，同时降低发电成本，因此这部分蓄热有很强的利用空间。因此当电网负荷变化导致频率波动时，如能及时投入或者撤出该部分热能能够一定程度上改善发电系统的一次调频能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种光热发电参与电网一次调频的装置及控制系统和方法；该系统通过在现有的热力电网中增加光热发电系统，同时通过建立控制模型和执行模型，使光热发电系统能够较好的响应电网负荷变化时引起的频率波动，进而使整个电网运行在一个安全稳定的条件下。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种光热发电参与电网一次调频的装置，包括：槽式太阳能集热器、中间换热器和储热罐，槽式太阳能集热器的输出端分别和中间换热器的输入端及储热罐的输入端连接；中间换热器的导热油输出端连接有增压泵，增压泵的输出端和槽式太阳能集热器的输入端连接；槽式太阳能集热器和中间换热器之间设置有第一调节阀，储热罐和中间换热器之间设置有第二调节阀；中间换热器属于电网发电系统，导热油在槽式太阳能集热器内被加热后，进入中间换热器和电网发电系统的循环水进行热交换，将循环水加热成为蒸汽，用于电网发电系统发电。本专利技术的进一步改进在于：优选的，所述电网发电系统还包括透平，中间换热器的蒸汽输出端和透平连接，透平的乏汽输出端连接至回热器，回热器的乏汽输出端连接至冷凝器，冷凝器的输出端连接至加压泵，加压泵的输出端和回热器的循环水输入端连接，回热器的循环水输出端和中间换热器的循环水输入端连接；透平的动力输出端连接至发电机。一种用于控制上述的光热发电参与电网一次调频的装置的系统，包括计算模型单元和执行机构模型单元；所述计算模型单元，用于将发电系统中发电机的输出功率Pt和电网负荷指令信号Ps做对比，根据对比结果计算出第一调节阀的阀位控制信号CV1和第二调节阀的阀位控制信号CV2；所述执行机构模型单元，用于根据第一调节阀和第二调节阀的各自阀位指令调节各自的阀门开度。优选的，计算模型单元包括第一惯性环节模块、第一PID控制器模块、第一功率限幅环节模块、第二惯性环节模块、调速死区模块、调速不等率模块、第一求和模块、第二求和模块、第三求和模块、第四求和模块、第二PID控制器模块、第二功率限幅环节模块，增益系数模块；第二惯性环节模块的输出端和调速死区模块连接、调速死区模块的输出端和调速不等率模块连接、调速不等率模块的输出端和第一求和模块连接，第一求和模块的输出端分为三个支路，第一支路连接至第三求和模块，第二支路连接至增益系数模块，第三支路连接至第二求和模块；第一惯性环节模块的输出端和第三求和模块连接，第三求和模块的输出端分为两个支路，第四支路连接至第二求和模块，第五支路连接至第一PID控制器模块；第一PID控制器模块的输出端和第一功率限幅环节模块连接，第一功率限幅环节模块的输出端和第四求和模块连接，第四求和模块的输出端输出阀位控制信号CV1；第一求和模块的第二支路连接至增益系数模块，增益系数模块连接至第四求和模块；第二求和模块有两个输入端，分别和第一求和模块及第三求和模块连接，第二求和模块的输出端连接至第二PID控制器模块，第二PID控制器模块连接至第二功率限幅环节模块，第二功率限幅环节模块输出阀位控制信号CV2。优选的，执行机构包括第五求和模块、比例积分PI模块、限幅模块、油动机开启一阶惯性模块、油动机关闭一阶惯性模块和油动机行程限制模块；阀位控制信号CV1/CV2和阀门开度信号GV1/GV2输入至第五求和模块，第五求和模块的输出端和比例积分PI模块连接，比例积分PI模块的输出端和限幅模块连接，限幅模块的输出端和油动机开启一阶惯性环节模块或油动机关闭一阶惯性环节模块连接，油动机开启一阶惯性模块或油动机关闭一阶惯性模块的输出端和油动机行程限制模块连接，油动机行程限制模块输出第一调节阀或第二调节阀的开度调整值；其中，阀门控制信号CV1和阀门开度信号GV1匹配，阀门控制信号CV2和阀门开度信号CV2匹配。一种光热发电参与电网一次调频的控制方法，包括以下步骤：步骤1，根据发电机旋转角速度的变化量Δω、发电机输出功率Pt和电网负荷指令Ps计算出第一调节阀的阀位控制信号CV1和第二调节阀的阀位控制信号CV2；步骤2，根据阀位控制信号CV1和阀位控制信号CV2，输出第一调节阀的开度信号GV1和第二调节阀的开度信号GV2，新的阀门开度信号GV1/GV2通过油动机控制第一调节阀或第二调节阀的开度优选的，步骤1的具体过程为：旋转角速度变化量Δω处理信号误差后，转变为转速不等功率信号，该信号和电网负荷指令信号Ps进行求差运算后得到频差—功率指令信号；频差—功率指令信号分为三个支路，分别为第一支路、第二支路和第三支路；第二支路中，频差—功率指令信号经过增益系数K放大后转换成一次调频-阀位增量指令信号；发电机输出功率Pt通过处理信号误差后和第一支路输出的频差—功率信号做差运算得到需要功率输出信号ΔP，需要功率输出信号ΔP分本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光热发电参与电网一次调频的装置，其特征在于，包括：槽式太阳能集热器(1)、中间换热器(2)和储热罐(4)，槽式太阳能集热器(1)的输出端分别和中间换热器(2)的输入端及储热罐(4)的输入端连接；中间换热器(2)的导热油输出端连接有增压泵(5)，增压泵(5)的输出端和槽式太阳能集热器(1)的输入端连接；槽式太阳能集热器(1)和中间换热器(2)之间设置有第一调节阀(3)，储热罐(4)和中间换热器(2)之间设置有第二调节阀(11)；中间换热器(2)属于电网发电系统，导热油在槽式太阳能集热器(1)内被加热后，进入中间换热器(2)和电网发电系统的循环水进行热交换，将循环水加热成为蒸汽，用于电网发电系统发电。

【技术特征摘要】
1.一种光热发电参与电网一次调频的装置，其特征在于，包括：槽式太阳能集热器(1)、中间换热器(2)和储热罐(4)，槽式太阳能集热器(1)的输出端分别和中间换热器(2)的输入端及储热罐(4)的输入端连接；中间换热器(2)的导热油输出端连接有增压泵(5)，增压泵(5)的输出端和槽式太阳能集热器(1)的输入端连接；槽式太阳能集热器(1)和中间换热器(2)之间设置有第一调节阀(3)，储热罐(4)和中间换热器(2)之间设置有第二调节阀(11)；中间换热器(2)属于电网发电系统，导热油在槽式太阳能集热器(1)内被加热后，进入中间换热器(2)和电网发电系统的循环水进行热交换，将循环水加热成为蒸汽，用于电网发电系统发电。2.根据权利要求1所述的一种光热发电参与电网一次调频的装置，其特征在于，所述电网发电系统还包括透平(6)，中间换热器(2)的蒸汽输出端和透平(6)连接，透平(6)的乏汽输出端连接至回热器(8)，回热器(8)的乏汽输出端连接至冷凝器(9)，冷凝器(9)的输出端连接至加压泵(10)，加压泵(10)的输出端和回热器(8)的循环水输入端连接，回热器(8)的循环水输出端和中间换热器(2)的循环水输入端连接；透平(6)的动力输出端连接至发电机(7)。3.一种用于控制权利要求1或2所述的光热发电参与电网一次调频的装置的系统，其特征在于，包括计算模型单元和执行机构模型单元；所述计算模型单元，用于将发电系统中发电机(7)的输出功率Pt和电网负荷指令信号Ps做对比，根据对比结果计算出第一调节阀(3)的阀位控制信号CV1和第二调节阀(11)的阀位控制信号CV2；所述执行机构模型单元，用于根据第一调节阀(3)和第二调节阀(11)的各自阀位指令调节各自的阀门开度。4.根据权利要求3所述的一种光热发电参与电网一次调频的控制系统，其特征在于，计算模型单元包括第一惯性环节模块、第一PID控制器模块、第一功率限幅环节模块、第二惯性环节模块、调速死区模块、调速不等率模块、第一求和模块、第二求和模块、第三求和模块、第四求和模块、第二PID控制器模块、第二功率限幅环节模块，增益系数模块；第二惯性环节模块的输出端和调速死区模块连接、调速死区模块的输出端和调速不等率模块连接、调速不等率模块的输出端和第一求和模块连接，第一求和模块的输出端分为三个支路，第一支路连接至第三求和模块，第二支路连接至增益系数模块，第三支路连接至第二求和模块；第一惯性环节模块的输出端和第三求和模块连接，第三求和模块的输出端分为两个支路，第四支路连接至第二求和模块，第五支路连接至第一PID控制器模块；第一PID控制器模块的输出端和第一功率限幅环节模块连接，第一功率限幅环节模块的输出端和第四求和模块连接，第四求和模块的输出端输出阀位控制信号CV1；第一求和模块的第二支路连接至增益系数模块，增益系数模块连接至第四求和模块；第二求和模块有两个输入端，分别和第一求和模块及第三求和模块连接，第二求...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴义平，郑少雄，陈康，杜洋，陈海朝，巩鹏飞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61