基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)及方法，包括風(fēng)力發(fā)電出力測量裝置，風(fēng)力發(fā)電出力測量裝置將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電出力數(shù)據(jù)傳送至電網(wǎng)監(jiān)控單元，電網(wǎng)監(jiān)控單元還與輸電網(wǎng)相連，電網(wǎng)監(jiān)控單元通過RTU遠(yuǎn)動裝置將負(fù)荷指令和調(diào)頻任務(wù)級別信號下發(fā)至火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)將控制信息傳送至火力發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備，發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備與發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)將將機(jī)械動力轉(zhuǎn)換為電能輸送至輸電網(wǎng)。本發(fā)明提高風(fēng)電快速發(fā)展地區(qū)電網(wǎng)調(diào)頻能力，提升機(jī)組一次調(diào)頻和二次調(diào)頻能力，有效緩解風(fēng)電出力波動大、調(diào)頻能力差等特點(diǎn)對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的不利影響，提升電網(wǎng)供電品質(zhì)、穩(wěn)定電網(wǎng)安全運(yùn)行。
【專利說明】基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電協(xié)調(diào)控制的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，電網(wǎng)的構(gòu)成越來越復(fù)雜，電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰壓力也越來越大，風(fēng)電裝機(jī)容量占到總裝機(jī)容量的10%以上。由于風(fēng)電動力自身的隨機(jī)性較大，造成風(fēng)電負(fù)荷波動較大，進(jìn)而引起電網(wǎng)頻率的波動，在沿海等風(fēng)電發(fā)展集中地區(qū)表現(xiàn)尤為明顯。
[0003]由于風(fēng)電自身技術(shù)特性，參與電網(wǎng)調(diào)頻的能力較差，電網(wǎng)又缺少具有靈活調(diào)頻能力的水電及燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，因而電網(wǎng)的調(diào)頻任務(wù)主要依靠火力發(fā)電機(jī)組承擔(dān)。如何更好的保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，尤其是風(fēng)電發(fā)展較快地區(qū)，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個重要技術(shù)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種基于風(fēng)力風(fēng)電和火力發(fā)電協(xié)調(diào)控制的電網(wǎng)調(diào)頻控制裝置及方法，可以提高風(fēng)電發(fā)展較快地區(qū)電網(wǎng)的快速調(diào)頻能力，提升電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行能力。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下:
[0006]基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電出力測量裝置，風(fēng)力發(fā)電出力測量裝置將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電出力數(shù)據(jù)傳送至電網(wǎng)監(jiān)控單元，電網(wǎng)監(jiān)控單元還與輸電網(wǎng)相連，電網(wǎng)監(jiān)控單元通過RTU遠(yuǎn)動裝置將負(fù)荷指令和調(diào)頻任務(wù)級別信號下發(fā)至火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)將控制信息傳送至火力發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備，發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備與發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)將將機(jī)械動力轉(zhuǎn)換為電能輸送至輸電網(wǎng)。
[0007]基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電出力測量裝置測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電出力數(shù)據(jù)并傳送至電網(wǎng)監(jiān)控單元；
[0009]步驟二:電網(wǎng)監(jiān)控單元根據(jù)風(fēng)電出力、火電出力、電網(wǎng)潮流等電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，確定重點(diǎn)調(diào)頻區(qū)域內(nèi)火力發(fā)電機(jī)組需承擔(dān)的調(diào)頻任務(wù)級別，電網(wǎng)監(jiān)控單元同時優(yōu)化調(diào)度重點(diǎn)區(qū)域調(diào)頻火力發(fā)電機(jī)組負(fù)荷指令至設(shè)定的負(fù)荷區(qū)間，并通過RTU遠(yuǎn)動裝置將負(fù)荷指令和調(diào)頻任務(wù)級別信號下發(fā)至火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)；
[0010]步驟三:火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)將控制信息傳送至火力發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備，發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備與發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)接受電網(wǎng)監(jiān)控單元指令后，自動調(diào)整機(jī)組實(shí)際出力至指令要求處，同時根據(jù)下發(fā)的調(diào)頻任務(wù)級別通過火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)自動調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率和變負(fù)荷速率，改變發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻能力。
[0011]所述電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)包括風(fēng)電出力功率、火電出力功率、電網(wǎng)系統(tǒng)電壓及電網(wǎng)潮流。
[0012]所述發(fā)電出力數(shù)據(jù)為發(fā)電有功功率。
[0013]所述調(diào)頻任務(wù)級別分為普通方式、補(bǔ)償方式及應(yīng)急方式。
[0014]所述設(shè)定的負(fù)荷區(qū)間為額定負(fù)荷的75%—85%。
[0015]調(diào)頻任務(wù)級別一般分為普通方式、補(bǔ)償方式、應(yīng)急方式。普通方式一般應(yīng)用于電網(wǎng)負(fù)荷變化較小的區(qū)域電網(wǎng)；補(bǔ)償方式應(yīng)用于負(fù)荷波動頻繁的區(qū)域電網(wǎng)，比如風(fēng)電負(fù)荷集中和用電負(fù)荷變化頻率較大的區(qū)域電網(wǎng)；應(yīng)急方式在主要應(yīng)用于區(qū)域電網(wǎng)負(fù)荷發(fā)生異常變化時，比如出現(xiàn)發(fā)電機(jī)組大面積從電網(wǎng)解裂或區(qū)域電網(wǎng)較大輸入負(fù)荷中斷時。
[0016]工作原理:區(qū)域風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力通過測量裝置將發(fā)電出力數(shù)據(jù)送至電網(wǎng)監(jiān)控單元，電網(wǎng)監(jiān)控單元根據(jù)風(fēng)電出力、火電出力、電網(wǎng)潮流等電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，計算確定重點(diǎn)調(diào)頻區(qū)域內(nèi)火電機(jī)組需承擔(dān)的調(diào)頻任務(wù)級別，一般分為普通方式、補(bǔ)償方式、應(yīng)急方式，同時優(yōu)化調(diào)度重點(diǎn)區(qū)域調(diào)頻火力發(fā)電機(jī)組負(fù)荷指令至額定負(fù)荷的75% — 85%負(fù)荷區(qū)間，并通過RTU運(yùn)動裝置將負(fù)荷指令和調(diào)頻任務(wù)級別信號下發(fā)至火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)(DCS)，發(fā)電機(jī)組接受電網(wǎng)監(jiān)控單元指令后，自動調(diào)整機(jī)組實(shí)際出力至指令要求處，同時根據(jù)下發(fā)的調(diào)頻任務(wù)級別自動調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率和變負(fù)荷速率設(shè)置，提升機(jī)組一次調(diào)頻和二次調(diào)頻能力。
[0017]本發(fā)明的有益效果:
[0018]本發(fā)明設(shè)計了一種基于風(fēng)力發(fā)電和火力發(fā)電協(xié)調(diào)控制的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)及方法，通過電網(wǎng)監(jiān)控單元監(jiān)控電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)區(qū)域風(fēng)電出力情況，自動調(diào)整火力發(fā)電機(jī)組調(diào)頻調(diào)峰控制參數(shù)設(shè)置，提升火力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻和二次調(diào)頻能力，提高風(fēng)電快速發(fā)展地區(qū)電網(wǎng)快速調(diào)整能力，有效緩解風(fēng)電出力波動大、調(diào)頻能力差等特點(diǎn)對電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的不利影響，改善電網(wǎng)供電品質(zhì)、穩(wěn)定電網(wǎng)安全運(yùn)行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1本發(fā)明整體系統(tǒng)方框示意圖。

【具體實(shí)施方式】
:
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0021 ]山東電網(wǎng)隨著特高壓建設(shè)的快速推進(jìn)，入魯外電負(fù)荷所占比例越來越大，其中“寧電入魯”雙極高壓直流輸入電量4000MW，通過與華北電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線辛聊雙線、黃濱雙線接受電量7100MW，入魯總外電約占山東統(tǒng)調(diào)裝機(jī)容量的22%，另外大容量核電機(jī)組也將于近期投產(chǎn)，電網(wǎng)的構(gòu)成越來越復(fù)雜，電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰壓力也越來越大。
[0022]目前，山東電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電最大裝機(jī)負(fù)荷達(dá)到6000麗，風(fēng)電最大出力已經(jīng)突破4000MW，而山東電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)總裝機(jī)容量約50000MW，風(fēng)電裝機(jī)容量占到總裝機(jī)容量的10%以上。由于風(fēng)電動力自身的隨機(jī)性較大，造成風(fēng)電負(fù)荷波動較大，進(jìn)而引起電網(wǎng)頻率的波動，在沿海等風(fēng)電發(fā)展集中地區(qū)表現(xiàn)尤為明顯。
[0023]由于風(fēng)電自身技術(shù)特性，參與電網(wǎng)調(diào)頻的能力較差，山東電網(wǎng)又缺少具有靈活調(diào)頻能力的水電及燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，因而山東電網(wǎng)的調(diào)頻任務(wù)主要依靠火力發(fā)電機(jī)組承擔(dān)。如何更好的保證電網(wǎng)頻率穩(wěn)定，尤其是風(fēng)電發(fā)展較快地區(qū)，是電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個重要技術(shù)難題。基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)，主要包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電出力測量單元、電網(wǎng)監(jiān)控單元、RTU遠(yuǎn)動裝置、火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)設(shè)備、發(fā)電機(jī)等，具體連接方式如圖1所示。區(qū)域風(fēng)力發(fā)電機(jī)組出力通過測量裝置將發(fā)電出力數(shù)據(jù)送至電網(wǎng)監(jiān)控單元，電網(wǎng)監(jiān)控單元根據(jù)風(fēng)電出力、火電出力、電網(wǎng)潮流等電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，計算確定重點(diǎn)調(diào)頻區(qū)域內(nèi)火電機(jī)組需承擔(dān)的調(diào)頻任務(wù)級別(一般分為普通方式、補(bǔ)償方式、應(yīng)急方式)，同時優(yōu)化調(diào)度重點(diǎn)區(qū)域調(diào)頻火力發(fā)電機(jī)組負(fù)荷指令至調(diào)節(jié)性能較好的負(fù)荷區(qū)間，一般為額定負(fù)荷的75%左右，并通過RTU遠(yuǎn)東裝置將負(fù)荷指令和調(diào)頻任務(wù)級別信號下發(fā)至火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)(DCS)，發(fā)電機(jī)組接受電網(wǎng)監(jiān)控單元指令后，自動調(diào)整機(jī)組實(shí)際出力至指令要求處，同時根據(jù)下發(fā)的調(diào)頻任務(wù)級別自動調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率和變負(fù)荷速率設(shè)置，提升機(jī)組一次調(diào)頻和二次調(diào)頻能力，比如當(dāng)夜間風(fēng)電發(fā)電出力較大時，電網(wǎng)調(diào)頻任務(wù)壓力較大，此時，電網(wǎng)監(jiān)控單元根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行情況自定將重點(diǎn)調(diào)頻機(jī)組的一次調(diào)頻由普通模式轉(zhuǎn)化為補(bǔ)償模式，即減小機(jī)組不等率設(shè)置，同時增大機(jī)組的變負(fù)荷速率，提升機(jī)組調(diào)頻響應(yīng)速度，穩(wěn)定電網(wǎng)安全運(yùn)行。當(dāng)電網(wǎng)頻率偏差超過電網(wǎng)頻率標(biāo)準(zhǔn)時，電網(wǎng)監(jiān)控單元下發(fā)指令將發(fā)電機(jī)組調(diào)頻模式轉(zhuǎn)入應(yīng)急調(diào)頻模式，進(jìn)行機(jī)組負(fù)荷的迫升或迫降，穩(wěn)定電網(wǎng)運(yùn)行。
[0024]工作過程:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，經(jīng)過發(fā)電出力裝置計算風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷出力，送至電網(wǎng)監(jiān)控單元；電網(wǎng)監(jiān)控單位完成電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)控與不同發(fā)電機(jī)組的發(fā)電出力的控制指令下發(fā)；RTU通訊裝置即RTU遠(yuǎn)動裝置主要完成機(jī)組信息與電網(wǎng)監(jiān)控單元信息的交換傳輸?；鹆Πl(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)(DCS)完成發(fā)電機(jī)組出力調(diào)整控制，是該專利技術(shù)實(shí)施的重要部分?；鹆Πl(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備，只要執(zhí)行DCS系統(tǒng)下發(fā)控制指令，調(diào)整設(shè)備出力，給發(fā)電機(jī)提工動力源。發(fā)電機(jī)將機(jī)械動力轉(zhuǎn)換為電能，輸送至供電網(wǎng)絡(luò)。
【權(quán)利要求】
1.基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)，其特征是，包括風(fēng)力發(fā)電出力測量裝置，風(fēng)力發(fā)電出力測量裝置將風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電出力數(shù)據(jù)傳送至電網(wǎng)監(jiān)控單元，電網(wǎng)監(jiān)控單元還與輸電網(wǎng)相連，電網(wǎng)監(jiān)控單元通過RTU遠(yuǎn)動裝置將負(fù)荷指令和調(diào)頻任務(wù)級別信號下發(fā)至火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)，火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)將控制信息傳送至火力發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備，發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備與發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)將將機(jī)械動力轉(zhuǎn)換為電能輸送至輸電網(wǎng)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)的方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一:風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行，風(fēng)力發(fā)電出力測量裝置測量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的發(fā)電出力數(shù)據(jù)并傳送至電網(wǎng)監(jiān)控單元； 步驟二:電網(wǎng)監(jiān)控單元根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，確定重點(diǎn)調(diào)頻區(qū)域內(nèi)火力發(fā)電機(jī)組需承擔(dān)的調(diào)頻任務(wù)級別，同時優(yōu)化調(diào)度重點(diǎn)區(qū)域調(diào)頻火力發(fā)電機(jī)組負(fù)荷指令至設(shè)定的負(fù)荷區(qū)間；電網(wǎng)監(jiān)控單元通過RTU運(yùn)動裝置將負(fù)荷指令和調(diào)頻任務(wù)級別信號下發(fā)至火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)； 步驟三:火力發(fā)電機(jī)組控制系統(tǒng)將控制信息傳送至火力發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備，發(fā)電機(jī)組熱力設(shè)備與發(fā)電機(jī)相連，發(fā)電機(jī)接受電網(wǎng)監(jiān)控單元指令后，自動調(diào)整機(jī)組實(shí)際出力至指令要求處，同時根據(jù)下發(fā)的調(diào)頻任務(wù)級別自動調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)速不等率和變負(fù)荷速率設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)的方法，其特征是，所述電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)包括風(fēng)電出力功率、火電出力功率、電網(wǎng)系統(tǒng)電壓及電網(wǎng)潮流。
4.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)的方法，其特征是，所述發(fā)電出力數(shù)據(jù)為發(fā)電機(jī)組有功功率。
5.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)的方法，其特征是，所述調(diào)頻任務(wù)級別分為普通方式、補(bǔ)償方式及應(yīng)急方式。
6.如權(quán)利要求2所述的基于風(fēng)力發(fā)電與火力發(fā)電的電網(wǎng)調(diào)頻控制系統(tǒng)的方法，其特征是，所述設(shè)定的負(fù)荷區(qū)間為額定負(fù)荷的75% -85%。
【文檔編號】H02J3/46GK104300587SQ201410587374
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】韓英昆, 郎澄宇, 龐向坤, 林波, 高嵩, 李克雷, 于慶彬 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院