基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统及方法
【专利摘要】本发明公开了基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统及方法，包括风力发电出力测量装置，风力发电出力测量装置将风力发电机组的发电出力数据传送至电网监控单元，电网监控单元还与输电网相连，电网监控单元通过RTU远动装置将负荷指令和调频任务级别信号下发至火力发电机组控制系统，火力发电机组控制系统将控制信息传送至火力发电机组热力设备，发电机组热力设备与发电机相连，发电机将将机械动力转换为电能输送至输电网。本发明提高风电快速发展地区电网调频能力，提升机组一次调频和二次调频能力，有效缓解风电出力波动大、调频能力差等特点对电网稳定运行的不利影响，提升电网供电品质、稳定电网安全运行。
【专利说明】基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于风力发电与火力发电协调控制的电网调频控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前，电网的构成越来越复杂，电网调频调峰压力也越来越大，风电装机容量占到总装机容量的10%以上。由于风电动力自身的随机性较大，造成风电负荷波动较大，进而引起电网频率的波动，在沿海等风电发展集中地区表现尤为明显。
[0003]由于风电自身技术特性，参与电网调频的能力较差，电网又缺少具有灵活调频能力的水电及燃气发电机组，因而电网的调频任务主要依靠火力发电机组承担。如何更好的保证电网频率稳定，尤其是风电发展较快地区，是电网安全稳定运行的一个重要技术难题。
【发明内容】
[0004]为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种基于风力风电和火力发电协调控制的电网调频控制装置及方法，可以提高风电发展较快地区电网的快速调频能力，提升电网稳定运行能力。
[0005]为实现上述目的，本发明的具体方案如下:
[0006]基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统，包括风力发电出力测量装置，风力发电出力测量装置将风力发电机组的发电出力数据传送至电网监控单元，电网监控单元还与输电网相连，电网监控单元通过RTU远动装置将负荷指令和调频任务级别信号下发至火力发电机组控制系统，火力发电机组控制系统将控制信息传送至火力发电机组热力设备，发电机组热力设备与发电机相连，发电机将将机械动力转换为电能输送至输电网。
[0007]基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统的方法，包括以下步骤:
[0008]步骤一:风力发电机组运行，风力发电出力测量装置测量风力发电机组的发电出力数据并传送至电网监控单元；
[0009]步骤二:电网监控单元根据风电出力、火电出力、电网潮流等电网运行参数，确定重点调频区域内火力发电机组需承担的调频任务级别，电网监控单元同时优化调度重点区域调频火力发电机组负荷指令至设定的负荷区间，并通过RTU远动装置将负荷指令和调频任务级别信号下发至火力发电机组控制系统；
[0010]步骤三:火力发电机组控制系统将控制信息传送至火力发电机组热力设备，发电机组热力设备与发电机相连，发电机接受电网监控单元指令后，自动调整机组实际出力至指令要求处，同时根据下发的调频任务级别通过火力发电机组控制系统自动调整机组转速不等率和变负荷速率，改变发电机组的调频能力。
[0011]所述电网运行参数包括风电出力功率、火电出力功率、电网系统电压及电网潮流。
[0012]所述发电出力数据为发电有功功率。
[0013]所述调频任务级别分为普通方式、补偿方式及应急方式。
[0014]所述设定的负荷区间为额定负荷的75%—85%。
[0015]调频任务级别一般分为普通方式、补偿方式、应急方式。普通方式一般应用于电网负荷变化较小的区域电网；补偿方式应用于负荷波动频繁的区域电网，比如风电负荷集中和用电负荷变化频率较大的区域电网；应急方式在主要应用于区域电网负荷发生异常变化时，比如出现发电机组大面积从电网解裂或区域电网较大输入负荷中断时。
[0016]工作原理:区域风力发电机组出力通过测量装置将发电出力数据送至电网监控单元，电网监控单元根据风电出力、火电出力、电网潮流等电网运行参数，计算确定重点调频区域内火电机组需承担的调频任务级别，一般分为普通方式、补偿方式、应急方式，同时优化调度重点区域调频火力发电机组负荷指令至额定负荷的75% — 85%负荷区间，并通过RTU运动装置将负荷指令和调频任务级别信号下发至火力发电机组控制系统(DCS)，发电机组接受电网监控单元指令后，自动调整机组实际出力至指令要求处，同时根据下发的调频任务级别自动调整机组转速不等率和变负荷速率设置，提升机组一次调频和二次调频能力。
[0017]本发明的有益效果:
[0018]本发明设计了一种基于风力发电和火力发电协调控制的电网调频控制系统及方法，通过电网监控单元监控电网运行参数，根据区域风电出力情况，自动调整火力发电机组调频调峰控制参数设置，提升火力发电机组一次调频和二次调频能力，提高风电快速发展地区电网快速调整能力，有效缓解风电出力波动大、调频能力差等特点对电网稳定运行的不利影响，改善电网供电品质、稳定电网安全运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1本发明整体系统方框示意图。
【具体实施方式】
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[0020]下面结合附图对本发明进行详细说明:
[0021 ]山东电网随着特高压建设的快速推进，入鲁外电负荷所占比例越来越大，其中“宁电入鲁”双极高压直流输入电量4000MW，通过与华北电网联络线辛聊双线、黄滨双线接受电量7100MW，入鲁总外电约占山东统调装机容量的22%，另外大容量核电机组也将于近期投产，电网的构成越来越复杂，电网调频调峰压力也越来越大。
[0022]目前，山东电网风力发电最大装机负荷达到6000丽，风电最大出力已经突破4000MW，而山东电网统调总装机容量约50000MW，风电装机容量占到总装机容量的10%以上。由于风电动力自身的随机性较大，造成风电负荷波动较大，进而引起电网频率的波动，在沿海等风电发展集中地区表现尤为明显。
[0023]由于风电自身技术特性，参与电网调频的能力较差，山东电网又缺少具有灵活调频能力的水电及燃气发电机组，因而山东电网的调频任务主要依靠火力发电机组承担。如何更好的保证电网频率稳定，尤其是风电发展较快地区，是电网安全稳定运行的一个重要技术难题。基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统，主要包括风力发电机组、风力发电出力测量单元、电网监控单元、RTU远动装置、火力发电机组控制系统、热力系统设备、发电机等，具体连接方式如图1所示。区域风力发电机组出力通过测量装置将发电出力数据送至电网监控单元，电网监控单元根据风电出力、火电出力、电网潮流等电网运行参数，计算确定重点调频区域内火电机组需承担的调频任务级别(一般分为普通方式、补偿方式、应急方式)，同时优化调度重点区域调频火力发电机组负荷指令至调节性能较好的负荷区间，一般为额定负荷的75%左右，并通过RTU远东装置将负荷指令和调频任务级别信号下发至火力发电机组控制系统(DCS)，发电机组接受电网监控单元指令后，自动调整机组实际出力至指令要求处，同时根据下发的调频任务级别自动调整机组转速不等率和变负荷速率设置，提升机组一次调频和二次调频能力，比如当夜间风电发电出力较大时，电网调频任务压力较大，此时，电网监控单元根据电网运行情况自定将重点调频机组的一次调频由普通模式转化为补偿模式，即减小机组不等率设置，同时增大机组的变负荷速率，提升机组调频响应速度，稳定电网安全运行。当电网频率偏差超过电网频率标准时，电网监控单元下发指令将发电机组调频模式转入应急调频模式，进行机组负荷的迫升或迫降，稳定电网运行。
[0024]工作过程:风力发电机组运行，经过发电出力装置计算风力发电机组的负荷出力，送至电网监控单元；电网监控单位完成电网运行参数的监控与不同发电机组的发电出力的控制指令下发；RTU通讯装置即RTU远动装置主要完成机组信息与电网监控单元信息的交换传输。火力发电机组控制系统(DCS)完成发电机组出力调整控制，是该专利技术实施的重要部分。火力发电机组热力设备，只要执行DCS系统下发控制指令，调整设备出力，给发电机提工动力源。发电机将机械动力转换为电能，输送至供电网络。
【权利要求】
1.基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统，其特征是，包括风力发电出力测量装置，风力发电出力测量装置将风力发电机组的发电出力数据传送至电网监控单元，电网监控单元还与输电网相连，电网监控单元通过RTU远动装置将负荷指令和调频任务级别信号下发至火力发电机组控制系统，火力发电机组控制系统将控制信息传送至火力发电机组热力设备，发电机组热力设备与发电机相连，发电机将将机械动力转换为电能输送至输电网。
2.如权利要求1所述的基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统的方法，其特征是，包括以下步骤: 步骤一:风力发电机组运行，风力发电出力测量装置测量风力发电机组的发电出力数据并传送至电网监控单元； 步骤二:电网监控单元根据电网运行参数，确定重点调频区域内火力发电机组需承担的调频任务级别，同时优化调度重点区域调频火力发电机组负荷指令至设定的负荷区间；电网监控单元通过RTU运动装置将负荷指令和调频任务级别信号下发至火力发电机组控制系统； 步骤三:火力发电机组控制系统将控制信息传送至火力发电机组热力设备，发电机组热力设备与发电机相连，发电机接受电网监控单元指令后，自动调整机组实际出力至指令要求处，同时根据下发的调频任务级别自动调整机组转速不等率和变负荷速率设置。
3.如权利要求2所述的基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统的方法，其特征是，所述电网运行参数包括风电出力功率、火电出力功率、电网系统电压及电网潮流。
4.如权利要求2所述的基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统的方法，其特征是，所述发电出力数据为发电机组有功功率。
5.如权利要求2所述的基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统的方法，其特征是，所述调频任务级别分为普通方式、补偿方式及应急方式。
6.如权利要求2所述的基于风力发电与火力发电的电网调频控制系统的方法，其特征是，所述设定的负荷区间为额定负荷的75% -85%。
【文档编号】H02J3/46GK104300587SQ201410587374
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】韩英昆, 郎澄宇, 庞向坤, 林波, 高嵩, 李克雷, 于庆彬 申请人:国家电网公司, 国网山东省电力公司电力科学研究院