一种循环流化床发电机组的调频辅助系统的制作方法

1.本发明属于燃煤机组一次调频技术领域，具体涉及循环流化床发电机组一次调频技术领域。


背景技术：

2.发电厂的调频辅助系统旨在确保发电厂能够在变化的负荷需求下保持电力输出的平衡。其工作原理是通过监测电网频率、电压和电力输出等参数，将这些数据传给控制中心，中心随即向发电机提供自动控制信号，调节其负荷大小，保持电力输出的平衡，以满足电网负荷需求。调频辅助系统还可协调不同发电厂的电力输出，以达到电网运行的整体平衡，保证电力系统的稳定性和安全性。
3.循环流化床机组是一种使用循环流化床技术的发电设备。循环流化床是一种以具有一定流动性能的固体颗粒为介质，在高速气流作用下形成流化状态的一种技术。在循环流化床机组中，煤炭等燃料被燃烧，产生的高温气体通过循环流化床中的固体颗粒与水汽混合作用，驱动发电机组发电。循环流化床机组的优点包括燃烧效率高、可燃物质适用性广、燃烧排放物排放量低等。循环流化床技术也能利用废弃物和生物质等替代化石燃料，实现环保、节能的目的。目前，循环流化床机组已成为十分普遍的火电发电方式之一。
4.循环流化床机组中锅炉主控输出回路的作用是将锅炉的运行状态信息反馈给控制系统，以实现对锅炉的自动化控制。具体来说，这个回路的主要作用有以下几个方面：
5.1.监测锅炉运行状态：锅炉主控输出回路通过传感器等设备实时监测锅炉的温度、压力、流量等参数，将这些信息反馈给控制系统，并对锅炉运行状态进行实时的监测和分析。这样可以帮助控制系统及时发现锅炉运行中的异常情况，防止锅炉发生事故。
6.2.调节锅炉运行参数：根据锅炉运行状态的监测结果，控制系统可以通过主控输出回路输出控制信号，调节锅炉的工作参数，例如给水流量、燃气流量、风量等，保证锅炉在最优的工作状态下运行，提高燃烧效率，降低能源消耗。
7.3.实现自动化控制：循环流化床机组中锅炉主控输出回路的作用还在于实现自动化控制。通过对锅炉运行参数的监测和调节，控制系统可以自动地对锅炉进行控制，减少人为干扰，提高系统稳定性和可靠性。
8.循环流化床机组燃烧过程缓慢，负荷难以实现快速响应，且调频响应缺少动态评价补偿，无法实现滚动优化效果。循环流化床机组受燃烧特性的影响，对于负荷的快速连续响应往往会滞后一段时间，所以为了确保在调频服务中提升机组的响应能力，业内针对一次调频的优化有多重尝试，典型的折线函数变工况变参数需要结合试验确定，且数据为相对值，缺乏对系统的实时参考比对。当机组燃料属性发生变化，变参数也无法实现较准确的动作响应。而现阶段的储能技术应用在一次调频的，相对电化学储能，飞轮储能是一种可参考方式，但是对于调频的考核与投资的收益，对于发电企业而言很难接受这种新技术，目前市场上缺少的是投资少、工况自适应性强的先进调频辅助技术产品。


技术实现要素：

9.为解决循环流化床发电机组对于变化的负荷存在响应速度慢的问题，本发明提供一种循环流化床发电机组的调频辅助系统，所述系统包括：
10.信号同源接口服务器：用于采集循环流化床发电机组中的pmu柜数据；用于采集循环流化床发电机组中的dcs系统数据报文；用于根据所述pmu柜数据获得循环流化床发电机组的机组频率和机组负荷，并发送给调频辅助决策模块；还用于发送所述dcs系统数据报文给调频辅助决策模块；
11.调频辅助决策模块：用于根据所述机组频率和机组负荷获得补偿负荷增量比k1；用于根据所述dcs系统数据报文获得调频增益系数k2；还用于发送调频辅助决策模块内数据信息给调频实时监控模块；
12.修正负荷系数模块：用于根据所述补偿负荷增量比k1和调频增益系数k2获得补偿负荷；还用于将所述补偿负荷输入锅炉主控输出回路；
13.调频实时监控模块：用于显示所述调频辅助决策模块内数据信息；还用于存储所述调频辅助决策模块内数据信息。
14.本发明所述调频辅助系统的有益效果为：
15.1、开发了一种调频辅助控制系统，所述调频辅助控制系统帮助循环流化床机组实时计算补偿负荷，将补偿负荷输入锅炉主控输出回路，锅炉主控输出回路会根据补偿负荷提前补偿能量缺口，从而实时快速响应，提升机组的调频响应能力。
16.2、开发调频辅助决策模块，实时计算实际补偿负荷增量和理论补偿负荷增量，实现通过机组频率和机组负荷对机组有关调频参数的动态计算；基于plc平台进行开发，形成独立功能模块，独立于传统的调频控制系统，使用方便，不使用时也可以随时将调频辅助决策模块从原有调频控制系统中剥离，具有很强的工况自适应性。
17.3、开发修正负荷系数模块，并利用调频辅助决策模块的动态数据获取变化的补偿负荷，利用所述补偿负荷修正锅炉主控指令，确保燃烧工艺的超前动作，能够显著提高机组在不同负荷下的动态参数修正能力，实现了机组辅助调频的主动适应性，相比于传统的燃煤机组一次调频中应用的修正远离技术只适用于负荷波动较小的情况，本发明中的修正负荷系数模块具有修正的实时性，因此可以适用于各种负荷波动的情况；实现了基于调频动态评价和负荷修正的综合调频优化方法，该方法及系统更适用于循环流化床机组，循环流化床机组燃烧过程缓慢，负荷难以实现快速响应，且调频响应缺少动态评价补偿，无法实现滚动优化效果，而本负荷系数模块能够显著提高机组在不同负荷下的动态参数修正能力，实现了机组辅助调频的滚动优化。
18.4、本发明所述的调频辅助系统提高了循环流化床发电机组对发电功率的控制精度，而且基于自动化的系统和设备进行控制，可以实现以较少的投资达到较强的调频精确度。
19.本发明所述调频辅助系统可以应用在燃煤机组一次调频技术领域、循环流化床发电机组一次调频技术领域、燃煤机组调频辅助技术领域以及循环流化床发电机组调频辅助技术领域。
附图说明
20.图1为本发明实施例所述调频辅助系统框图；
21.图2为本发明实施例所述调频辅助系统内部及其与循环流化床发电机组通讯示意图。
具体实施方式
22.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
23.实施例1、
24.本实施例提供一种循环流化床发电机组的调频辅助系统，如图1所示，本系统包括：信号同源接口服务器、调频辅助决策模块、修正负荷系数模块和调频实时监控模块；信号同源接口服务器为具有接口及运算功能的小型处理器，调频辅助决策模块基于plc平台进行开发，修正负荷系数模块为在循环流化床发电机组中的dcs系统中增加的功能架构模块，调频实时监控模块基于java平台开发。
25.本系统在应用时与循环流化床发电机组进行信息交流，进行信息采集，图2为所示为本实施例所述调频辅助系统内部及其与循环流化床发电机组通讯示意图，其中：
26.信号同源接口服务器：采集循环流化床发电机组中的pmu柜数据；采集循环流化床发电机组中的dcs系统数据报文；根据所述pmu柜数据获得循环流化床发电机组的机组频率和机组负荷，并发送给调频辅助决策模块；发送所述dcs系统数据报文给调频辅助决策模块；
27.调频辅助决策模块：根据所述机组频率和机组负荷获得补偿负荷增量比k1；根据所述dcs系统数据报文获得调频增益系数k2；发送调频辅助决策模块内数据信息给调频实时监控模块；
28.修正负荷系数模块：根据所述补偿负荷增量比k1和调频增益系数k2获得补偿负荷；将所述补偿负荷输入锅炉主控输出回路，提前补偿前一时刻的能量缺口；
29.调频实时监控模块：显示所述调频辅助决策模块内数据信息；存储所述调频辅助决策模块内数据信息。
30.实施例2、
31.本实施例是对实施例1的进一步限定，所述信号同源接口服务器具备模拟量输入和模拟量输出信道，其信号类型支持4-20ma和0-10v，所述模拟量输入信道用于接收pmu柜数据，模拟量输出信道用于向调频决策模块输出机组频率和机组负荷，此外信号同源接口服务器还通过modbus tcp协议与调频辅助决策模块通讯，将dcs系统数据报文发送至调频辅助决策模块。
32.信号同源接口服务器配置pmu柜参数，实施数据镜像采集，采样频率控制为1s，如图2所示，所述pmu柜数据包括发电机变压器组电流信号、发电机变压器组电压信号、主变压器高压侧电流信号和主变压器高压侧电压信号，对于上述数据基于傅里叶复变解析，获取发电机端出口频率和负荷。
33.所述pmu柜，为循环流化床机组中的一个与国家电网进行数据传输的通讯介质，属
于整个火力发电系统构成中的一部分，所有的发电机组都有这个pmu柜(用于采集电气相量信号)，所谓的pmu柜参数配置，就是设置好与pmu柜间的modbus tcp通讯接口参数，包括：目标ip，功能码，数据类型和长度，所谓的镜像就是一种语言的表达，相当于从pmu柜通过modbus通讯协议，将数据复制到信号同源接口服务器中。
34.实施例3、
35.本实施例是对实施例1的进一步限定，dcs系统是分散控制系统的英文缩写，是循环流化床机组的控制核心，所有控制指令均是由dcs系统发出的，同时还承担数据采集、运算处理等相关工作。所述dcs系统数据报文包括汽轮机组实际调节级后压力、汽轮机组额定调节级后压力、汽轮机组实际机前压力和汽轮机组额定机前压力，还可以根据实际需要进行内容上的增加，例如，可以增加高调门开度指令、综合阀位指令、机组运行方式、机/炉主控指令等，上述信息在dcs系统发送时，采用打包发送的方式。
36.实施例4、
37.本实施例是对实施例1的进一步先限定，所述调频辅助决策模块内数据信息包括机组频率、机组负荷、补偿负荷增量比k1和调频增益系数k2，上述信息在调频辅助决策模块发送时，采用打包发送的方式到调频实时监控模块，采用modbus通讯协议发送。
38.实施例5、
39.本实施例是对实施例1的进一步限定，所述调频辅助决策模块还向所述dcs系统发送心跳波检测信号，所述心跳波检测信号用于判断循环流化床发电机组的调频辅助系统与dcs系统是否连接。调频辅助决策系统内部设计有通讯传输判断逻辑，在系统内部定义某一标志位并传输至dcs系统，在dcs系统搭建延时置位和复位，时间设置为5s。
40.实施例6、
41.本实施例是对实施例1的进一步限定，所述计算补偿负荷增量比k1，采用如下步骤进行：
42.s601、计算实际补偿负荷增量，所述实际补偿负荷增量为t时刻的机组负荷与(t-1)时刻的机组负荷的差值；
43.s602、计算理论补偿负荷增量，采用
[0044][0045]
实现，其中δ为转速不等率，pe为机组额定功率，f为机组频率，δp为理论补偿负荷增量；
[0046]
s603、计算补偿负荷增量比k1，k1＝实际补偿负荷增量/理论补偿负荷增量。
[0047]
实施例7、
[0048]
本实施例是对实施例1的进一步限定，所述计算调频增益系数k2，采用如下步骤进行：
[0049]
s701、计算实际机组流量特性线性度，采用
[0050][0051]
实现，其中p
实际调节级后
表示汽轮机组实际调节级后压力，p
额定调节级后
表示汽轮机组额定调节级后压力，p
实际机前
表示汽轮机组实际机前压力，p
额定机前
表示汽轮机组额定机前压力；
[0052]
s702、计算调频增益系数k2，
[0053]
实施例8、
[0054]
本实施例是对实施例1的进一步限定，所述计算补偿负荷，采用如下步骤进行：
[0055]
s801、计算所述理论补偿负荷增量与所述补偿负荷增量比k1的乘积，记为乘积a；
[0056]
s802、计算所述乘积a与所述调频增益系数k2的乘积，即为补偿负荷。

技术特征：
1.一种循环流化床发电机组的调频辅助系统，其特征在于，所述系统包括：信号同源接口服务器：用于采集循环流化床发电机组中的pmu柜数据；用于采集循环流化床发电机组中的dcs系统数据报文；用于根据所述pmu柜数据获得循环流化床发电机组的机组频率和机组负荷，并发送给调频辅助决策模块；还用于发送所述dcs系统数据报文给调频辅助决策模块；调频辅助决策模块：用于根据所述机组频率和机组负荷获得补偿负荷增量比k1；用于根据所述dcs系统数据报文获得调频增益系数k2；还用于发送调频辅助决策模块内数据信息给调频实时监控模块；修正负荷系数模块：用于根据所述补偿负荷增量比k1和调频增益系数k2获得补偿负荷；还用于将所述补偿负荷输入锅炉主控输出回路；调频实时监控模块：用于显示所述调频辅助决策模块内数据信息；还用于存储所述调频辅助决策模块内数据信息。2.根据权利要求1所述的循环流化床发电机组的调频辅助系统，其特征在于，所述信号同源接口服务器为具有接口及运算功能的处理器，所述调频辅助决策模块基于plc平台进行开发，所述修正负荷系数模块为在循环流化床发电机组中的dcs系统中增加的功能架构模块，所述调频实时监控模块基于java平台开发。3.根据权利要求1所述的循环流化床发电机组的调频辅助系统，其特征在于，所述pmu柜数据包括发电机变压器组电流信号、发电机变压器组电压信号、主变压器高压侧电流信号和主变压器高压侧电压信号。4.根据权利要求1所述的循环流化床发电机组的调频辅助系统，其特征在于，所述dcs系统数据报文包括汽轮机组实际调节级后压力、汽轮机组额定调节级后压力、汽轮机组实际机前压力和汽轮机组额定机前压力。5.根据权利要求1所述的循环流化床发电机组的调频辅助系统，其特征在于，所述调频辅助决策模块内数据信息包括机组频率、机组负荷、补偿负荷增量比k1和调频增益系数k2。6.根据权利要求1所述的循环流化床发电机组的调频辅助系统，其特征在于，所述调频辅助决策模块还向所述dcs系统发送心跳波检测信号，所述心跳波检测信号用于判断循环流化床发电机组的调频辅助系统与dcs系统是否连接。7.根据权利要求1所述的循环流化床发电机组的调频辅助系统，其特征在于，所述计算补偿负荷增量比k1，采用如下步骤进行：s701、根据所述机组负荷获得实际补偿负荷增量，所述实际补偿负荷增量为t时刻的机组负荷与(t-1)时刻的机组负荷的差值；s702、根据所述机组频率获得理论补偿负荷增量：其中，δ为转速不等率，p
e
为机组额定功率，f为机组频率，δp为理论补偿负荷增量；s703、根据公式：k1＝实际补偿负荷增量/理论补偿负荷增量，获得补偿负荷增量比k1。8.根据权利要求1所述的循环流化床发电机组的调频辅助系统，其特征在于，所述计算
调频增益系数k2，采用如下步骤进行：s801、根据所述dcs系统数据报文获得实际机组流量特性线性度：其中，β表示实际机组流量特性线性度，p
实际调节级后
表示汽轮机组实际调节级后压力，p
额定调节级后
表示汽轮机组额定调节级后压力，p
实际机前
表示汽轮机组实际机前压力，p
额定机前
表示汽轮机组额定机前压力；s802、根据所述实际机组流量特性线性度计算调频增益系数k2，9.根据权利要求1所述的循环流化床发电机组的调频辅助系统，其特征在于，所述计算补偿负荷，采用如下步骤进行：s901、计算所述理论补偿负荷增量与所述补偿负荷增量比k1的乘积，记为乘积a；s902、计算所述乘积a与所述调频增益系数k2的乘积，即为补偿负荷。

技术总结
循环流化床发电机组的调频辅助系统。属于燃煤机组一次调频技术领域，具体涉及循环流化床发电机组一次调频技术领域。其解决了循环流化床发电机组对于变化的负荷存在响应速度慢的问题。所述系统包括：信号同源接口服务器、调频辅助决策模块、修正负荷系数模块和调频实时监控模块，信号同源接口服务器为具有接口及运算功能的小型处理器，调频辅助决策模块基于PLC平台进行开发，修正负荷系数模块为在循环流化床发电机组中的DCS系统中增加的功能架构模块，调频实时监控模块基于JAVA平台开发。本发明所述系统可应用在燃煤机组一次调频技术领域、循环流化床发电机组一次调频技术领域、燃煤机组调频辅助技术领域以及循环流化床发电机组频辅助技术领域。电机组频辅助技术领域。电机组频辅助技术领域。


技术研发人员：徐小刚 杨会敏 张玉龙 吕强
受保护的技术使用者：大唐武安发电有限公司
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/21