基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統及方法
【專利摘要】本發明公開了基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統及方法，包括風力發電出力測量裝置，風力發電出力測量裝置將風力發電機組的發電出力數據傳送至電網監控單元，電網監控單元還與輸電網相連，電網監控單元通過RTU遠動裝置將負荷指令和調頻任務級別信號下發至火力發電機組控制系統，火力發電機組控制系統將控制信息傳送至火力發電機組熱力設備，發電機組熱力設備與發電機相連，發電機將將機械動力轉換為電能輸送至輸電網。本發明提高風電快速發展地區電網調頻能力，提升機組一次調頻和二次調頻能力，有效緩解風電出力波動大、調頻能力差等特點對電網穩定運行的不利影響，提升電網供電品質、穩定電網安全運行。
【專利說明】基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統及方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基于風力發電與火力發電協調控制的電網調頻控制系統及方法。

【背景技術】
[0002]目前，電網的構成越來越復雜，電網調頻調峰壓力也越來越大，風電裝機容量占到總裝機容量的10%以上。由于風電動力自身的隨機性較大，造成風電負荷波動較大，進而引起電網頻率的波動，在沿海等風電發展集中地區表現尤為明顯。
[0003]由于風電自身技術特性，參與電網調頻的能力較差，電網又缺少具有靈活調頻能力的水電及燃氣發電機組，因而電網的調頻任務主要依靠火力發電機組承擔。如何更好的保證電網頻率穩定，尤其是風電發展較快地區，是電網安全穩定運行的一個重要技術難題。


【發明內容】

[0004]為解決現有技術存在的不足，本發明公開了一種基于風力風電和火力發電協調控制的電網調頻控制裝置及方法，可以提高風電發展較快地區電網的快速調頻能力，提升電網穩定運行能力。
[0005]為實現上述目的，本發明的具體方案如下:
[0006]基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統，包括風力發電出力測量裝置，風力發電出力測量裝置將風力發電機組的發電出力數據傳送至電網監控單元，電網監控單元還與輸電網相連，電網監控單元通過RTU遠動裝置將負荷指令和調頻任務級別信號下發至火力發電機組控制系統，火力發電機組控制系統將控制信息傳送至火力發電機組熱力設備，發電機組熱力設備與發電機相連，發電機將將機械動力轉換為電能輸送至輸電網。
[0007]基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統的方法，包括以下步驟:
[0008]步驟一:風力發電機組運行，風力發電出力測量裝置測量風力發電機組的發電出力數據并傳送至電網監控單元；
[0009]步驟二:電網監控單元根據風電出力、火電出力、電網潮流等電網運行參數，確定重點調頻區域內火力發電機組需承擔的調頻任務級別，電網監控單元同時優化調度重點區域調頻火力發電機組負荷指令至設定的負荷區間，并通過RTU遠動裝置將負荷指令和調頻任務級別信號下發至火力發電機組控制系統；
[0010]步驟三:火力發電機組控制系統將控制信息傳送至火力發電機組熱力設備，發電機組熱力設備與發電機相連，發電機接受電網監控單元指令后，自動調整機組實際出力至指令要求處，同時根據下發的調頻任務級別通過火力發電機組控制系統自動調整機組轉速不等率和變負荷速率，改變發電機組的調頻能力。
[0011]所述電網運行參數包括風電出力功率、火電出力功率、電網系統電壓及電網潮流。
[0012]所述發電出力數據為發電有功功率。
[0013]所述調頻任務級別分為普通方式、補償方式及應急方式。
[0014]所述設定的負荷區間為額定負荷的75%—85%。
[0015]調頻任務級別一般分為普通方式、補償方式、應急方式。普通方式一般應用于電網負荷變化較小的區域電網；補償方式應用于負荷波動頻繁的區域電網，比如風電負荷集中和用電負荷變化頻率較大的區域電網；應急方式在主要應用于區域電網負荷發生異常變化時，比如出現發電機組大面積從電網解裂或區域電網較大輸入負荷中斷時。
[0016]工作原理:區域風力發電機組出力通過測量裝置將發電出力數據送至電網監控單元，電網監控單元根據風電出力、火電出力、電網潮流等電網運行參數，計算確定重點調頻區域內火電機組需承擔的調頻任務級別，一般分為普通方式、補償方式、應急方式，同時優化調度重點區域調頻火力發電機組負荷指令至額定負荷的75% — 85%負荷區間，并通過RTU運動裝置將負荷指令和調頻任務級別信號下發至火力發電機組控制系統(DCS)，發電機組接受電網監控單元指令后，自動調整機組實際出力至指令要求處，同時根據下發的調頻任務級別自動調整機組轉速不等率和變負荷速率設置，提升機組一次調頻和二次調頻能力。
[0017]本發明的有益效果:
[0018]本發明設計了一種基于風力發電和火力發電協調控制的電網調頻控制系統及方法，通過電網監控單元監控電網運行參數，根據區域風電出力情況，自動調整火力發電機組調頻調峰控制參數設置，提升火力發電機組一次調頻和二次調頻能力，提高風電快速發展地區電網快速調整能力，有效緩解風電出力波動大、調頻能力差等特點對電網穩定運行的不利影響，改善電網供電品質、穩定電網安全運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1本發明整體系統方框示意圖。

【具體實施方式】
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[0020]下面結合附圖對本發明進行詳細說明:
[0021 ]山東電網隨著特高壓建設的快速推進，入魯外電負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，通過與華北電網聯絡線辛聊雙線、黃濱雙線接受電量7100MW，入魯總外電約占山東統調裝機容量的22%，另外大容量核電機組也將于近期投產，電網的構成越來越復雜，電網調頻調峰壓力也越來越大。
[0022]目前，山東電網風力發電最大裝機負荷達到6000麗，風電最大出力已經突破4000MW，而山東電網統調總裝機容量約50000MW，風電裝機容量占到總裝機容量的10%以上。由于風電動力自身的隨機性較大，造成風電負荷波動較大，進而引起電網頻率的波動，在沿海等風電發展集中地區表現尤為明顯。
[0023]由于風電自身技術特性，參與電網調頻的能力較差，山東電網又缺少具有靈活調頻能力的水電及燃氣發電機組，因而山東電網的調頻任務主要依靠火力發電機組承擔。如何更好的保證電網頻率穩定，尤其是風電發展較快地區，是電網安全穩定運行的一個重要技術難題。基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統，主要包括風力發電機組、風力發電出力測量單元、電網監控單元、RTU遠動裝置、火力發電機組控制系統、熱力系統設備、發電機等，具體連接方式如圖1所示。區域風力發電機組出力通過測量裝置將發電出力數據送至電網監控單元，電網監控單元根據風電出力、火電出力、電網潮流等電網運行參數，計算確定重點調頻區域內火電機組需承擔的調頻任務級別(一般分為普通方式、補償方式、應急方式)，同時優化調度重點區域調頻火力發電機組負荷指令至調節性能較好的負荷區間，一般為額定負荷的75%左右，并通過RTU遠東裝置將負荷指令和調頻任務級別信號下發至火力發電機組控制系統(DCS)，發電機組接受電網監控單元指令后，自動調整機組實際出力至指令要求處，同時根據下發的調頻任務級別自動調整機組轉速不等率和變負荷速率設置，提升機組一次調頻和二次調頻能力，比如當夜間風電發電出力較大時，電網調頻任務壓力較大，此時，電網監控單元根據電網運行情況自定將重點調頻機組的一次調頻由普通模式轉化為補償模式，即減小機組不等率設置，同時增大機組的變負荷速率，提升機組調頻響應速度，穩定電網安全運行。當電網頻率偏差超過電網頻率標準時，電網監控單元下發指令將發電機組調頻模式轉入應急調頻模式，進行機組負荷的迫升或迫降，穩定電網運行。
[0024]工作過程:風力發電機組運行，經過發電出力裝置計算風力發電機組的負荷出力，送至電網監控單元；電網監控單位完成電網運行參數的監控與不同發電機組的發電出力的控制指令下發；RTU通訊裝置即RTU遠動裝置主要完成機組信息與電網監控單元信息的交換傳輸。火力發電機組控制系統(DCS)完成發電機組出力調整控制，是該專利技術實施的重要部分?；鹆Πl電機組熱力設備，只要執行DCS系統下發控制指令，調整設備出力，給發電機提工動力源。發電機將機械動力轉換為電能，輸送至供電網絡。
【權利要求】
1.基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統，其特征是，包括風力發電出力測量裝置，風力發電出力測量裝置將風力發電機組的發電出力數據傳送至電網監控單元，電網監控單元還與輸電網相連，電網監控單元通過RTU遠動裝置將負荷指令和調頻任務級別信號下發至火力發電機組控制系統，火力發電機組控制系統將控制信息傳送至火力發電機組熱力設備，發電機組熱力設備與發電機相連，發電機將將機械動力轉換為電能輸送至輸電網。
2.如權利要求1所述的基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統的方法，其特征是，包括以下步驟: 步驟一:風力發電機組運行，風力發電出力測量裝置測量風力發電機組的發電出力數據并傳送至電網監控單元； 步驟二:電網監控單元根據電網運行參數，確定重點調頻區域內火力發電機組需承擔的調頻任務級別，同時優化調度重點區域調頻火力發電機組負荷指令至設定的負荷區間；電網監控單元通過RTU運動裝置將負荷指令和調頻任務級別信號下發至火力發電機組控制系統； 步驟三:火力發電機組控制系統將控制信息傳送至火力發電機組熱力設備，發電機組熱力設備與發電機相連，發電機接受電網監控單元指令后，自動調整機組實際出力至指令要求處，同時根據下發的調頻任務級別自動調整機組轉速不等率和變負荷速率設置。
3.如權利要求2所述的基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統的方法，其特征是，所述電網運行參數包括風電出力功率、火電出力功率、電網系統電壓及電網潮流。
4.如權利要求2所述的基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統的方法，其特征是，所述發電出力數據為發電機組有功功率。
5.如權利要求2所述的基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統的方法，其特征是，所述調頻任務級別分為普通方式、補償方式及應急方式。
6.如權利要求2所述的基于風力發電與火力發電的電網調頻控制系統的方法，其特征是，所述設定的負荷區間為額定負荷的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 優先權日:2014年10月28日
【發明者】韓英昆, 郎澄宇, 龐向坤, 林波, 高嵩, 李克雷, 于慶彬 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司電力科學研究院