[發明專利]一種電熱鍋爐參與電網頻率調節的控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 201710406458.0
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107134795B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 高山;王文;黨東升;朱凌志;董振斌;王誠良;施濤;周玨;董曉晶;周宗川
• 申請（專利權）人: 東南大學;國家電網公司;國網寧夏電力公司;中國電力科學研究院;國網寧夏電力公司經濟技術研究院;國網江蘇省電力公司
• 主分類號: H02J3/24
• 分類號: H02J3/24
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種電熱鍋爐參與電網頻率調節的控制系統及控制方法，其中控制系統包括：電熱鍋爐動態模塊：根據當前時刻的回水溫度及加熱功率采樣值計算下一時刻的電熱鍋爐水體平均溫度，并將其傳遞給電熱鍋爐頻率響應模塊；發電機系統等值模塊：根據負荷的狀態結合轉子運動方程，獲取系統頻率波動情況；電熱鍋爐頻率響應模塊：根據系統頻率波動情況判斷是否參與系統調頻，根據接收的下一時刻的電熱鍋爐水體平均溫度計算電熱鍋爐的調頻潛力，根據電熱鍋爐的調頻潛力調整鍋爐加熱功率完成電熱鍋爐參與系統調頻控制。本發明控制系統改變電熱鍋爐負荷大小，實現功率快速調整，維持發電功率和負荷需求的平衡。

技術領域

本發明涉及一種電熱鍋爐參與電網頻率調節控制方法，屬于需求側的系統頻率控制技術相關領域。

背景技術

隨著我國經濟的不斷增長，電力供應時段性緊缺現象日益嚴重。電力系統運行中經常出現負荷預測與實際運行差距較大或者系統遭受事故，對系統有功平衡造成嚴重影響，若不及時進行控制將導致頻率崩潰。傳統電力系統中主要從電源側入手，執行“電源調度”，即調度中心只能通過控制火電、水電及抽水蓄能等調頻機組出力完成調頻任務。常規的發電側調頻服務資源不僅受爬坡/滑坡速率約束，特別是伴隨分布式能源裝機容量的快速增長和大規模并網，其出力的隨機波動性極大地增加了電網運行調度，發電側調頻的成本越來越高，常規電源提供調頻的方式已經無法適應新形勢的發展。

不同于傳統的基于發電側頻率調節控制方法，通過合理的控制措施使需求側資源能夠根據電網頻率偏差方向及時、快速、精確地調整負荷狀況，可以緩解電網供需平衡。而電熱鍋爐是一種通過多個電熱管將電能轉換成熱能，生產較高溫度的熱水或一定壓力的蒸汽的裝置。一方面具有短暫的能量存儲特性，短時間改變運行狀態不會影響其效用，另一方面它具有熱效率高、調節靈活、性能穩定等特點，容易實現功率快速調整，維持發電功率和負荷需求的平衡。

但是目前尚欠缺電熱鍋爐參與電網頻率調節控制方法的研究。在研究電熱鍋爐參與電網調頻控制中，必須結合電熱鍋爐自身運行狀態及裕度限制以研究調頻控制方式，所以需要首先建立電熱鍋爐動態模型，獲取鍋爐運行時的實時狀態變量，然后以此建立電熱鍋爐參與調頻的控制方式。

發明內容

技術問題

本發明旨在解決現有調頻方式和技術的不足，提出了一種電熱鍋爐參與電網頻率調節控制方法，使電熱鍋爐參與電力系統頻率調節過程中，有效減少調頻備用發電機組的容量需求，減少調頻成本。

技術方案

為實現上述目的，具體采用以下技術方案：

一種電熱鍋爐參與電網頻率調節的控制系統，其特征在于，包括：

電熱鍋爐動態模塊：根據當前時刻的回水溫度及加熱功率采樣值計算下一時刻的電熱鍋爐水體平均溫度，并將其傳遞給電熱鍋爐頻率響應模塊；

發電機系統等值模塊：根據負荷的狀態結合轉子運動方程，獲取系統頻率波動情況；

電熱鍋爐頻率響應模塊：根據系統頻率波動情況判斷是否參與系統調頻，根據接收的下一時刻的電熱鍋爐水體平均溫度計算電熱鍋爐的調頻潛力，根據電熱鍋爐的調頻潛力調整鍋爐加熱功率完成電熱鍋爐參與系統調頻控制。

所述電熱鍋爐動態模塊計算下一時刻的電熱鍋爐水體平均溫度T(t+1)的方法為：

其中，c表示水比熱容；m表示加熱環節水體質量；T表示水體水溫平均值；α表示加熱效率系數；ΔP(s)表示鍋爐加熱功率變化積分量；ΔT_in(s)表示鍋爐加熱環節回水溫度變化積分量；ΔT_out(s)表示鍋爐加熱環節出水溫度變化積分量；u表示循環流量；T_out表示鍋爐加熱環節出水溫度；T_in表示鍋爐加熱環節回水溫度；s表示對時間的導數算子。