保障送端電網安全穩定的火電機組功率預測控制系統技術方案

本發明專利技術公開了一種保障送端電網安全穩定的火電機組功率預測控制系統，它包括：高頻緊急狀態及預測單元（1），與調速器預測控制單元（2）和鍋爐預測控制單元（3）電連接；調速器預測控制單元（2），與調速機構的伺服器電連接；鍋爐預測控制單元（3），與鍋爐及輔機電連接；在送端電網解列時，測量出電網自然分配給機組的功率，換算得到保持孤網平衡、分配公正的機組預測功率設定，機組預測控制方法對汽輪機和鍋爐實施快速和準確的控制調整，有效地保障了鍋爐、汽輪機與電網之間能量的動態平衡，解決了超速保護（OPC）的振蕩問題，大幅提高了送端電網高頻穩定水平和機組的安全性。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電網安全控制領域和汽輪發電機組熱力控制領域，尤其涉及到一種保障送端電網安全穩定的火電機組功率預測控制系統。
技術介紹
送端電網內的汽輪發電機組的發電功率通過電網送向受端電網，如果送端電網與受端電網故障解列或孤網狀態下負荷線路跳閘，汽輪發電機功率超過了負荷，就會引起電網頻率和機組轉速上升，如果電網功率不平衡程度較大，過高的轉速就會危及汽輪機葉片的安全，導致切機，從而引發電網高頻失穩。 在電網高頻狀態下，汽輪發電機組超速保護(OPC)會動作，關閉蒸汽閥門快速降低機組 出力，可以使電網頻率快速返回到正常，以保障汽輪機安全。但是當OPC動作結束時，閥門的控制又轉回到調速器的一次調頻和功率控制，此時的調速器失去了正確的控制設定，仍然保持在解列前的、很大程度上超過孤網負荷水平的功率設定，使得機組又開始增加出力，電網又再次返回到高頻狀態，從而引起OPC再次動作。這一過程循環反復，導致電網頻率和機組功率呈周期性的鋸齒狀大幅波動，最終導致孤網大面積失電。這種情況，在國內送端電網解列事故中多次出現。研究發現，在現行標準、規程和規范性文件所規定的技術條件下，火電機組調速系統的高頻穩定裕度很低，解列時如果火電機組功率超過負荷功率的12% (即電網不平衡率)左右，孤網頻率就不會穩定。尤其是大機小網構成的送端電網，電網安全穩定控制系統和高頻切機自動裝置難以將孤網不平衡率控制在12%以內，高頻穩定不能夠夠得到保障，嚴重影響了送端電網和機組的安全穩定可靠運行。由于鍋爐的能量調整過程慢于汽輪機的功率調整過程，而汽輪機的功率調整過程又慢于電網的機電暫態過程。在送端電網解列時，汽輪機的功率調整過程的遲緩，導致轉速過高，引起汽輪機葉片安全問題；鍋爐的能量調整過程的遲緩，導致主汽壓力過高，造成安全門動作，容易導致機組切機。因此，加快汽輪機和鍋爐的調整過程，是解決送端電網解列時聞頻穩定問題的關鍵。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題提供一種保障送端電網安全穩定的火電機組功率預測控制系統，以解決在送端電網解列時，汽輪機的功率調整過程的遲緩，導致轉速過高，弓丨起汽輪機葉片安全問題；鍋爐的能量調整過程的遲緩，導致主汽壓力過高，造成安全門動作，容易導致機組切機等問題。本專利技術技術方案 一種保障送端電網安全穩定的火電機組功率預測控制系統，它包括 高頻緊急狀態及預測單元，根據輸入信號判別電網是否處于高頻緊急狀態，在高頻緊急狀態時輸出快速功率回降信號、功率控制目標、機組功率設定和功率變動率，與調速器預測控制單元和鍋爐預測控制單元電連接； 調速器預測控制單元，在高頻緊急狀態下，根據高頻緊急狀態及預測單元發來的功率設定進行PID功率控制，在超速保護OPC動作信號發出期間，將積分輸出狀態重新調整為預測的功率設定，在快速功率回降信號發出期間，取消或降低調節指令限速環節的限制，將輸出的高壓閥門指令送入到調速機構的伺服器，與調速機構的伺服器電連接； 鍋爐預測控制單元，在電網高頻緊急狀態下，根據高頻緊急狀態及預測單元發來的快速功率回降信號，自動地將模擬量控制系統MCS控制方式轉換為鍋爐跟隨BF方式，根據功率變動率聯切磨煤機，加快燃料供給過程的響應，在快速功率回降信號發出時，對電動釋壓閥PCV進行開閉控制，根據功率變動率信號對旁路BP進行控制，與鍋爐及輔機電連接； 高頻緊急狀態及預測單元包括 高頻緊急狀態判別模塊，根據超速保護OPC動作信號、轉速信號和機組脫網信號進行邏輯運算，判斷系統是否處于高頻緊急狀態，與緊急狀態展寬模塊電連接； 緊急狀態展寬模塊，根據高頻緊急狀態判別模塊送入的高頻緊急狀態信號，按設定的時間進行展寬，輸出為快速回降功率信號，與功率變動率存儲器、功率設定存儲器和監控系統電連接； 發電機功率、頻率與電壓采集模塊，對發電機端的功率、頻率和電壓進行采集，與功率、頻率和電壓因子修正模塊電連接； 功率、頻率和電壓因子修正模塊，根據電網負荷的頻率及電壓因子修正發電機功率，使OPC動作時測量的發電機功率，在總量上與負荷平衡，所屬模塊的輸出一路經延時器后與功率變動率存儲器電連接，一路直接與功率變動率存儲器電連接，一路與功率設定存儲器電連接； 功率變動率存儲器，受快速回降功率信號FB的上升沿觸發，計算解列時發電機功率與解列前發電機功率之比，寫入存儲器并保持； 功率設定存儲器，在緊急狀態展寬模塊輸出上升沿的時刻，將該“緊急”時刻測量的機組功率寫入存儲器，在緊急狀態展寬期間保持并作為機組功率設定輸出，在緊急狀態，存儲器將一直保持。調速器預測控制單元包括狀態可重置的積分環節模塊和緊急狀態限速退出模塊，狀態可重置的積分環節模塊通過第三加法器與緊急狀態限速退出模塊連接。鍋爐預測控制單元包括“功率跟隨”控制方式轉換模塊根據高頻緊急狀態及預測單元發送來的快速回降信號、將模擬量控制系統MCS的控制方式設置為“鍋爐跟隨”方式，與第一路由開關電連接；“鍋爐跟隨”控制器輸出跟蹤模塊，在其他的控制方式下，使“鍋爐跟隨”控制器形成一個對主汽門壓力進行跟蹤的閉環，保持PID的正確的輸出狀態，避免在高頻緊急狀態下切換到“鍋爐跟隨”控制方式時，輸出狀態的發生躍變，與第一加減器電連接； 磨煤機切除及燃料分配模塊，根據功率變動率，在高頻緊急狀態量的起始時刻，觸發啟動磨煤機切除邏輯，切除最接近于功率變動率的相應磨煤機數量，加速燃料的控制響應速 度，減輕燃料調整遲緩導致主汽壓力高的問題。所述的保障送端電網安全穩定的火電機組功率預測控制系統，它是在超速保護(OPC )動作的時刻，測量發電機有功功率，有功功率或經修正計算后，作為預測的機組功率控制設定，對機組功率進行控制。所述的保障送端電網安全穩定的火電機組功率預測控制系統，在超速保護(OPC)動作信號發出期間，將調速器的功率PID控制中積分環節的輸出狀態，調整為預測功率設定的換算數值，所述預測的功率設定的換算數值是在OPC動作初始時刻測量的發電機有功功率，經修正和換算，再作為積分環節的輸出狀態的置換數值。 本專利技術有益效果 本專利技術在送端電網解列后，孤網潮流會立即發生變化，孤網中各個電廠的功率將自然地重新分配，利用在高頻緊急狀態下初始時刻的自然分配功率， 經頻率和電壓因子修正后作為預測的功率設定，這是本專利技術的具有的一個特征。這個特征保障了電網內各個電廠以分散獨立的控制方式，在送端電網解列時，協調合理地分配調節任務，使電網達到功率平衡，降低了常規控制系統存在的穩態頻差；并保障了本專利技術的系統和安穩切機控制系統，可以不經通信聯系，獨立地控制，天然地保持協調。本專利技術采用預測控制技術，在送端電網解列、孤網甩負荷及機組脫網甩負荷的情況下，實現了五個協調，有效提高了送端電網和機組安全穩定性能，具體地 實現了 Opc —次調頻、功率控制的協調；在有效保障汽輪機葉片安全的同時，提高調速系統和電網的穩定性。實現了調速系統與鍋爐控制之間協調，即功率與燃料汽壓控制之間協調，克服了汽輪機和鍋爐控制之間因快慢不同而產生的沖突，有效防止汽壓過高導致安全門動作，提高了機組安全可靠性。實現孤網內各電廠機組之間的協調，孤網內機組合理分擔孤網甩負荷后的功率調整任務，機組按各自設定進行進行調節，不會發生因機組特性和參數不同導致的功率搶奪和沖突,避免了由此形本文檔來自技高網...

【技術保護點】
保障送端電網安全穩定的火電機組功率預測控制系統，它包括：高頻緊急狀態及預測單元（1），根據輸入信號判別電網是否處于高頻緊急狀態，在高頻緊急狀態時輸出快速功率回降信號、功率控制目標、機組功率設定和功率變動率，與調速器預測控制單元（2）和鍋爐預測控制單元（3）電連接；調速器預測控制單元（2），在高頻緊急狀態下，根據高頻緊急狀態及預測單元（1）發來的功率設定進行PID功率控制，在超速保護OPC動作信號發出期間，將積分輸出狀態重新調整為預測的功率設定，在快速功率回降信號發出期間，取消或降低調節指令限速環節的限制，將輸出的高壓閥門指令送入到調速機構的伺服器，與調速機構的伺服器電連接；鍋爐預測控制單元（3），在電網高頻緊急狀態下，根據高頻緊急狀態及預測單元（1）發來的快速功率回降信號，自動地將模擬量控制系統MCS控制方式轉換為鍋爐跟隨BF方式，根據功率變動率聯切磨煤機，加快燃料供給過程的響應，在快速功率回降信號發出時，對電動釋壓閥PCV進行開閉控制，根據功率變動率信號對旁路BP進行控制，與鍋爐及輔機電連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧樸，皮顯松，李慶生，趙慶明，農靜，張裕，鐘以林，高華，李麗娟，
申請(專利權)人：貴州電網公司電網規劃研究中心，
類型：發明
國別省市：