[发明专利]一种电热锅炉参与电网频率调节的控制系统及控制方法

说明书

本发明公开了一种电热锅炉参与电网频率调节的控制系统及控制方法，其中控制系统包括：电热锅炉动态模块：根据当前时刻的回水温度及加热功率采样值计算下一时刻的电热锅炉水体平均温度，并将其传递给电热锅炉频率响应模块；发电机系统等值模块：根据负荷的状态结合转子运动方程，获取系统频率波动情况；电热锅炉频率响应模块：根据系统频率波动情况判断是否参与系统调频，根据接收的下一时刻的电热锅炉水体平均温度计算电热锅炉的调频潜力，根据电热锅炉的调频潜力调整锅炉加热功率完成电热锅炉参与系统调频控制。本发明控制系统改变电热锅炉负荷大小，实现功率快速调整，维持发电功率和负荷需求的平衡。

技术领域

本发明涉及一种电热锅炉参与电网频率调节控制方法，属于需求侧的系统频率控制技术相关领域。

背景技术

随着我国经济的不断增长，电力供应时段性紧缺现象日益严重。电力系统运行中经常出现负荷预测与实际运行差距较大或者系统遭受事故，对系统有功平衡造成严重影响，若不及时进行控制将导致频率崩溃。传统电力系统中主要从电源侧入手，执行“电源调度”，即调度中心只能通过控制火电、水电及抽水蓄能等调频机组出力完成调频任务。常规的发电侧调频服务资源不仅受爬坡/滑坡速率约束，特别是伴随分布式能源装机容量的快速增长和大规模并网，其出力的随机波动性极大地增加了电网运行调度，发电侧调频的成本越来越高，常规电源提供调频的方式已经无法适应新形势的发展。

不同于传统的基于发电侧频率调节控制方法，通过合理的控制措施使需求侧资源能够根据电网频率偏差方向及时、快速、精确地调整负荷状况，可以缓解电网供需平衡。而电热锅炉是一种通过多个电热管将电能转换成热能，生产较高温度的热水或一定压力的蒸汽的装置。一方面具有短暂的能量存储特性，短时间改变运行状态不会影响其效用，另一方面它具有热效率高、调节灵活、性能稳定等特点，容易实现功率快速调整，维持发电功率和负荷需求的平衡。

但是目前尚欠缺电热锅炉参与电网频率调节控制方法的研究。在研究电热锅炉参与电网调频控制中，必须结合电热锅炉自身运行状态及裕度限制以研究调频控制方式，所以需要首先建立电热锅炉动态模型，获取锅炉运行时的实时状态变量，然后以此建立电热锅炉参与调频的控制方式。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决现有调频方式和技术的不足，提出了一种电热锅炉参与电网频率调节控制方法，使电热锅炉参与电力系统频率调节过程中，有效减少调频备用发电机组的容量需求，减少调频成本。

技术方案

为实现上述目的，具体采用以下技术方案：

一种电热锅炉参与电网频率调节的控制系统，其特征在于，包括：

电热锅炉动态模块：根据当前时刻的回水温度及加热功率采样值计算下一时刻的电热锅炉水体平均温度，并将其传递给电热锅炉频率响应模块；

发电机系统等值模块：根据负荷的状态结合转子运动方程，获取系统频率波动情况；

电热锅炉频率响应模块：根据系统频率波动情况判断是否参与系统调频，根据接收的下一时刻的电热锅炉水体平均温度计算电热锅炉的调频潜力，根据电热锅炉的调频潜力调整锅炉加热功率完成电热锅炉参与系统调频控制。

所述电热锅炉动态模块计算下一时刻的电热锅炉水体平均温度T(t+1)的方法为：

其中，c表示水比热容；m表示加热环节水体质量；T表示水体水温平均值；α表示加热效率系数；ΔP(s)表示锅炉加热功率变化积分量；ΔT_in(s)表示锅炉加热环节回水温度变化积分量；ΔT_out(s)表示锅炉加热环节出水温度变化积分量；u表示循环流量；T_out表示锅炉加热环节出水温度；T_in表示锅炉加热环节回水温度；s表示对时间的导数算子。