[发明专利]采暖电锅炉参与电网一次调频的控制方法

说明书

一种采暖电锅炉参与电网一次调频的控制方法，用于解决用电负荷复杂多变和风电等不稳定发电电源规模化并网导致电网一次调频能力不足的问题。所述方法包括以下步骤：a.一次调频指令计算；b.设计一次调频滤波逻辑，对计算出的一次调频指令进行滤波；c.根据滤波后的一次调频指令对电加热器进行循环调度。本发明在采暖电锅炉参与电网一次调频的控制过程中加入了一次调频指令滤波逻辑和循环调度逻辑，不仅可避免电锅炉加热器开关频繁动作，而且实现了各个加热器的平均使用，从而延长了设备的使用寿命。本发明可大幅提高电网一次调频能力，确保电网稳定运行。

技术领域

本发明涉及一种利用大功率供暖电锅炉参与电网一次调频的控制方法，属于控制技术领域。

背景技术

电能难以大规模存储，电网需要随时调度网内电源的发电负荷使其跟随用电负荷变化，以保证电能供需平衡。频率是反映电网能量供需平衡的指标：电网频率升高，表示电能供大于求，需要减少发电负荷；电网频率降低，表示电能供小于求，需要增加发电负荷。电网调节发电负荷的过程主要分为一次调频和二次调频，一次调频即电网频率发生变化时并网发电机组自动按照一定的比例改变发电负荷，特点是调节速度快调节时间短，相当于前馈控制；二次调频也被称为AGC(自动发电控制)，即电网调度中心精确计算供电、用电负荷总量，依据供需平衡进一步调整各发电机组发电负荷，特点是调节速度慢调节时间长，相当于反馈控制。一次调频和AGC整体形成前馈-反馈复合控制系统维持电网频率稳定。

电网要求大容量并网发电机组必须投入一次调频功能。我国以火电为主，火电机组承担电网主要的一次调频的任务。火电机组一次调频主要指标包括：一次调频死区，为±0.0333Hz，当电网频率超出50±0.0333Hz的范围时，机组一次调频必须动作；调频不等率，即电网频率超出调频死区时，机组发电负荷变化量与电网频率变化量之间的对应比例，定义为机组全范围发电负荷变化量对应的电网频率变化量的百分比，为4％～5％；最大一次调频幅度，即机组参与一次调频的最大负荷变化幅度，为机组额定负荷的6％～10％。火电机组依靠调整汽轮机进汽调阀开度调整汽轮机进汽量进而调整发电负荷，因此响应一次调频指令的时间较长，一般响应延迟时间达到2～3秒、调节时间超过10秒，这是火电机组一次调频的主要缺陷之一；此外一次调频还会导致汽轮机前蒸汽压力变化，需要锅炉侧调整燃料量加以弥补，造成燃烧扰动降低机组运行稳定性、经济性和环保性。

随着经济结构转型，用电侧负荷变化呈现出越来越强的随机性；同时由于以风电为代表的可再生能源发电电源规模化并网，其发电负荷的不确定性进一步加剧了电网扰动。用电发电侧的双随机扰动导致电网频率波动加剧，发电电源侧一次调频能力不足的矛盾日益突出。

在风电/光伏发电装机容量比例高、冬季供热期长的蒙东、黑龙江、吉林、辽宁地区，以及雾霾严重的华北地区，许多火电厂、供热站开始建设安装大功率电锅炉用于供热。虽然从热力学的角度分析电锅炉供热综合能源利用效率很低，但其具有启停迅速、清洁环保、运行方式灵活等优点，在一段时间内整体经济效益和社会效益优势明显。

大功率采暖电锅炉通过供热热网对外供热，而热网中的换热器、管道、散热器等设备具有很大的热惯性。简单地说，供热侧输入的供热负荷波动不会立即传导至热用户侧，导致热用户侧的热负荷立即变化；从另外一个角度说，大惯性对象具有很强的滤波作用，当输入信号的变化周期小于一定值时，滤波作用能够平抑这种波动使其不会反映在输出端。平均供热半径1公里的热网等效滤波时间超过30分钟，而电网频率波动超出一次调频死区的时间一般在几十秒至几分钟之间，这样时间尺度内的供热负荷波动经过热网滤波后不会对热用户造成可察觉到影响。此外，电网频率是以50Hz为基准双向变化的，因此一次调频也是双向动作的，不会导致电锅炉功率长时间地偏大或偏小。这些特性为大功率采暖电锅炉参与电网一次调频提供了可能。