一种电锅炉功率调节系统和方法与流程

本发明涉及电锅炉应用技术领域，尤其涉及一种电锅炉功率调节系统和方法。

背景技术：

近年来，在中国三北地区电力市场容量富裕，燃机、抽水蓄能等可调峰电源稀缺，电网调峰与火电机组灵活性之间矛盾突出，电网消纳风电、光电、水电及核电等新能源的能力不足，弃风、弃光、弃水和弃核现象严重。热电联产机组“以热定电”方式运行，调峰能力仅为10％左右。调峰困难已经成为电网运行中最为突出的问题。随着未来不稳定的可再生发电量的进一步增加，如何实现电网的调峰调频和电能的存储将变的越来越重要。而利用电锅炉在电厂内部或负荷侧开展电力辅助服务市场的调峰调频服务，是国内外以及获得成功的调节措施；另一方面，利用低谷电和电锅炉在夜间进行储热白天供热，来替代高污染高排放的燃煤采暖锅炉，是解决北方采暖季雾霾问题的有效办法。

现有技术中的电锅炉，直接与电厂或电网连接，由电厂或电网提供输入电压，由于电锅炉在工作过程中，其输入电压保持不变，导致其耗电功率也不能改变。大多数类型的电锅炉只有两种状态，不工作时为0负荷，工作时则是满负荷，特别是大功率高电压固体蓄热电锅炉，由于不具有无级功率调节功能，它的突然投入和切除，对电网产生大的功率波动影响，不利于电网的稳定。

为解决上述问题，现有技术改变电锅炉耗电功率的调节方法主要是依靠电锅炉设备本身进行调节，但这种自身带功率调节功能的电锅炉结构复杂，造价高，不利于大规模推广应用，行业内急需一种能够对大功率电锅炉进行功率调节的技术。

技术实现要素：

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种电锅炉功率调节系统，采用调压装置对电锅炉的输入电压进行无级调节，从而实现了电锅炉的输出功率的无级调节，在不改变电锅炉设备内部结构和控制系统的基础上解决了现有技术中电锅炉的输出功率不可调节的问题，还通过控制装置对调压装置进行控制，实现了电锅炉功率调节系统的自动控制。同时，由于调压装置的响应时间最高可达毫秒级，使得具有无级调节功能的电锅炉在电厂的内部或负荷侧具备电网的调峰调频的功能。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种电锅炉功率调节系统，用于电锅炉功率的无级调节，包括电锅炉，其输入端通过调压装置与供电线路连接，其输出端与供热系统或用热设备连接；调压装置，其输入端与所述供电线路连接，其输出端与所述电锅炉的输入端连接，用于调节所述电锅炉的输入电压，以调节所述电锅炉的输出功率；控制装置，分别与所述电锅炉和调压装置连接，用于控制所述调压装置调节所述电锅炉的输入电压。

进一步，所述电锅炉为电加热管加热锅炉、固体蓄热电锅炉、相变材料电锅炉、电极锅炉、电蒸汽锅炉、电热水锅炉中的一种。

进一步，所述调压装置为可控硅调压器、电力电子变压器、分线接头调节变压器、pwm双桥叠加变压器、pwm斩波变压器、串联电压源变压器中的一种。

进一步，所述控制装置包括获取模块，与所述电锅炉连接，用于获取所述电锅炉的输入电压u1；计算模块，用于根据所述电锅炉的输入电压u1计算出所述电锅炉的输出功率p1；比较模块，用于将所述电锅炉的输出功率p1与预输出功率p进行比较，得到第一比较结果；控制模块，与所述调压装置连接，用于根据所述第一比较结果控制所述调压装置调节所述电锅炉的输入电压u1。

进一步，所述电锅炉包括电锅炉控制柜，其输入端与所述调压装置的输出端连接；电锅炉本体，其输入端与所述电锅炉控制柜的输出端连接，输出端与所述供热系统连接。

进一步，所述调压装置的输入端的电压范围为380v-500kv。

进一步，所述调压装置的输出端的电压范围为380v-110kv。

根据本发明的另一个方面，提供一种电锅炉功率调节方法，使用上述所述的电锅炉功率调节系统，包括：获取电锅炉的输入电压u1；根据所述电锅炉的输入电压u1计算出所述电锅炉的输出功率p1；将所述电锅炉的输出功率p1与预输出功率p进行比较，得到第一比较结果；基于所述第一比较结果，匹配到与所述第一比较结果相对应的预设控制策略；根据所述预设控制策略输出控制参数，以控制所述调压装置调节所述电锅炉的输入电压u1。

进一步，所述基于所述第一比较结果，匹配到与所述第一比较结果相对应的预设控制策略的步骤包括：当p1小于p时，控制装置控制所述调压装置升高所述电锅炉的输入电压u1；当p1等于p时，所述控制装置控制所述调压装置保持所述电锅炉的输入电压u1不变；当p1大于p时，所述控制装置控制所述调压装置降低所述电锅炉的输入电压u1。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种电锅炉功率调节系统和方法，采用调压装置对电锅炉的输入电压可以无级调节，从而实现了电锅炉的输出功率的无级调节，使得电锅炉具备无级调节功率的特性。本发明的电锅炉功率调节系统和方法，不需要对电锅炉的结构做大的改变，在不改变电锅炉设备内部结构和控制系统的基础上解决了现有技术中电锅炉的输出功率不可调节的问题，同时，还通过控制装置对调压装置进行控制，实现了电锅炉功率调节系统的自动控制。本发明的电锅炉功率调节系统和方法，通过调压装置间接调节电锅炉的输出功率，可以改变电锅炉的供热量，还使得具有无级调节功能的电锅炉可以大范围应用于需要快速调节电锅炉功率的应用场景。同时，由于调压装置的响应时间最高可达毫秒级，使得具有无级调节功能的电锅炉在电厂的内部或负荷侧具备电网的调峰调频功能，实现夜间储热白天供热，以替代高污染高排放的燃煤采暖锅炉，可以有效解决北方采暖季雾霾问题。另外，由于本发明的电锅炉功率调节系统和方法具有快速改变电锅炉的输出功率的特性，因此，也可以应用于工业蒸汽负荷或热负荷需要快速改变的工艺流程。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的电锅炉功率调节系统的组成图；

图2是本发明实施例一提供的电锅炉功率调节系统的控制装置组成图；

图3是本发明实施例一提供的电锅炉功率调节方法流程图；

图4是本发明实施例二提供的电锅炉功率调节系统的应用示意图；

图5是本发明实施例三提供的电锅炉功率调节系统的应用示意图；

图6是本发明实施例四提供的电锅炉功率调节系统的应用示意图；

图7是本发明实施例四提供的电锅炉功率调节方法流程图。

附图标记：

1、电锅炉，11、电锅炉控制柜，12、电锅炉本体，2、调压装置，3、供电线路，4、控制装置，41、获取模块，42、计算模块，43、比较模块，44、控制模块，5、供热系统，6、用热设备，7、电网，8、电厂。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的电锅炉功率调节系统的组成图。

请参照图1，本发明提供一种电锅炉功率调节系统，包括：电锅炉1、调压装置2、供电线路3以及控制装置4。

电锅炉1的输入端通过调压装置2与供电线路3连接，输出端与供热系统5连接，用于将电能转化为热能，向供热系统5输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机载体。

可选的，电锅炉1为电加热管加热锅炉、固体蓄热电锅炉、相变材料电锅炉、电极锅炉、电蒸汽锅炉、电热水锅炉中的一种。

调压装置2的输入端与供电线路3连接，其输出端与电锅炉1的输入端连接，用于调节电锅炉1的输入电压，以调节所述电锅炉1的输出功率。

可选的，调压装置2为可控硅调压器、电力电子变压器、分线接头调节变压器、pwm双桥叠加变压器、pwm斩波变压器、串联电压源变压器中的一种。

可选的，调压装置2的输入端的电压范围为380v-500kv。

可选的，调压装置2的输出端的电压范围为380v-110kv。

具体的，调压装置2设置在电锅炉1与供电线路3之间，用于调节电锅炉1的输入电压，以改变电锅炉1的输出功率。

控制装置4，分别与电锅炉1和调压装置2连接，用于控制调压装置2调节电锅炉1的输入电压。

图2是本发明实施例一提供的电锅炉功率调节系统的控制装置组成图。

具体的，请参照图2，控制装置4包括：获取模块41、计算模块42、比较模块43和控制模块44。但本发明不以此为限制，控制装置4的组成和连接关系可根据实际需要适当调整。

其中，获取模块41与电锅炉1连接，用于获取电锅炉1的输入电压u1。

计算模块42用于根据电锅炉1的输入电压u1计算出电锅炉1的输出功率p1。

比较模块43用于将电锅炉1的输出功率p1与预输出功率p进行比较，得到第一比较结果。

控制模块44与调压装置2连接，用于根据第一比较结果控制调压装置2调节电锅炉1的输入电压u1。

其中，预输出功率p为根据供热系统5或用热设备6的热量需求或蒸汽需求计算得到的电锅炉1的应输出功率。当电锅炉1的输出功率p1小于预输出功率p时，控制模块44控制调压装置2升高电锅炉1的输入电压u1，以增大电锅炉1的输出功率；当电锅炉1的输出功率等于预输出功率p时，控制装置4控制调压装置2保持电锅炉1的输入电压u1不变；当电锅炉1的输出功率p1大于预输出功率p时，控制模块44控制调压装置2降低电锅炉1的输入电压，以减小电锅炉1的输出功率p1；具体的电锅炉1的输入电压u1的调节幅度大小，根据电锅炉1的输出功率p1和预输出功率p的差值计算得到。

请参照图1，本实施例中，电锅炉1包括电锅炉控制柜11和电锅炉本体12，其中，电锅炉控制柜11的输入端与调压装置2连接，输出端与电锅炉本体12电连接，用于电锅炉1自身的控制；电锅炉控制柜11还与控制装置4的获取模块41信号连接，用于获取模块41获取电锅炉1的输入电压u1。电锅炉本体12的输入端与电锅炉控制柜11的输出端连接，输出端与供热系统5连接，用于将电网7的电能转化为热能，并向供热系统5输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机载体。

图3是本发明实施例一提供的电锅炉功率调节方法流程图。

请参照图3，本发明实施例一还提供一种电锅炉功率调节方法，用于为供热系统5或用热设备6提供热量，包括：

s1，获取电锅炉1的输入电压u1。

具体的，控制装置4中的获取模块41获取电锅炉1的输入电压u1。

s2，根据电锅炉1的输入电压u1计算出电锅炉1的输出功率p1。

具体的，控制装置4中的计算模块42根据电锅炉1的输入电压u1计算出电锅炉1的输出功率p1。

s3，将电锅炉1的输出功率p1与预输出功率p进行比较，得到第一比较结果。

具体的，控制装置4中的比较模块43将电锅炉1的输出功率p1与预输出功率p进行比较，得到第一比较结果。

s4，基于上述第一比较结果，匹配到与第一比较结果相对应的预设控制策略。

s5，根据预设控制策略输出控制参数，以控制调压装置2调节电锅炉1的输入电压u1。具体的，控制装置4中的控制模块44输出控制参数，以控制调压装置2调节电锅炉1的输入电压u1。

其中，步骤s4中，基于第一比较结果，匹配到与第一比较结果相对应的预设控制策略的步骤具体为：

当p1小于p时，控制装置4控制调压装置2升高电锅炉1的输入电压u1。具体的，控制装置4中的控制模块44控制调压装置2升高电锅炉1的输入电压u1。

当p1等于p时，控制装置4控制调压装置2保持电锅炉1的输入电压u1不变。具体的，控制装置4中的控制模块44控制调压装置2保持电锅炉1的输入电压u1不变。

当p1大于p时，控制装置4控制调压装置2降低电锅炉1的输入电压u1。具体的，控制装置4中的控制模块44控制调压装置2降低电锅炉1的输入电压u1。

本实施例中的电锅炉功率调节系统和方法，由于调压装置2具有无级调节功能，使得电锅炉1的输入电压可以无级调节，从而使得电锅炉1的输出功率可以无级调节，使得电锅炉1具备无级调节功率的特性，不需要对电锅炉1的结构做大的改变，在不改变电锅炉1内部结构和控制系统的基础上，通过调压装置2间接调节电锅炉1的输出功率，解决了现有技术中电锅炉1的输出功率不可调节的问题，实现了通过改变电锅炉1的输入电压以快速改变电锅炉1的输出功率的目的，同时实现了通过快速改变电锅炉1的输出功率而快速改变电锅炉1的供热量的目的。

实施例二

图4是本发明实施例二提供的电锅炉功率调节系统的应用示意图。

请参照图4，在本实施例中，该电锅炉功率调节系统应用于电网负荷侧末端的供热系统5，此时供电线路3与电网7连接，控制装置4中的获取模块41还用于获取供热系统5的供回水温度；计算模块42还用于根据供回水温度与预设供回水温度计算出供热系统5的热量需求，并根据供热系统5的热量需求计算出电锅炉1的预输出功率p；比较模块43用于将电锅炉1的输出功率p1与预输出功率p进行比较，得到第一比较结果；控制模块44用于根据第一比较结果控制调压装置2调节电锅炉1的输入电压u1，改变电锅炉1的输出功率p1，以满足供热系统5的热量需求。

可选的，电网7为不同电压等级的高压电网，包括但不限于10kv、66kv或110kv。

本实施例中的电锅炉功率调节系统，通过调压装置2快速改变电锅炉1的输入电压实现了快速改变电锅炉1的输出功率的目的，从而实现了快速改变电锅炉1的供热量的目的。

实施例三

图5是本发明实施例三提供的电锅炉功率调节系统的应用示意图。

请参照图5，本实施例与实施例二的不同之处在于，该电锅炉功率调节系统的应用场景不同，在本实施例中，该电锅炉功率调节系统用于为工厂的用热设备6提供热量，此时供电线路3与工厂用电线路连接。

本实施例中，电锅炉1为电蒸汽锅炉，用于向工厂的用热设备6输出蒸汽。此时，控制装置4的获取模块41还用于获取工厂的用热设备6的运行状况；计算模块42用于根据用热设备6的运行状况计算出用热设备6的蒸汽需求，并根据用热设备6的蒸汽需求计算出电锅炉1的预输出功率p；比较模块43用于将电锅炉1的输出功率p1与预输出功率p进行比较，得到第一比较结果；控制模块44用于根据第一比较结果控制调压装置2调节电锅炉1的输入电压u1，改变电锅炉1的输出功率p1，从而改变电锅炉1的蒸汽输出量，以满足用热设备6的蒸汽需求。

本实施例中的电锅炉功率调节系统，通过调压装置2快速改变电锅炉1的输入电压实现了快速改变电锅炉1的输出功率的目的，从而实现了快速改变电锅炉1的蒸汽输出量的目的，使得该电锅炉功率调节系统也可以应用于工业蒸汽负荷或热负荷需要快速改变的工艺流程。

实施例四

图6是本发明实施例四提供的电锅炉功率调节系统的应用示意图。

本实施例与实施例二的不同之处在于，该电锅炉功率调节系统的应用场景不同，在本实施例中，将该电锅炉功率调节系统安装在电厂的内部，作为电厂响应电网调频的辅助服务。

请参照图6，供电线路3与电厂8的发电机出口接线连接，控制装置4分别与电锅炉1、调压装置2、电厂8和电网7连接，用于根据电网7的调频需要，控制调压装置2调节电锅炉1的输入电压u1，以调节电锅炉1的输出功率p1。

在本实施例中，电锅炉1为固体蓄热电锅炉或电极锅炉，调压装置2为电力电子变压器。

其中，电力电子变压器是一种通过电力电子技术实现能量传递和电力变换的新型变压器，它不仅具备传统电力变压器所具有的电压变换、电气隔离和能量传递等基本功能，还能够实现电能质量的调节、系统潮流的控制以及无功功率补偿等其它附加功能。电力电子变压器之所以能够实现这些附加功能，主要是因为它通过引入电力电子变换技术及控制技术之后，能够对变压器的原方和副方的电压或者电流的幅值、相位进行灵活的处理和控制，并且可以根据实际需要对系统的潮流进行控制。因而电力电子变压器可以实现更为稳定和灵活的输电，可以解决当今电力系统中所存在的许多问题，其应用的前景十分广阔。

与传统的电力变压器相比，电力电子变压器具有如下特点：

①体积小，重量轻；

②用空气可冷却，不需绝缘油进行隔离，减少污染，且维护方便，安全性好；

③能够使变压器的副方输出恒定幅值的电压；

④能够改善电能质量，可以得到正弦波形的输入电流、输出电压且能够实现单位功率因数，且变压器两侧的电压、电流均可控，因而能任意调节功率因数；

⑤具有断路器的功能，大功率电力电子器件可瞬时(在微妙级时间内)关断故障大电流，省去了继电保护装置。

由于电力电子变压器的响应速度快，最高可达毫秒级，将其用在调压装置2上，改变了调压装置2的输出电压的响应速度，将调压装置2用在电锅炉1上改变了电锅炉1的输出功率的响应速度，使得电锅炉1在电网7的负荷侧具备电网调频的负荷侧响应功能。

本实施例中，电厂8包括但不限于火电厂、水电站或核电站。

图7是本发明实施例四提供的电锅炉功率调节方法流程图。

请参照图7，本发明实施例四还提供一种电锅炉功率调节方法，用于电网调频，包括：

s6，获取电网7的负荷功率p2和电厂8的上网功率p3。

具体的，控制装置4中的获取模块41获取电网7的负荷功率p2和电厂8的上网功率p3。

s7，对电网7的负荷功率p2和电厂8的上网功率p3进行比较，得到第二比较结果。

具体的，控制装置4中的比较模块43对电网7的负荷功率p2和电厂8的上网功率p3进行比较，得到第二比较结果。

s8，根据第二比较结果，匹配到与第二比较结果相对应的预设控制策略。

具体的，控制装置4中的控制模块44根据第二比较结果，匹配到与第二比较结果相对应的预设控制策略。

s9，根据预设控制策略输出控制参数，以控制调压装置2控制电锅炉1的输入电压u1。

具体的，控制装置4中的控制模块44根据预设控制策略输出控制参数，以控制调压装置2控制电锅炉1的输入电压u1。

其中，步骤s8中，根据第二比较结果，匹配到与第二比较结果相对应的预设控制策略的步骤具体为：

s81，当p2小于p3时，进行差值计算，差值计算公式为：△pn＝p3-p2(式1)，式1中△pn表示当前功率差值，p3表示电厂8的上网功率，p2表示电网7的负荷功率p2，n大于等于1；将当前功率差值△pn与历史功率差值△pn-1进行比较，得到第三比较结果；根据第三比较结果，匹配到与第三比较结果相对应的预设控制策略。

s82，当p2大于或等于p3时，控制装置4控制调压装置2调节电锅炉1的输入电压为零。

其中，步骤s81中，根据第三比较结果，匹配到与第三比较结果相对应的预设控制策略的步骤具体为：

当△pn大于△pn-1时，控制装置4控制调压装置2升高电锅炉1的输入电压u1。

当△pn等于△pn-1时，控制装置4控制调压装置2保持电锅炉1的输入电压u1不变。

当△pn小于△pn-1时，控制装置4控制调压装置2降低电锅炉1的输入电压u1。

具体的，控制装置4中的控制模块44控制调压装置2升高、保持或降低电锅炉1的输入电压u1。

上述实施例中的电锅炉功率调节系统和方法，适用于高压电锅炉，但本发明不以此为限制。本发明上述实施例中所有的电压调节造成的功率变化及电流变化要在电锅炉设备能够容许的范围内进行，为此，有些类型的电锅炉为适应电锅炉功率调节系统的实际需要，需要做对应波动电压的电气接线系统的改造。

本发明旨在保护一种电锅炉功率调节系统和方法，采用调压装置对电锅炉的输入电压可以无级调节，从而实现了电锅炉的输出功率的无级调节，使得电锅炉具备无级调节功率的特性。本发明的电锅炉功率调节系统和方法，不需要对电锅炉的结构做大的改变，在不改变电锅炉设备内部结构和控制系统的基础上解决了现有技术中电锅炉的输出功率不可调节的问题，同时，还通过控制装置对调压装置进行控制，实现了电锅炉功率调节系统的自动控制。本发明的电锅炉功率调节系统和方法，通过调压装置间接调节电锅炉的输出功率，可以改变电锅炉的供热量，还使得具有无级调节功能的电锅炉可以大范围应用于需要快速调节电锅炉功率的应用场景。同时，由于调压装置的响应时间最高可达毫秒级，使得具有无级调节功能的电锅炉在电网的负荷侧具备电网的调峰调频功能，实现夜间储热白天供热，以替代高污染高排放的燃煤采暖锅炉，可以有效解决北方采暖季雾霾问题。另外，由于本发明的电锅炉功率调节系统和方法具有快速改变电锅炉的输出功率的特性，因此，也可以应用于工业蒸汽负荷或热负荷需要快速改变的工艺流程。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。