专利名称：发电设备的控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对一供电系统中的电厂机组进行自动控制的控制装置。
在一个供电系统中，仔细地使配电网中的数个电厂机组发出的电能与数个用户所消耗的电能相互协调是可靠供电的前提条件。如果发电量和耗电量相同，则作为电网中的一个主要特性参数的网络频率恒定不变。其额定值例如在欧洲联合电网中为50赫兹。例如通过一个电厂机组停机和通过接通或断开一个电能用户而出现的频率偏差可视为发电机功率升降的量度。此外，频率特性还与纳入供电系统的电厂机组的数目有关。即因一个机组停机故障在一个较大的联合电网中导致的网络频率扰动明显低于在一个较小的孤立电网中导致的网络频率扰动。
如出版物《VGB发电站技术》(“VGB Kraftwerkstechnik”)1980年1月第一期，第18至23页所描述的，除了在供电系统内部补偿频率偏差之外，另一个任务在于，在与相邻的供电电网的接口处须保持给定的传输功率。因此，对一个电厂机组的频率和功率调整提出了例如德国联盟协会(DVG)规定的要求。例如一个要求是，在30秒钟之内可供给一个相当于电厂机组额定功率的5％的功率增量和在5秒钟之后可供给功率增量的一半，即2.5％。
在上述出版物《VGB发电站技术》1980年1月第一期，第19至23页描述了功率调整和频率支持的可能性。当为了在秒钟的范围内快速改变功率，存在多个可同时或交替进行的介入可能性时，为使一个电厂机组的功率发生持久变化，需要改变燃料投入。在一个烧矿物燃料的电厂机组中，在燃料加入量的或炉膛功率的提高和由此得到的功率提高之间必然会在蒸汽发生器中出现滞后时间。为了在频率扰动时消除这种滞后时间，在最初的5或30秒之内例如打开汽轮机的先前保持在节流位置的调节阀，并从而实际上在没有滞后的情况下启动可供使用的蓄汽器和使其卸载。
除了通过消除汽轮机调节阀的节流状态使功率提高之外，还要切断设在汽轮机的水--汽循环中的、用来自汽轮机的抽汽加热的低压预热器。同时流经低压预热器的冷凝液流可在几秒种内被停流和重新增强。例如德国专利文献DE-PS 33 04 292描述了上述通过切断低压预热器以冷凝液停流使烧矿物燃料的电厂机组的功率得到快速调整的措施。
这种通常被称为备用功率或简称为秒种后备的跳跃式的功率提高，基于蓄汽器的储存能力较小而受到时间限制。为了保持持续附加功率，要求所谓的分钟后备，即在几分钟内准备的多余功率。这是例如通过提高炉膛功率实现的。其中，功率提高的延迟时间和变化速度与电厂的类型有关，即相关的电厂机组是例如一烧石油或烧天然气的汽轮发电机还是一烧煤的燃气轮机和/或汽轮机设备；参见如《电业》(“Elektrizitaetswirtschaft”)74卷(1975)第24期，第884至894页。
在一个电厂机组的运行中，由于汽轮机调节阀节流造成损失而要预置秒钟后备，这会增加燃料费用。这特别在无扰动运行的情况下，即在电能的供求之间实现功率平衡的情况下，是不经济的。
本发明的目的在于，提供一种经济地控制一个供电系统中的电厂机组的可能性，其中，既能保持供能或供电的给定可靠性水平，又可避免没必要高的功率后备。
本发明的目的是这样实现的，即提供一种控制装置，其包括一个通过一数据传输元件与每一待控制的电厂机组相连接的第一控制单元，该控制单元接收电厂机组特定的测量值并输出电厂机组特定的指令值。在考虑存储值的情况下，该控制单元对测量值进行周期性的分析并为一个或每个电厂机组规定一控制指令。一个这样的控制指令可以是使一电厂机组启动或停机的指令。
第一控制单元按一定的周期，如24小时为每个电厂机组规定一个投入计划和一个机组后备计划。为此，其中，控制单元为每个电厂机组确定一个在总的需覆盖的电网负荷中所占份额的额定值，并确定一个在总后备功率(总秒钟后备)中所占份额的额定值。
预置的总备用功率最好是连续地与电网的要求相匹配的。为此，第一控制单元与第二控制单元相连，第二控制单元把一个需分配给各个电厂机组的总备用功率的修正值输给第一控制单元，第一控制单元再把一个经修正的机组备用功率分配给每个电厂机组。修正值是从一个实际值相对一个目标值的偏差中求得的。其中，目标值可为在给定的时间间隔内的一个给定功率增量，如前面所提及的在5秒内相当于额定功率2.5％的功率增量(DVG给定)。目标值也可以是一个给定的电网最低频率，如49赫兹。如果实际值处于目标值的最好是可调的公差带内，则第一控制单元规定投入计划和/或后备计划。
在控制装置的优选结构中，设有一个与第一和第二控制单元相连的第一计算单元，该计算单元从一电厂机组的机组特定测量值和机组特定恒定值中确定该电厂机组的一个对第一控制单元具有关键意义的备用功率。该备用功率是一个在秒种范围内提供的附加功率，最好周期性求得。
本控制装置的另一优选结构在于，从机组特定的测量值及机组特定的恒定值中求得为一个由该电厂机组提供的持续附加功率(分钟后备)所需的延迟时间和变化速度。为此，设有与第一控制单元相连的第二计算单元。
在一个模拟最大的供电功率中断的故障情况假设中，第二控制单元借助来自第一控制单元的数据计算故障过程。或者也可把实际的电网故障的过程输往第二控制单元，从中计算出用于模型的、经修正的数据，即校正的模型数据。为此，设有一个用于存储数据的存储器是有利的，这些数据是从供电系统中的功率分配的变化中得出的。借助这些数据可变更存储在第二控制单元中的参数并可配合实际的电网状况。
本发明的优点特别在于，借助控制装置，通过一可在实际上任意的时间间隔中自动进行的、与供电电网要求的匹配，使预置总备用功率达到一特别适宜的程度。其中，一方面可保持给定的供电可靠性水平，另一方面可避免没有必要很高的秒钟后备并从而避免提高燃料费用。
下面借助附图详细说明本发明的实施例，附图所示为
图1为与一电网相连的电厂机组的线路框图和一个控制装置的、对这些电厂机组进行自动控制的控制单元和计算单元，
图2为图1所示控制装置的第一控制单元的放大图，图3为图1所示控制装置的第二控制单元的放大图。
相应的部分在所有图中都以相同标号给出。
图1例举了一个供电系统1，该供电系统1包括一个带有多个电厂机组B1......Bn和多个用户V1......Vn的电网2。电厂机组B1.....Bn通过数据导线d1......dn与一总线4接通，总线4与控制装置6相连。替代一个为所有的电厂机组B1......Bn所共有的数据总线4，也可为每个电厂机组Bn设置一个独立的数据传输元件4。
控制装置6包括第一控制单元SE1，该控制单元SE1与第二控制单元SE2相连。控制装置6还包括与第一控制单元SE1及第二控制单元SE2相连的第一计算单元RE1以及与第一控制单元SE1相连的第二计算单元RE2。此外，控制装置6还包括两个分别与第一控制单元SE1相连的数据存储器S1和S2以及一个与第二控制单元SE2相连的数据存储器S3。
如箭头8所示，第一控制单元SE1经数据总线4接受来自各个电厂机组B1......Bn的、机组特定的测量值M1......Mn。测量值Mn最好是经过第一计算单元RE1被输往第一控制单元SE1。测量值Mn可在第一计算单元RE1中加上机组特定的标志。为此，在本实施例中，如箭头10所示，为所有的电厂机组Bn所共有的计算单元RE1与数据总线4相连。如箭头11所示，第二计算单元RE2也与数据总线4相连。
也可设多个计算单元RE1，如可为每个电厂机组Bn设置一个单独的计算单元RE1，该计算单元接收机组特定的测量值Mn并把这些测量值Mn输往第一控制单元SE1。机组特定的测量值Mn例如是机组功率(Pi)和新汽压力(pi)的实际值以及阀位置和在汽轮机缸体内或汽轮机缸体上测出的温度。
机组特定的恒定值C1......Cn从存储器S1中被输往第一控制单元SE1和第一计算单元RE1。这些恒定值Cn例如是机组的最大和最小功率(Pmax、Pmin)以及新汽的最大和最小压力(Pmax、Pmin)。在考虑机组的具体类型的情况下，其它的机组特定的恒定值Cn是例如功率的调整范围、最大备用功率(秒钟后备和/或分钟后备)、与功率有关的耗热量变化以及启动时间、运行时间和静止时间。
此外，电网特定的数据从存储器S2中被输往第一控制单元SE1。这些存储在存储器S2中的数据是使电网工作的一般给定值Vg。一个这样的给定值可以是一个目标值，如49赫兹，这是一个不可逾越的最低频率。给定值V也可是总备用功率随时间的变化过程。在这种情况下，开头提及的DVG规定的，在30秒内额定功率5％的增量或在5秒内2.5％的增量被定为基准值。
在下文中将借助图2详细说明，第一控制单元SE1在考虑值C1......Cn和给定值V的情况下对测量值M1......Mn进行周期性分析并为一个或多个电厂机组B1......Bn确定一个控制指令S。该控制指令S作为机组特定的控制指令S1......Sn经数据总线4被输往一个或每个待控制的电厂机组B1......Bn。控制指令S例如是对一个附加的、待接通的电厂机组Bn的启动指令或是对一个待关断的电厂机组Bn的停机指令。第一控制单元SE1可发出在时间上相继的控制指令S1......Sn，使多个电厂机组B1......Bn启动或停机。
一启动指令Sn的确定最好在考虑电厂机组Bn先有状态的情况下进行。所以，第一控制单元SE1要在考虑静止时间和电厂机组Bn与电网2同步所需的时间的情况下求得电厂机组特定的启动时间。根据这一启动时间，第一控制单元SE1在该电厂机组Bn实际上需要把功率经济地馈入电网2之前的就已发出一个启动该电厂机组Bn的控制指令。
第一控制单元SE1最好对总的需覆盖的电网负荷和总备用功率进行分配并为每个电厂机组Bn确定一个在总的需覆盖电网负荷中所占份额的额定值(Psn)和一个在总备用功率中所占份额的额定值(Rsn)。在分配需覆盖的电网负荷和总备用功率时，作为一个主要标准，最好考虑相关的电厂机组Bn例如在需投入的原始能量和效率方面的效应或经济性。
因此，如图2所示，第一控制单元SE1包括第一数据存储器12，在该存储器12中存储反映相关电厂机组Bn的典型数据。如此规定的数据例如是机组的最大和最小功率(Pmax、Pmin)。在第二存储器13中暂存作为在线过程数据的测量值M1......Mn。在第三存储器14中暂存来自第一计算单元RE1的、其它的、经处理的过程数据。一个数据初始化装置15从这些存储在存储器12、13和14中的数据中选择实际应用所要求的数据。区选择计算机16首先借助这些数据选择特别适合的一个或多个电厂机组Bn。把功率分配到各选中的电厂机组Bn是在计算机18中进行的。计算和检验备用功率是在计算机20中进行的。如果借助模拟计算给定的、关于总备用功率的条件未满足，则在区选择计算机16中选择例如另一个电厂机组Bn。如虚线箭头21所示，在一个环线中重复该过程，直至遇到一个满足后备条件的区选择为止。如果该条件和一个从第二控制单元SE2的比较级44(见图3)中查询出的、从给定值Vg推导出的、电网特定的标准得以满足，则在第一控制单元SE1的级22中进行向级24的转移。在该级24中对负荷的分配进行短周期的修正并在下一级26中对后备的分配进行短周期的修正。在第三级28中形成的、机组特定的、部分负荷Psn和部分备用功率Rsn的额定值经过数据总线4被输往相应的电厂机组B1......Bn，作为对例如汽轮机调节器和/或发电机调节器的控制指令或指令值S1......Sn。
如果在第二控制单元SE2的比较级44中的比较说明，所要求标准的额定值或目标值没有得到满足，则在级22中进行向级30的转移。一个实际的、关于负荷分配的投入计划和一个关于后备分配的后备计划被存储在级30中。由第一控制单元SE1建立的、关于实际总备用功率的数据被输往第二控制单元SE2。
如图3所示，这些数据首先被存储在存储器32中。在该存储器32中还存储了描述电网2和反映电厂机组B1......Bn的基本数据和额定值以及一个模拟机组停机的仿真模型。在该模型中模拟的例如是最大的故障功率，即把实际最高功率馈入电网2时所对应的电厂机组Bn的停机。在开关36和38处于图中所示位置时，选择计算机34从数据存储器32中读出计算机故障过程所需的数据并把这些数据输给计算机40。在考虑实际的总备用功率的情况下，在该计算机40中计算故障过程。在该计算机中求得的、总备用功率随时间的变化被计算机40输往第一计算单元RE1。一个从故障过程推导出的并存储在结果存储器42中的、要求的、电网特定标准的实际值在比较级44中与所要求标准的目标值比较。如前所述，该标准例如是一个较小的孤立电网中的最低频率或是在一个较大的联合电网中作为时间的函数的总备用功率的额定变化(DVG规定)。
如果要求的标准没有得到满足，则把一个在级46中求得的修正值K输往第一控制单元SE1。如果例如实际值在目标值的可调公差带之外10％，则修正值K大于或小于1。然后在后续的运行中，即在第一步迭代中由第一控制单元SE1给定一个提高或降低10％的总备用功率。该收敛到目标值的迭代过程，进行到要求的标准得到满足为止。然后，最后存储在第一控制单元SE1的级30中的投入计划以功率额定值Psn启动，最后被存储的后备计划以部分后备的额定值Rsn启动。
如果在供电系统1中出现故障，则从供电系统1中的负荷分配的变化中推导出的数据被存储在控制装置6的存储存器S3中。借助这些数据，存储在第二控制单元SE2中的、仿真模型的参数被改变。为此，电网故障被记录在存储器S3的第一级60中。在下一级62中被处理的数据被存储在文件存储器64中。在操纵开关36和38后，这些在级62中被处理的数据被输往第二控制单元SE2的选择计算机34。届时，迭代过程由级46和第一控制单元SE1中断。为了鉴别新的机组参数，由选择计算机34从存储器S3中选择的数据被输往第二控制单元SE2的级66。在级66中，作为仿真模型基础的参数被改变，直至从仿真模型中计算出的故障过程与实际的故障过程一致或至少接近为止。这些参数被存储在结果存储器68中并可根据需要，例如在考虑存储在一个(未示出的)专家系统的知识库中的选择标准的情况下，在级70中被选择并从级70中被输往第一计算单元RE1。这些参数从第一计算单元RE1被读入第二控制单元SE2的数据存储器32中并在此取代以往的模型参数。据此，作为在第二控制单元SE2中进行的迭代过程的基础的仿真模型继续与实际的电网过程和故障过程相匹配。
按上述方式控制装置6的第一控制单元SE1求得的和需由电厂机组B1......Bn提供的、由部分备用功率Rsn合成的总备用功率是一个可在时间上有限使用的秒钟后备。该时间限制与在电厂机组B1......Bn中预置或提供的、在需要的情况下可启动的存储能力有关。为了提供永久或持续的附加功率(分钟后备)，在各个电厂机组B1......Bn中，例如炉膛功率必须相应提高。因此，第二计算单元RE2从机组特定的测量值M1......Mn和机组特定的恒定值C1……Cn中确定一个须由相应的电厂机组Bn启动的持久的附加功率或分钟后备。为此，时间变化(梯度)是作为衡量须提供的持久附加功率的尺度，该时间变化(梯度)是在考虑延迟时间的情况下由机组特定的实际功率(Pi)和机组特定的最大功率(Pmax)之间的、功率随时间变化的曲线中求得的。在考虑各电厂机组Bn中可能出现的功率变化曲线的情况下计算出的分钟后备是按周期，如按15分钟的时间间隔在第一控制单元SE1中进行的计算的基础。
权利要求
1.用于对一个供电系统(1)中的电厂机组(B1......Bn)进行自动控制的控制装置，其特征在于，具有一个通过一数据传输元件(4)与每一待控制的电厂机组(B1......Bn)相连的第一控制单元(SE1)，该控制单元接收电厂机组特定的测量值(M1......Mn)并输出电厂机组特定的指令值(S1.......Sn)，其中在考虑存储值(C1......Cn)的情况下，控制单元(SE1)对测量值(M1......Mn)进行周期性的分析并为一个或每个电厂机组(B1......Bn)规定一个最好是启动或停机指令的控制指令。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，第一控制单元(SE1)为每个电厂机组(Bn)确定一个在总的需覆盖的电网负荷中所占功率份额的额定值(Psn)和一个在总备用功率中所占份额的额定值(Rsn)。
3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，具有一与第一控制单元(SE1)相连的第二控制单元(SE2)，该第二控制单元(SE2)把个需分配给各个电厂机组(B1......Bn)的总备用功率的修正值(K)输给第一控制单元(SE1)，其中，使实际值接近目标值并且第一控制单元(SE1)把一个经修正的备用功率(Rsn)分配给每个电厂机组(Bn)。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，实际值处于可调的公差带内。
5.根据权利要求1至4之一所述的控制装置，具有一个与第一和第二控制单元(SE1、SE2)相连的第一计算单元(RE1)，该计算单元从机组特定的测量值(M1....Mn)和机组特定的恒定值(C1....Cn)中确定该电厂机组(B1......Bn)的一个对第一控制单元具有关键意义的备用功率。
6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，该具有关键意义的备用功率是一个在秒钟范围内提供的附加功率。
7.根据权利要求1至6之一所述的控制装置，其特征在于，具有一个与第一控制单元(SE1)相连的第二计算单元(RE2)，该计算单元(RE2)从机组特定的测量值(M1......Mn)及机组特定的恒定值(C1……Cn)中确定一个需由该电厂机组(B1......Bn)提供的持续附加功率的延迟时间和变化速度。
8.根据权利要求1至7之一所述的控制装置，其特征在于，具有一个与第二控制单元(SE2)相连的存储器(S3)，该存储器用于存储从在供电系统(1)中的功率分配的变化中推导出的数据，其中，借助这些数据，存储在第二控制单元(SE2)中的、一个仿真模型的参数被改变。
全文摘要
一对供电系统中电厂机组(B1...Bn)自动控制的装置，包括一经数据传输元件与每个待控电厂机组(B1...Bn)相连的、接收机组特定测量值(M1...Mn)并输出机组特定指令值(S1...Sn)的第一控制单元，在考虑存储值(C1...Cn)的情况下对测量值(M1...Mn)进行周期性分析并为一个或每个电厂机组(B1...Bn)规定一控制指令。借助该控制装置可有效控制电厂机组(B1...Bn)，既可保持供电给定可靠性，又可避免没必要高的备用功率。
文档编号F01K13/02GK1122632SQ9419202
公开日1996年5月15日 申请日期1994年4月25日 优先权日1993年5月7日
发明者赫里伯特·库顿, 赫伯特·瓦格纳, 沃尔夫冈·拜尔 申请人:西门子公司