Система распределения электрической нагрузки электростанции Советский патент 1984 года по МПК H02J3/46 

Изобретение относится к электротехнике, предназначено, в частности для распределения электрической наг грузки по энергоблокам электростанций и может быть использовано для регулирования мощности в энергосистемах.

Известна система регулирования мощности энергоблока, содержащая регулятор скорости, соединенный с сервомотором регулирующих клапанов части высокого давления турбины, снабженных соединенными логическими элементами Н и ИЛИ-НЕ, блоками измерения отклонения давления перед турбиной, и двухпозиционнне сервомоторы клапанов на регенеративных отборах С 1 .

При работе указанного устройства входящего в состав электростанции, полученное задание на увеличение или уменьшение нагрузки электростанции отрабатывают таким- образом, что все энергоблоки в равной степени увеличивают или уменьшают свою индивидуальную нагрузку, т.е. общее изменение нагрузки распределяется пропорционально числу энергоблоков. Эт приводит к тому, что регулирующие клапаны турбины каждого отдельного энергоблока в зависимости от задани ivioryT находиться в любом положении, промежуточном между положением полного закрытия и полного открытия. За счет дросселирования пара при промежуточном расположении регулирукяцих клапанов турбины невозможно получить максимальное значение КПД для за,цанной нагрузки на каксдом отдельном энергоблоке. В целом на электростанции потери КПД сул1мкруются по числу работающих энергоблоков и достигают значительных величин . Это приводит к снижению экономичности работы электростанцит-г вследствие увеличения расхода топлива на выработку электроэнергии, так как часть энергии теряется в виде потерь на дросселирование.

Наиболее близкой к предлагаемой является система распределения электрт-гческой нагрузки электростамции, содержащая, блок задания, распределители нагрузки энергоблока, исполнительные блоки с исполнительными механизмами.

Кроме того, в, устройство введены последовательно соединенные дифференциальны-й блок, логический блок и сумматор, вход которого подключен к выходу регулятора суммарной мощности, а выход связан с вторым вхо,дом след5пде-запоминаю1цего блока, при этом вьгход блока задания соединен- с входом дифференциального блок и входом сумматора 12.

Известная система не возволяеет реционально распределять ЭJ eктpичecкие нагрузки между Энергоблоками, TBic как зависимость КПД системы от электрической нагрузки имеет ярк выраженные пики по}зы11 енного значени РчПД при 1 агруз ах, соответствующих MGCTciM noJiHOTo открытия {закрр;1тия) регулирующих клапанов турбины и, если регулирующие клс1паны турбины находятся в любом промежуто-чном положении (что чаще всего бывает пр работе системы) КПД понижается за счет потерь на дросселирование пара в неполнос-тьрэ открытых клапанах.

Цель изобретения - оптимальное распредел€2ние электригеской нагрузк по энергоблокам.

Поставленная цель достигается тем, что система распределения элекрц-ч е С к о 1 V- а г ру з к и з ле к г ро и и , содерж щая блок задания,- расгфеделители нагрузки энергоблока, исполнительные блоки с исполяительными механизмами распрелвлительных клапанов , снабжена общестпнционным счетчиком нагрузки, схемой совпадения, генератором импульсоо, блоком сбора информации, блоком оперативного упрвления, информацио 1ными блоками регулирующих клапанов турбины и общим информационным блоком, а каждый расг7ределитель нагрузки энергоблока .выполне.н в видде дешифратора-коммутатора и регис-тра состояния клапано труб-ины, соединенных межл,у собой, причем выходы дешифратора-комму-гатора импульсов через соответствующи исполнительный блогс подключены к - входам исполнительных механизмов распределительн-.:лх клапа.нов, единичные и нулевые входы регистра состояния клапанов турбины подключены к выходам соответствующей информационной схем регулир пощкх клапанов турбины, выход генератора испульсов -подключен со стороны младших разрядов к первому.- а со сторОЕ1Ы старших разрядов к h-ому последовательно соединенным в обоих направлениях но испульсным входак дешифЕ)аторам коммута-тор-э.м импульсов, каяшый из которых выхсда ш Разгружение и Нагружег ие подключен соответственно к первому и второму вЕлходам блоке оперативного у1:равления. свя занно7.о входом с выходом системы более высокозго рангз , а третьим и четвер-тым вихода-ми - с первьми входами соотвстстБемко генератора импульсов и общего кЕ-формационного блока, под ключа;- ног-о зторыгл входом К первому блока задсшия, третья груп-па входов общего информационного блока подключена к общим И-Мпульсиым выходам кехщого дещибратора-коммута-тсгра импу-пьсов, первая гру-ппа выходов - к шинам запрета каждого регистра состояния Еслапа- нов турбины и вторая группа выходов к единичным вхсщам общестанционного счетчика нагрузки, вторая груп па единичных входов которого соединена с вторым выходом блока задания, нулевые выходы общестанционного счетчика нагрузки через схему совпадения - с вторым входом генера тора импульсов, а счетный вход счет чика - с выходом блока сбора информации, подключенного к регулирующим выходам дешифраторов-коммутаторов импульсов. На фиг. 1 показана структрная схема системы распределения электри ческой нагрузки электростанции, на фиг. 2 - функциональные схемы 1-го дешифратора-коммутатора импульсов(а и регистра состояния клапанов турбины (S); на фиг. 3 - функциональна схема оперативного блока управления на фиг. 4 - функциональные схемы исполнительного блока (t и блоки сбора информации (б); на фиг. 5 график зависимости КПД от электриче кой нагрузки, поясняющий принцип работы системы. Система (фиг. 1) содержит распре делители 1 нагрузки энергоблока, .каждый из которых включает в себя соединенные между собой дешифраторкоммутатор 2 и регистр 3 .состояния клапанов турбины. Дешифратор-коммутатор 2 служит для расшифровки сост яния клапанов турбины и подкдлочения выходов разгружения (Р)-нагружения (Н) оперативного .блока 4 управления и коммутации импульсов, с генератора 5 либо К входам исполнительных механизмов 6 распределительных клапанов через соответствующий исполнительный блок 7, либо входам следующего дешифратора-комму татора. При этомвыход генератора 5 импульсов подключен со стороны младших разрядов к первому, а со стороны старших разрядов к г -му последовательно соединенным в обоих направлениях (справа-налево и слева направо) по импульсным входам дешиф раторам-коммутаторам 2, каждый из которых входами Разгружение и Нагружение подключен соответствен но к первому и второму выходам блока 4 оперативного управления. За первый принимается дешифратор-комму татор, относящийся к энергоблоку, который нагружается первым, а младший разрядом в дешифраторе-коммутаторе считается тот разряд, который коммутирует импульсы в цепь исполнительного механизма 6 распределительного механизма блока, открьшающего при нагружении определенный клапан первым. При разгружении, когда клапаны должны закрываться, порядок разгружения энергоблоков и закрытия клапанов турбины принимается обра ным. Дешифратор-коммутатор,. 2 (фиг. 2а содержит 4 к активнглх логических., элемента типа И. Одна, половина элементов И работает при нагружении 1Н 2Н U(21;-1JH . а. другая при разгружении энергоблока- ( , . ( (21(-и U21H Где к 1,2,...., j,....(k количество распределительных клапанов турбины). Выходы нечетных элементов И (U(2j-i|1 5 U(7j-(p) являются регулирующими. Импульсы .на их выход проводят В:том случае, когда при наличии сигналов с предыдущего (i-l)-ro дешифратора-коммутатора при нагружении (или (i+l)-ro при. разгружении) присутствует разраиакягшй сигнал нагружения И (или разгружения Р) с блока 4 оперативного управления, а соответствующий триггер Т-ц (или Ту|э ) регистра 3 состояния клапанов турбины находится в единичном состоянии (фиг. 25). Регулирующие выходы каждого дешифратора-коммутатора 2 подключены также к блоку 8 сбора информации. Импульсы опроса для следующего разряда дешифраторакоммутатора 2 формируются четными элементами И (2jH -2jp три наличии сигналов с предыдуиего дешифратора-коммутатора ((i-l-)-ro или (1+1)-го), когда присутствует разрешающий сигнал нагружения (или разгружения), а соответствующий триггер Tj (или Т|р) находится в нуле вом состоянии. Выходные импульсы опроса после старшего разряда при нагружении энергоблока (или после младшего разряда при разгружении) поступают на активный элемент типа ИЛИ, выход которого является общим импульсным выходом дешифратора-коммутатора 2, подключенным к третьей группе входов общего информационного блока 9. Регистр 3 состояния клапанов t турбины используется для хранения единичной или нулевой информации, характеризуюцей открытие или закрытие каждого регулирующего клапана. Его единичные и нулевые выходы соединены с соответствующими входами дешифратора-коммутатора 2, а . единичные и нулевые входы подключены к выходам информационных схем 10 регулирующих клапанов турбины. Шина запрета, за которую принята об1ъединенная вторая группа нулевых входов триггеров регистра 3, соединена с первой группой выходов общего информационного блока 9. Каждому клапану турбины соответствуют два двоичных разряда в регистре 3: Т.н - Т TifB, Tie. 2к триггеров (фиг. 26). Полностью закрытому клапану соответствует 1 в .триггёрах с индексом н и О в триггерах с индексом р, а полностью открытому - обратные состояния триггеров. Поэтому единичные и нулевые входы в каждой паре триггеров Ту Tip объединены для подключения к соответствуняцей группе выходов свое информационной схемы 10 регулирующи клапанов турбины. Единичное состояние триггеров Т;„ разрешает нагружение., а единичное состояние разгружение. При наличии запрещающего потенциального сигнала в шине запрета, которая подключена к перво группе выходов общего информационного блока 9, все триггерырегистра 3 переходят в нулевое состояние, , запрещая нагружение-разгружение соответствующего энергоблока. Информационная схема 10 регулиру ющих нлапанов турбины предназначена для формирования сигналов от конечных выключателей клапанов. Наличие сигналов на выходах, подключенных к нулевым входам триггеров Т;„ (фиг. 26), свидетельствует о полном открытии, а наличие сигналов на выходах, подключенных к нулевым входам тригеров Tjp - о полном закрытии соответствующих- регулирующих клапанов турбины. Блок 11 задания служит для форми рования задания на -нагружение или разгружение энергоблоков как в анал говой , так и в цифровой форме от оператора (или диспетчера ). Первый выход (аналоговый) блока 11 задания подключен к второму входу информаци онного блока.9, а второй (цифровой к второй группе единичных входов общестанционного счетчика 12 нагрузки, нулевые выходы которого соед нены с входами схемы,13 совпадения Задание в аналоговой форме (наприме в виде напряжения) может быть сформировано, например, с помощью пере менного резистора с градуированной шкалой, который подключен к источни опорного напряжения. Код задания может быть сформулирован, например с помощью клавишного набора типа П2К. Кроме того, из блока 11 задани предусмотрено дублирование сигналов нагружения Н и разгружения Р оператором. Блок 4 оперативного управления предназначен для оперативного диспетчерского управления системой: формирования признаков нагружения или разгружения энергоблоков на осн вании информации, получаемой от системы более высокого ранга, пере дачи информации в общий информационный блок 9 и формирования разрешающего сигнала на первый вход гене ратора 5 импульсов. Первый и второй выходы блока 4 оперативного ynpateления подключены к входам разгружеНИН и нагружения соответственно, а третий и четвертый - к первым входам генератора 5 импульсов и общего информационного блока 9, а вход связан с выходом системы более высокого ранга. Блок 4 оперативного управления (фиг. Зй) содержит формирователи Ф1 и Ф2, на входы которых подключен выход системы более высокого . Формирователи служат для фильтрации входной информации, причем формирователь Ф1 воспркнимает сигнал положительной полярности, аФ2 - отрицательной полярности. Выходные сигналы формирователей Ф1 и Ф2 служат для установки триггеров Т1 и Т2 в единичное состояние. Единичное состояние Т1 означает признак нагружения Н, единичное состояние .Т2 - признак раагружения Р Схема ИЛИ используется для формировг)ния сигнала разрешения на первый вход генератора 5 импульсов. Ее два входа подключены к единичным выходам Т1 и Т2, что обеспечивает передачу единичного состояния одн-ого из триггеров на первый вход генератора 5 импульсов. Сброс триггеров Т1 и Т2 в нулевое состояние осуществляется вручную или автоматически из общего информационного блока 9. Общий информационный блок 9 используется для формирования: запрещающих сигналов в тины запрета регистров 3- состояния клапанов турбины, формирования кода аналогового сигнала нагрузки, KOHTPOJIH окончания работы распределителей 1 и формирования вспомогательного сигнала Сброс. Его первый выход подключен к четвертому выходу блока 4 оперативного управления, второй вход - к первому выходу блока 11 задания, а третья группа входов - к общим импульсным выходам каждого дешифратора-коммутатора 2 импульсов. Первая группа выходов подключена к шинам запрета каждого регистра 3 состояния клапанов турбины, а вторая - к единичньзл входам общестанционного счетчика 12 нагрузки. Общий информационный блок 9 может быть выполнен раз.пичным образом (фиг. 36, в, г). Так, форм1юования запрещающих сигналов используются кнопочные или клавишные наборы, например П2К (фиг. 36),, Формирование кода нагрузки в общестанционный счетчик 12 осуществляется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) (фиг. Зв), при этом знак входного напряжения, получаемый в знаковом разряде АЦП, опускается. Световая сигнализация производится путем занесения единичной информации в триггеры регистра РГ (фиг. Зг) ,Его единичные нходы подкх.ючены к общим импульсным выходам распределителей 1 нагрузки энергоблока, в частности дешифратора-коммутатора 2. Единичные выходы РГ через схему И формируют .вспрмогательньлй сигнал Сброс. Общестанционный счетчик 12 нагрузки служит для хранения кода распределяемой нагрузки ±uNl, заносимого через две группы единичных входов, вычитания из кода (+лМ взвешенных импульсов и для управления схемой 13 совпадения. Две группы единичных входов общестанционного счетчика 12 нагрузки соединены соответственно с вторыми -группами выходов общего информационного блока 9 и блока 11 задания. Его счетны вход подключен к выходу блока 8 сбора информации, а нулевые выходы соединены с входами схемы 13 совпадения. Конструктивно общестанционный счетчик 12 нагрузки выполняется как двоичный.счетчик, работающий на вычитание на основе интегральньнс схем, например, серии К155(типа ИЕ7). Схема 13 совпадения, соединенная входами с нулевыми выходами общеста ционного счетчика 12 нагрузки, а выходом - с .первым входом генератор 5 импульсов, предназначена для конт роля нулевого состояния счетчика 12 и выработки разрешающего или запрещающего сигнала на первый вход генератора 5 импульсов.Схема 13 сов падения выполняет функцию логическо умножения, т.е. является элементом При нулевой информации в общестанционном счетчике 12. нагрузки все сигналы на всех входах схемы 13 сов падают и она формирует запрещаюишй сигнал на первый вход генератора 5 импульсов. В случае несовпадения хотя бы одного разряда схема 13 совпадения формирует разрешающий сигнал, что равносильно наличию в счетчике 12кода нагрузки, которая должна быть распределена. Генератор 5 импульсов предназначен для формирования взвешенных однополярных импульсов. Предельную частоту генератора 5 выбирают -из условия-допустимой частоты работы исполнительных механизмов б распред лительных клапанов. Первый и второй входы генератора 5 импульсов соединены соответственно с третьим вь1ход блока 4 оперативного управления и с выходом схемы 13 совпадения. Его выход подключен со стороны младших разрядов к nepBONry, в со стороны старших разрядов к л-ому последовательно соединенным в обоих направ лениях по импульсным входам дешифраторам-коммутаторам импульсов. Имиульсы на выходе генератора 5 появляются только при наличии разре шающих сигналов на обоих в.ходах. Исполнительный блок 7 служит для формирования импульсов положительной и стрицате.пьной полярности с цельй) управления ис юлнитеЛьными механизмами 6 распределительных кла-панок, Вхсдьт каждс.гс исполнительного блока 7 подключены к выходам соответствующих дешифраторов ко имута торов 2, а выходы - входам соответствующих исиолнительь.ых механизмов 6 распределительных Ч71апанов. Исполнительный блок (фиг. 4д ) содержит в каждом канале управлени.ч по два формирователя Ф i - Ф/р . На входы формирователей посту,тают импульсы положительной полярности, на выходе формироЕзтел.я j , обеспечивающего открытие клапана, формируется импульс положительной полярности, а на выходе формироваталя , o6ecne4HBcuoLjero закрытие клапана - импульс отрицательной по.кярности. Выхо/-,ы обоих формирователей соединены с входами тиристор кой схемы управления ТС , количество которых равно к для каждого энергоблок.а. Выходы тиристорных схем TC,.-TC,j исполнительного блока 7 подключены к входам соответствующих исполнительных механизмов 6 распределительных клапанов. Блок 8 сбора информации используется для объединения (сбора) однополярных импульсов в единую последовательность, а также для разделени5т регулирующих входов дешифраторов-коммутаторов 2. Входы б.лока 8 сбора ннформацик подключены к регулирукхцим выходам дешифраторов-коммутаторов 2 всех распределителей нагрузки 1, а его выход соединен со счетным входом общестанционного счетчика 12 нагрузки. Б.ПОК 8 сбора информации выполняет функцию логического c лoжeния для большого количества входов. На фиг, 45 изображена фуккцкональкая схема блока сбора информации кп 64 входа. При построении блоков сбора информации типа ИЛИ применяется, как правило,, ступенчатая схема гюстроения на базе активных интегральных схем ИЛИ (обозначение 1) на разное число входов. . В основу построения системы распределения электрической нагрузки электростанции положен способ последовательного распреде.ления дополнитель ной нагрузки по энергоблокам с контролем состояния клапанов турбины на полное открытие при нагружении и полное закрытие при разгружении таким образом, чтобы каждый из нагружаемых, энергоблоков, кроме одного допустимого, работал в номинальной нагрузке когда клапаны полностью открыты, а при разгружении - при минимально допустимой нагрузке, когда одни клапаны полностью открыты, а другие полностью Закрыты, причем останов энергоблока рассматривается как частный случай минимальной нагрузки,

Такой способ распределения нагрузки экономически выгоден и поясняется графиком зависимости КПД энергоблока от величины электрической нагрузки N (фиг. 5). Из графика видно, что наибольший КПД имеет место при номинальной нагрузке, когда все клапаны турбины открыты (точка Э на . фиг. 5). При работе энергоблоков на нагрузках, отличающихся от номинальной, наиболее выгодными являются нагрузки Nj., Hg , Ng, N , когда некоторые клапаны турбины полностью открыты, а другие полностью закрыты/ что соответствует точкам л, 6 , ъ и i- на фиг. 5.

Система распределения электрической нагрузки электростанции работает следующим образом. В стационарном режиме работы э лектростанции регулирующие клапаны всех энергоблоков, кррме одного, имеют положение либо полностью открытое, либо полностью закрытое. Лишь на- одном Э1|ергоблоке регулирующие клапаны могут быть в положении, промежуточном между полностью о.ткрытым и полностью закрытым. Общестанционный счетчик 12 нагрузки находится в состоянии О, на оба входа генератора 5 импульсов подаются запрещающие сигналы.

Возможны два режима работы системы: полуавтоматический, когда задание и увеличение нагрузки подается от сист,емы более высокого ранга (например, по телетайпу) в аналоговой через блок 4 оперативного управления, и ручной режим, когда задание и запреты на нагружение-разгружение подаются диспетчером соответственно через блок 11 задания и блок 4 оперативного управления.

В полуавтоматическом режиме по знаку информации в блоке 4 оперативного управления определяется нагружение или разгружение энергоблока, эта информация индицируется в блоке 4 оперативного управления.

В ручном режиме нагружение или разгружение энергоблока устанавливается диспетчером (по информации, поступающей, например, по телефонному каналу). Разрешающие сигналы Р или Н подаются на первый вход генератора 5.

При поступлении кода задания на одну из информационныхвходов общестанционного счетчика 12 нагрузки его состояние становится отличным от нулевого, а на его управляющем .выходе появляется разрешающий потенциал, который поступает на второй вход генератора 5 импульсов. Поступление дополнительной нагрузки для распределения в общестанционный счетчук 12 сопровождается сигнализацией. При этом оЬуществляется авто

матический запуск с-истемы, и она работает аналогично как при нагружении, так и при разгруженни энергоблоков .

В режиме нагружения энергоблоков генератор 5 вырабатывает импульсы положительной полярности, опрашивающие поимпульсному входу последовательно соединенные дешифраторы-коммутаторы 2 распределителей 1 .нагрузки каждого энергоблока, начиная с . Опро каждого дешифратора-коммутатора 2 производится при нагружении от младшего разряда к старшему. ИмпульсЛл опроса проходят только на один регулирующий выход выбранного (опрашиваемого) дешифратора-коммутатора 2 которым является выход, соответствующий очередному открываемому клапану минуя выходы, соответствуюш.ие полностью открытым клапанам.

Положительные импульсы, с одной стороны, воздействуют через исполнительный блок 7 на соответствующий исполнительный механизм 6, открывая очередной регулирующий клапан турбины,-а, с другой стороны, проходя через, блок 8 сбора информации, вычитываются из кода задания, находящегося в общестанционном счетчике 12 нагрузки.

При полном открытии очередного клапана турбиНы с информационной схем1э1 10 регулирующих клапанов турбины нагружаемого энергоблока приходит сигнал, переключающий соответствующий нечетный разряд ре-гистра 3 состояния клапанов турбины ,в 1, что прекр,ащает поступление импульсов с данного выхода дешифратора-коммутатора 2 и переключает импульсы опроса на его следующий очередной выход. Соответствующий четный разряд устанавливается при этом в О.

После полного открытия регулирующих клапанов, соответствующих первому из опрашиваемых распределителей 1 нагрузки, импульс опроса проходит на его общий выход, так как нечетные разряды регистра 3 находятся в 1 состоянии (что равносильно запрету ), поступает на импульсный вход следующего дешифратора-комму-, татора 2. Одновременно имщльс с общего выхода дешифратора-коммутатора подается в общий информационный блок 9, сигнализируя окончание нагружения энергоблока.

Если очередной энергоблок запрещен к нагружению, т.е. регистр 3 установлен в 1 с обыего инфоомационного блока 9, то ИМПУЛЬС опроса сразу ПРИХОДИТ .на обший выход, поступая на импульсный вход следующего дешифратора-коммутатора 2.

Аналогично производится нагружение следующего очередного энергоблока. И так до тех пор, пока не наберется заданная нагрузка, установленная в обиестанцирнйом счетчике 12, о чем сигнализирует переход его в нулевое состояние, которое запрещает работу генератора 5 иипульсов. При этом клапаны одного энергоблока могут оказаться в промежуточном положении.

При разгружении энергоблоков второй опрос каждого матричного дешифратора-коммутатора производится от старшего четного разряда к младшему. Во всем остальном работа системы происходит так же, как и при нагружении энергоблоков с той разницей, что импульсы отрицательной полярности с выходов исполнительного блока 7 через исполнительные механизмы 6 последовательно закрывают регулирунидие клапаны.

Таким образом, введение в систему дополнительных узлов и блоков позволяет обеспечить работу системы по принципу последовательного распределения заданной нагрузки путем рационального распределения -заданной нагрузки между энергоблоками. При этом на распределителях нагрузки энергоблоков, кроме одного, клапаны имеют положение либо полностью открытое, либо полностью закрытое. Потери энергии за счет дросселирования пара сводятся к минимуму, и КПД энергоблока принимает максимально возможное значение при данной нагрузке.

Ч

л1

CM

t6

55

От системы ffo/iee высокого

ptlKttt

I

К распределителям нагрузки / От оперативного Отб окаЛ улраб ениязаданий Фиг. S

HatpymcHuc-,

. n

Разгрутение-,р

л, ф

к блоку 5

. К первой tpynn.. А еоиничныи 6wt общестагщионного счетчика нагрузки

сигнализация CSpoc

И

РГ

1ГТ От pacnpede ume euj наерузки знергобмка

К исполнительным механизмам 6