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浅析电厂电气节能与自动控制系统设计
摘要：发电厂的节能降耗, 最明显的是节约燃料、提高锅炉燃烧效率、提高热力循环效率、降低传输热量损耗。但这些往往是设备材料制造水平决定的, 在设计中继续挖掘的潜力不大。而电气专业由于总体能耗相对比重不是很大, 以往重视程度也不够, 反而有较大的潜力可挖。电气节能, 可以从以下几个方面着手。
一、降低变电过程中变压器损耗
1. 采用节能型变压器。由于材料技术的不断发展和变压器厂对结构的不断改进, 节能型变压器发展也很快。通过实践节能型变压器节能效果还是非常好的, 因此应优先选择节能设计新型的节能变压器。
2.调整变压器运行方式节约能耗。尽量减少空载运行变压器数量。我们知道, 火力发电厂一般都设置大容量的高压启动备用变压器, 作为高压厂用变压器的备用兼作电厂启动电源, 其容量一般都与最大的高压厂用变压器相同, 容量很大, 空载损耗也很大。应注意电厂用电的可靠性应满足规程规范的要求。
二、降低输电过程中的线路损耗及铁磁性损耗
1.用经济电流密度选择载流导体载面。导体选择时, 除配电装置的汇流母线以外, 对于全年负荷利用小时数较大, 母线较长, 传输容量较大的回路(如发电机至主变压器和发电机至主配电装置的回路) , 均应按照经济电流密度选择导体截面。这样可以在投资优化的前提下, 也降低了线损能耗。
2.采用封闭母线。发电机引出线载流导体除应按照经济电流密度选择外, 还应在布置及安装可能的基础上, 优先采用离相封闭母线。缩短导体长度, 减少输电线损。同时由于屏蔽效果良好, 极大的降低了输电路径上的铁磁性损耗。另外在运行可靠性、减少维护工作量和美观上也有较大提升, 可谓一举多得。
3．减少输电过程中的铁磁性损耗。在交变磁场的作用下, 钢材料会产生涡流损耗和磁滞损耗, 统称为铁磁性损耗。如果铁磁性损耗过大, 会造成钢材料局部过热, 可能全威胁到人身安全、设备安全或结构安全, 还造成大量电能损耗。要减少铁磁性损耗, 应从减少交变磁场中钢材料的使用、增加屏蔽、避免形成闭合回路、改善钢材料与载流导体空间关系等方面入手。
三、降低照明损耗
1.采用专用照明调压器。火力发电厂照明电一般都取自动力电源, 动力电源要求电网的电压高, 以使电机类电力拖动负荷更容易启动。对于电厂来说, 由于动力负荷要比照明更为重要, 实际运行时照明灯具电源电压就迁就于动力电电压。照明灯具属于电阻性负荷, 功率近似正比于电压的平方。降低工作电压, 也解决了发电厂灯具寿命短,可谓一举多得。
2．采用节能型灯具。随着技术的不断发展, 节能型灯具的寿命逐步提高, 价格不断下降, 其综合经济指标已具有明显优势。因此发电厂的照明设计应紧跟照明技术的发展, 积极推广使用新型节能灯具, 以节约电能。
3.对功率因数低的气体放电灯采用电容补偿，采用电容补偿型灯具可使功率因数更高,节电效果明显。
四、发电厂电气自动控制系统
电力系统中发电量的控制，一般分为三种情况：一是由同步发电机的调速器实现的控制；二是由自动发电控制(简称 AGC)实现的控制；三是按照经济调度要求实现的控制。
第一种情况通常叫做频率的一次调整控制；第二种情况称为频率的二次调整控制；而第三种则称为频率的三次调整。这三种调整控制频率的方式是有差别的。由调速器实现调频以控制发电机组的输出功率，其响应速度较快，可适应小负荷短时间的波动；对周期在10s至多2～3min以内而幅度变化较大的负荷，已经不能由调速器本身的调频特性来进行调整控制，就需要由电力系统控制中心，根据系统的频率以及与其他地区相连的
输电线上的功率的偏移程度，启动AGC来进行控制负荷；对于周期在三分钟以上的负荷波动，可以根据以往实测的负荷变化情况(即所谓的负荷曲线)和预测几分钟后总负荷变化趋势，由计算机算出发电机组最经济的输出功率，然后发出控制命令到各发电厂进行调整，即按经济调度实现负荷分配控制。
1.电气自动控制系统设计基本原理
最简单的AGC系统的结构，它是具有一台发电机组和联络线的 AGC系统。
Pzd为输电线路功率的整定值，Pzd为系统频率整定值，P为输电线路功率的实际值，f为系统频率的实际值，Bf为频率修正系数，K(S)为外部控制回路，用来根据电力系统频率偏差和输电线路上的功率偏差来确定输出控制信号，Pw为系统要求调整的控制信号功率，N(S)为内部控制回路，用来控制调整调速器阀门开度，已达到所需要的输出功率。
对于具有多个联络点和发电机组的实际电力系统，则AGC将变为包含许多并联发电机组控制回路的形式，其内部控制回路和外部控制回路的基本结构并未改变。G1、G2、G3为发电机组；ACE称为误差信号信息，用来根据系统频率偏差以及输电线路功率偏差来确定输出控制信号；负荷分配器根据输入的控制信号大小并且根据等微增率准则或其他原则来控制各台发电机输出功率的大小。
自动发电控制系统具有四个基本任务和目标：使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配；将电力系统的频率偏差调整控制到零，保持系统频率为额定值；控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，以实现各个区域内有功功率和负荷功率的平衡；在区域网内各发电厂之间进行负荷的经济分配。
2.自动发电控制系统包括两大部分：
（1）负荷分配器。根据电力系统频率和其他有关测量信号，按照一定的调节控制准则确定各发电机组的最佳设定输出功率。
（2）发电机组控制器。根据负荷分配器所确定的各发电机组最佳输出功率，控制调速器的调节特性，使发电机组在电力系统额定频率下所发出的实际功率与设定的输出功率相一致。
自动发电控制系统中的负荷分配器是根据所测量的发电机实际输出功率和频率偏差等信号按照一定的准则分配各台发电机组输出功率。决定各台发电机组设定的功率Pwi的负荷分配器，目前广泛采用以“基点经济功率Pbi”和“分配系数ai”来表示每台发电机组的输出功率的方法。
