CN109378833B - 一种通过控制汽轮机抽汽量实现机组快速调频的方法 - Google Patents

Abstract

一种通过控制汽轮机抽汽量实现机组快速调频的方法，目的是提高汽轮发电机组适应网上负荷变化能力；本发明方法是在机组实际负荷PE与电网负荷指令P0二者发生偏差时，控制电脑在对锅炉控制器、汽机控制器发出指令的同时对抽汽调整进行控制，通过抽汽调整控制指令PC来调整高加进汽门和低加进汽门开关量，由锅炉控制器和汽机控制器发出锅炉指令PB、汽机指令PT来控制锅炉燃烧调整量、汽机调速汽门开度量，三个方面闭环控制至实际负荷PE与电网负荷指令P0相等。

Description

一种通过控制汽轮机抽汽量实现机组快速调频的方法

技术领域

本发明涉及一种通过控制汽轮机抽汽量实现机组快速调频的方法。

背景技术

在电力系统中，自动发电控制AGC(Automatic Generation Control)是能量管理系统EMS中的一项重要功能，AGC是调节不同发电厂的多个发电机有功输出以响应负荷的变化的系统。发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电力调度交易机构下发的指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联络线功率控制要求的服务, 保证发电出力与负荷平衡，保证系统频率为额定值。单元机组接受AGC指令后，通过负荷控制系统完成瞬时的负荷调节。负荷控制系统又称为协调控制系统,是将锅炉、汽机及辅机作为一个整体加以控制的十分复杂的多变量控制系统,该系统有机的、协调的控制锅炉的燃料、送风、给水以及汽机调节阀门开度,使各变量间的影响最小。因为被控对象同时具有多变量强耦合、非线性、大惯性大迟延、慢时变等多种控制理论公认难以控制的特性,目前于火电机组协调控制系统在理论上和工程上的研究涉及面非常广泛。随着电网容量的增大，电网对供电质量的要求较高。要求通过电网的AGC和一次调频来实现，而机组AGC功能的正常投入建立在机组协调控制系统具有良好的控制品质基础之上。目前，火电机组为满足电网自动控制系统AGC的考核指标，机组变负荷的速率需要达到电网的要求，机组在大部分负荷段不得不使主蒸汽调节阀处于较大的节流状态，牺牲部分经济性来保证负荷响应能力和一次调频能力。为协调火电机组中低负荷段运行的经济性和电网需求的矛盾，辅助功率调节技术成为科研人员关注的焦点。另外,各行各业对电力供应的可靠性和电能质量提出了更高的要求,这不仅要求电网继续大力发展,而且要求电能调整水平上一个新的台阶。为了提高电网频率质量,各大电网大力推进发电功率自动调整控制技术的应用, ACE(Area ControlError)即区域控制偏差是根据电网的当前负荷、发电、受电、频率等，在各发电企业的各台AGC机组之间进行功率自动调整,实现电网经济调度,保证电网安全、稳定运行。ACE投入后要求发电机组快速响应负荷变化，但负荷指令波动幅度大，波动频率高时，为保证机组快速响应负荷变化，汽机指令会迅速响应，汽机高压调门快速波动，多个电厂已多次发生由此造成的调汽门门杆断裂事故。同时易造成机侧主汽压力波动大、超调时间长，欠压或超压问题严重。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种可提高汽轮发电机组适应网上负荷变化能力、减少汽轮机和锅炉的运行波动、加快负荷响应速度的通过控制汽轮机抽汽量实现机组快速调频的方法。

发电机组协调控制系统是把锅炉及汽轮机作为一个单元机组的整体进行综合控制时所用的控制系统，当电网负荷指令P0与发电机组实际负荷PE发生偏差时，同时对锅炉控制器、汽轮机控制器发出信号，汽轮机控制器发出指令PT，通过调整“汽轮机调速汽门”的开度来调整汽轮机进汽量，进而调整负荷。锅炉控制器发出指令PB给锅炉的“燃烧率调节机构”，通过调整设备给煤量、风量、给水量等，来调整锅炉的负荷。整个调整过程闭环控制，直至实际负荷PE与电网负荷指令P0相等。锅炉控制器和汽轮机控制器经过内部程序运算，得出锅炉燃烧调整量和汽轮机调速汽门开度量，即锅炉指令和汽机指令，通过电信号来命令锅炉燃烧和汽机调门作出开关调整。

本发明方法是：在机组实际负荷PE与电网负荷指令P0二者发生偏差时，控制电脑除了对锅炉控制器、汽机控制器发出电信号外，对抽汽调整同时进行控制，由抽汽调整控制指令PC来调整高加进汽门和低加进汽门开关量，由锅炉控制器和汽机控制器发出锅炉指令PB、汽机指令PT，去控制锅炉燃烧调整量、汽机调速汽门开度量，三个方面闭环控制至实际负荷PE与电网负荷指令P0相等。

当实际负荷PE和电网指令P0发生偏差时，首先对抽汽调整控制发出指令PC，此指令为控制阀门开合度的一个电信号，通过高加进汽门开度和低加进汽门开度发生变化引起抽汽量变化，继而影响发电负荷变化；如果电网负荷指令P0与实际负荷PE偏差小于5%时，抽汽量变化即满足负荷调整。这时锅炉控制器和汽机控制器不用参与调频。当电网负荷指令P0与实际负荷PE发生偏差较大（大于5%）时，抽汽量变化不能满足负荷调整，继续对锅炉控制器、汽机控制器发出信号，汽机控制器发出指令PT，通过调整汽轮机调速汽门的开度，调整汽轮机进汽量，进而调整负荷；锅炉控制器发出指令PB，通过控制调整锅炉给煤机、送风机、给水泵等设备给煤量、风量、给水量等来调整锅炉的负荷，至实际负荷PE与电网负荷指令P0相等。

试验结果表明：抽汽控制调频范围在350MW级机组为5%以内较佳；如果为供热机组，增加供热抽汽调整，调频范围可增加到7%左右。其他机组由于容量等不同，调频范围可能变化，但区别不大，上下波动在10-15%左右。

一般的，火力发电机组常规控制为三台高压加热器和三台低压加热器。抽汽调整控制指令PC由锅炉原有控制系统提供，不用增加任何设备和装置。

汽轮发电机组的负荷主要是由进汽量决定的，通常“汽轮机调速汽门”的开度决定了进汽量的大小，汽轮机调节负荷是通过调速汽门指令来实现的，汽轮机抽汽量不进行调整。如果通过指令改变“高加进气门”、“低加进汽门”的开度，那么汽轮机内部抽出的蒸汽量发生变化，汽轮机发电机组负荷也会相应变化。

本发明可提高汽轮发电机组适应网上负荷变化能力，减少汽轮机和锅炉的运行波动，加快负荷响应速度。在ACE状态下，增加抽汽量控制前馈后，负荷小幅度波动完全靠抽汽量调节，机组调汽门状态开度不变，杜绝了调门因开关频繁造成的相关事故；由于抽汽变动量瞬时转化为负荷变化量，在一定范围内，负荷响应快；在AGC、ACE方式下，锅炉燃烧调整量小，机炉系统运行稳定性高；机炉系统改造量小，通过抽汽量节流试验，在原协调控制基础上增加相关控制即可，方案简洁实用。

附图说明

图1为本发明抽汽调整控制方式流程图；

图2为350MW机组抽汽量变化与负荷的变化关系曲线图；

图中：1.锅炉燃烧率调节机构，2.汽轮机进汽调节门，3.(高)低压加热器进汽调节门，4.发电机，5.计算元件，6.负荷信号，7.电网需要负荷信号；P0为电网负荷指令；PE为机组实际负荷；PC为给抽汽控制发出指令；PB为给锅炉发出指令；PT为给汽机发出指令。

具体实施方式

锅炉燃烧率调节机构1通过调整给煤机的给煤量、送风机的风量、给水泵的给水量等，来调整锅炉的燃烧强度；汽轮机进汽调节门2通过开关来增加或减少汽轮机的进汽量，调节汽轮机的负荷；汽轮机通常配置有三段抽汽至三台高压加热器，有三段抽汽至三台低压加热器，所以总的有六个（高）低压加热器进汽调节门3；计算元件5算出P0和PE的差值，送出一个电信号给锅炉控制器和汽轮机控制器；汽轮发电机组发出的当前负荷通过负荷信号6传给计算元件5；电网需要负荷信号7传给计算元件5。给抽汽控制发出指令PC，控制包括对汽轮机高压加热器进汽门和低压加热器进汽门开度的控制。

前汽轮机和发电机4发出一定负荷送至电网，通过元件6给计算器5送当前所带实际负荷PE，同时电网机组负荷指令P0通过7传送给计算元件5，计算元件5计算当前PE和P0的差值，然后送出一个电信号发出抽汽调节指令PC，PC控制汽轮机高压加热器进汽门和低压加热器进汽门开度进行调节，这时汽轮机发出的负荷PE发生变化，计算元件5继续计算调整后的PE和P0的差值，如相等，则本次调节过程完毕，如不相等，那么计算元件5继续给“锅炉控制器”、“汽机控制器”发出信号，汽机控制器发出指令PT，通过调整汽轮机调速汽门2的开度，调整汽轮机进汽量，来调整负荷。锅炉控制器发出指令PB给锅炉的燃烧率调节机构1，通过调整设备给煤量、风量、给水量等，来调整锅炉的负荷，随即汽轮机发出的负荷PE发生变化，计算元件5继续计算调整后的PE和P0的差值，作出继续调整还是调整完毕的命令，以上整个流程闭环控制，直至实际负荷PE与电网负荷指令P0相等。

当机组需要快速增加负荷时，减小高低加热器进汽门的开度，节流进入高低加的抽汽，这部分抽汽回到汽轮机做功，机组负荷瞬间上升。反之，通过开启抽汽调整门，瞬间降低机组负荷；快速满足对负荷变化要求。

通过300MW级汽轮机运行试验，高低加进汽门开度变化10%，瞬间约影响负荷2-3%。本发明调整负荷速率快，且可在机组调汽门不动作、锅炉燃烧不调整的基础上，实现快速升降负荷。

采用本发明方案时，需要在高低加抽汽管道增加抽汽调节门（如原系统为调整门可不用改造）；通过运行试验，机组协调控制系统增加抽汽控制前馈，控制量根据试验结果进行合理调整，以达到精确和快速控制负荷的目的；高低加疏水调整门进行相应反应速度调整，以保证在抽汽量进行调节时，高低加水位控制在正常波动范围内；凝汽器、除氧器水位控制进行相应调整，保证抽汽量进行调整的过程中，凝汽器、除氧器水位合理控制；如供热机组，可增加供热抽汽调整控制，并进行相应的运行试验和运行调整工作。

以350MW超临界机组为例：额定工况下，主蒸汽流量为1050t/h，高低加除氧器进汽参数如下：

以上三级高加抽汽量共计193t，当三级高加抽汽参与调整控制，每级抽汽量节流时，负荷变动量如下表：

当三级低加、三级高加同时参与调整控制，每级抽汽量节流时，负荷变动量如下表：

上表可看出，高低加抽汽参与负荷控制后，负荷瞬时变动量可从7MW到76MW负荷，完全满足机组ACE状态下的负荷调整，同时机组调汽门和锅炉燃烧不用波动。供热机组如增加供热抽汽调整，负荷控制的范围可扩大至100MW 以上。

由试验数据得出的350MW机组抽汽量变化与负荷的变化关系曲线参见图2。抽汽量与负荷的关系是通过主汽流量变化与负荷变化的正比例关系计算的，同时结合实际运行主汽流量与负荷的关系，而得出的数据。负荷量在实际运行工况下还与机组背压、主蒸汽再热蒸汽压力温度等变化有关。

Claims (3)

1.一种通过控制汽轮机抽汽量实现机组快速调频的方法，其特征是在机组实际负荷PE与电网负荷指令P0二者发生偏差时，控制电脑在对锅炉控制器、汽机控制器发出指令的同时对抽汽调整进行控制，通过抽汽调整控制指令PC来调整高加进汽门和低加进汽门开关量，由锅炉控制器和汽机控制器发出锅炉指令PB、汽机指令PT来控制锅炉燃烧调整量、汽机调速汽门开度量，三个方面闭环控制至实际负荷PE与电网负荷指令P0相等；

实际负荷PE和电网指令P0发生偏差时，首先对抽汽调整控制发出指令PC，控制阀门开合度，通过高加进汽门开度和低加进汽门开度发生变化引起抽汽量变化来影响发电负荷变化；如电网负荷指令P0与实际负荷PE偏差小于5%，抽汽量变化即满足负荷调整；锅炉控制器和汽机控制器不参与调频；当电网负荷指令P0与实际负荷PE发生偏差大于5%时，抽汽量变化不能满足负荷调整，需继续对锅炉控制器、汽机控制器发出信号，汽机控制器发出指令PT，通过调整汽轮机调速汽门的开度及汽轮机进汽量来调整负荷；锅炉控制器发出指令PB，通过控制调整锅炉给煤机、送风机、给水泵设备给煤量、风量、给水量来调整锅炉的负荷，至实际负荷PE与电网负荷指令P0相等。

2.如权利要求1所述的通过控制汽轮机抽汽量实现机组快速调频的方法，其特征是350MW级机组抽汽控制调频范围在5%以内更佳。

3.如权利要求1所述的通过控制汽轮机抽汽量实现机组快速调频的方法，其特征是针对供热机组可增加供热抽汽调整范围到7%。

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