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CN115324674B - 一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统 - Google Patents

一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统 Download PDF

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CN115324674B CN202210884375.3A CN202210884375A CN115324674B CN 115324674 B CN115324674 B CN 115324674B CN 202210884375 A CN202210884375 A CN 202210884375A CN 115324674 B CN115324674 B CN 115324674B
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Abstract

本发明属于电网调频技术领域，具体涉及一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统。本发明通过三相电力参数测试仪实时测试电网的频率，并将火电机组的功率、电网的频率信号送至数据采集与控制装置，数据采集与控制装置根据火电机组的功率、电网的频率信号以及凝结水流量测量装置测量的进入低压加热器的凝结水流量控制变频器来调节凝结水泵的转速，进而调节进入低压加热器的凝结水流量，以便调节低压加热器从低压缸的抽气量，进而使得火电机组输出的机械功率变化，从而实现火电机组参与电网频率调节。数据采集与控制装置通过二选一投切开关与变频器连接；投切开关置1时，投入变频器；投切开关置0时，切出变频器。

Description

一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统
技术领域
本发明属于电网调频技术领域，具体涉及一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统。
背景技术
2008年以来全国各区域电监局相继出台了《发电厂并网运行管理实施细则》和《并网发电厂辅助服务管理实施细则》(简称《两个细则》)，《两个细则》颁布实施后火电机组发挥着电网调频主力军的作用。近年来风电、光伏等新能源大规模并网发电，由于新能源电力存在波动性、间歇性和随机性特点，导致电网频率波动性变化明显，火电机组参与电网频率调节过程中汽轮机高压调门动作频繁，锅炉主汽压力随之实时波动变化，高温高压的汽轮机和锅炉本体及其相关辅助设备反复受交替热应力，设备寿命损耗严重；同时由于火电机组存在调频功率容量限幅，在新能源并网导致调频容量需求迅速增长的情况下引起了火电机组能提供的调节功率容量欠缺等问题。为了火电机组调节功率容量欠缺问题，公开的发明申请《一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统》(申请公布号CN114400681A)提出了汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，由于该技术方案是采用除氧器进汽调节阀及低压缸抽汽各调节阀共同参与调节的，为响应电网频率的变化其动作频繁，对调节阀动作灵敏性和可靠性要求过高。为了解决这些技术问题，本发明提出了一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，具体技术方案如下：
一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，所述火电机组包括锅炉、高压缸、中压缸、低压缸、凝汽器、低压加热器、除氧器、发电机定子、发电机转子；所述锅炉、高压缸、中压缸、低压缸依次连接；所述凝汽器与低压缸连接，所述低压加热器分别与低压缸、除氧器连接；所述除氧器与锅炉连接；所述发电机转子与低压缸连接，所述发电机定子与发电机转子连接；
还包括数据采集与控制装置、电流转换器、三相电力参数测试仪、电压转换器、变频器、凝结水泵电机、凝结水泵、轴封加热器、凝结水流量测量装置；
所述凝结水泵通过凝结水泵进水母管与凝汽器的水侧连接；所述凝结水泵通过凝结水泵出水母管与轴封加热器连接，所述轴封加热器通过低压加热器进水凝结水母管与低压加热器连接；所述低压加热器进水凝结水母管上设置凝结水流量测量装置、除氧器水位调节阀；所述凝结水流量测量装置、除氧器水位调节阀分别与数据采集与控制装置连接；
所述凝结水泵将凝汽器中的凝结水升压后输送依次流经轴封加热器、低压加热器，然后通过进氧器凝结水母管进入除氧器；
所述变频器通过电缆与凝结水泵电机相连接，凝结水泵电机与凝结水泵通过同心轴刚性连接；所述变频器与数据采集与控制装置连接；
所述电流转换器、电压转换器分别与发电机定子、三相电力参数测试仪连接，所述三相电力参数测试仪与数据采集与控制装置连接；
所述电流转换器、电压转换器将发电机定子输出的电流、电压转换后输送至三相电力参数测试仪，所述三相电力参数测试仪将电流转换器、电压转换器转后的电压、电流信号转换为功率信号，并实时测试电网的频率，最后将功率、频率信号送至数据采集与控制装置，所述数据采集与控制装置根据三相电力参数测试仪发送来的功率、频率信号以及凝结水流量测量装置测量的进入低压加热器的凝结水流量控制变频器来调节凝结水泵的转速，进而调节进入低压加热器的凝结水流量，以调节低压加热器从低压缸的抽气量，进而使得火电机组输出的机械功率变化，从而实现火电机组参与电网频率调节；
所述数据采集与控制装置通过二选一投切开关与变频器连接；所述投切开关置1时，投入变频器；投切开关置0时，切出变频器。
优选地，所述凝结水流量测量装置包括喷嘴、流量测试仪、以及差压取样管。
优选地，所述凝汽器设置有凝汽器液位仪；所述凝汽器液位仪与数据采集与控制装置连接，用于测量凝汽器的液位信号，并将测量得到的液位信号输送至数据采集与控制装置。
优选地，还包括常温水箱，所述常温水箱通过凝汽器补水旁路管与凝汽器连接，所述凝汽器补水旁路管上设置有凝汽器补水旁路调节阀，所述凝汽器补水旁路调节阀与数据采集与控制装置连接，当凝汽器液位仪测量的凝汽器的液位低于设定的凝汽器液位下限值Lnd时，数据采集与控制装置调节凝汽器补水旁路调节阀的开度，由常温水箱通过凝汽器补水旁路管向凝汽器补充常温工质凝结水，直至凝汽器液位仪的测试值高于凝汽器液位下限值Lnd。
优选地，所述常温水箱还通过凝汽器补水主管与凝汽器连接，所述凝汽器补水主管上设置有凝汽器补水泵出口电动阀、凝汽器补水泵；所述凝汽器补水泵出口电动阀、凝汽器补水泵分别与数据采集与控制装置连接；
当凝汽器液位仪测量的凝汽器的液位低于设定的凝汽器液位下限值Lnd且数据采集与控制装置控制凝汽器补水旁路调节阀全开也不能在设定时间内提升凝汽器的液位时，则数据采集与控制装置控制开启凝汽器补水泵出口电动阀、凝汽器补水泵，同时全关凝汽器补水旁路调节阀，所述常温水箱通过凝汽器补水主管向凝汽器补充常温工质凝结水，至凝汽器液位仪的测试值高于凝汽器液位下限值Lnd，数据采集与控制装置控制停止凝汽器补水泵运行并关闭凝汽器补水泵出口电动阀。
优选地，所述低压加热器进水凝结水母管通过凝汽器凝结水回收管与常温水箱连接，所述凝汽器凝结水回收管上设置有凝汽器凝结水回收调节阀，所述凝汽器凝结水回收调节阀与数据采集与控制装置连接，当凝汽器液位仪的测试值高于凝汽器液位上限值Lng时，数据采集与控制装置开启凝汽器凝结水回收调节阀，凝汽器的凝结水通过凝汽器凝结水回收管进入常温水箱，至凝汽器液位仪测试值低于凝汽器液位上限值Lng时，数据采集与控制装置控制凝汽器凝结水回收调节阀关闭。
优选地，所述除氧器设置有除氧器液位仪，所述除氧器液位仪与数据采集与控制装置，用于测量除氧器的液位，并将测量的除氧器的液位传输至数据采集与控制装置；
所述中压缸通过中压缸排汽抽汽管逆止阀、除氧器进汽管与除氧器连接，所述除氧器进汽管上设置有除氧器进汽调节阀。
优选地，还包括高温水箱，所述中压缸通过中压缸排汽抽汽母管、高温水箱进汽管与高温水箱的汽侧连接；所述高温水箱的水侧通过除氧器补水旁路管与除氧器的水侧连接，所述除氧器补水旁路管上设置有除氧器补水旁路调节阀；当除氧器液位仪的测量值低于除氧器液位下限值Lcd时，所述数据采集与控制装置开启除氧器补水旁路调节阀，所述高温水箱通过除氧器补水旁路管向除氧器补充高温工质水，直至除氧器液位仪的测量值高于除氧器液位下限值Lcd后数据采集与控制装置控制除氧器补水旁路调节阀关闭。
优选地，所述高温水箱还通过除氧器补水主管与除氧器连接，所述除氧器补水主管上设置有除氧器补水泵、除氧器补水泵出口电动截止阀；所述氧器补水泵、除氧器补水泵出口电动截止阀分别与数据采集与控制装置连接，当除氧器液位仪的测量值低于除氧器液位下限值Lcd且全开除氧器补水旁路调节阀向除氧器补充高温工质水仍不能在设定时间内提升除氧器的液位，则数据采集与控制装置控制开启除氧器补水泵、除氧器补水泵出口电动截止阀，同时关闭除氧器补水旁路调节阀，高温水箱通过除氧器补水主管向除氧器补充高温工质水，直至除氧器液位仪的测量值高于除氧器液位下限值Lcd后数据采集与控制装置控制停止除氧器补水泵运行并关闭除氧器补水泵出口电动截止阀。
优选地，所述除氧器通过给水泵前置泵入口管与给水泵前置泵连接，所述给水泵前置泵的出水口通过除氧器工质回收管与高温水箱连接，所述除氧器工质回收管上设置有除氧器工质回收调节阀，所述给水泵前置泵、除氧器工质回收调节阀与数据采集与控制装置连接；
当除氧器液位仪的测量值高于除氧器液位上限值Lcg时，数据采集与控制装置控制给水泵前置泵、除氧器工质回收调节阀开启，除氧器的工质通过除氧器工质回收管进入高温水箱，直至除氧器液位仪的测量值低于除氧器液位上限值 Lcg，数据采集与控制装置控制给水泵前置泵、除氧器工质回收调节阀关闭。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，通过三相电力参数测试仪实时测试电网的频率，并将火电机组的功率、电网的频率信号送至数据采集与控制装置，数据采集与控制装置根据火电机组的功率、电网的频率信号以及凝结水流量测量装置测量的进入低压加热器的凝结水流量控制变频器来调节凝结水泵的转速，进而调节进入低压加热器的凝结水流量，以便调节低压加热器从低压缸的抽气量，进而使得火电机组输出的机械功率变化，从而实现火电机组参与电网频率调节。
数据采集与控制装置通过二选一投切开关与变频器连接；投切开关置1时，投入变频器；投切开关置0时，切出变频器，如此可以实现按需使得火电机组参与调节电网的频率。
本发明可以提升火电机组参与电网调频工功率容量，解决传统火电机组调频模式导致的汽轮机高压调门频繁动作所引起的汽轮机和锅炉本体及其相关辅助设备疲劳损坏事故隐患，促进风电、光伏等新能源电力大规模发电并网后电网频率稳定运行，助力新型电力系统建设。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明调节电网频率的控制原理图；
其中，凝结水泵进水母管1、变频器2、凝结水泵电机3、凝结水泵4、凝结水泵出口逆止阀5、凝结水泵出水母管6、轴封加热器7、低压加热器进水凝结水母管8、喷嘴9、流量测试仪10、差压取样管11、除氧器水位调节阀12、第IV低压加热器进汽逆止阀13、第IV低压加热器进汽截止阀14、第IV低压加热器进汽调节阀15、第IV低压加热器进汽管16、Ⅲ-IV低压加热器间凝结水母管 17、第IV低压加热器18、第Ⅲ低压加热器疏水管19、第Ⅲ低压加热器进汽逆止阀20、第Ⅲ低压加热器进汽截止阀21、第Ⅲ低压加热器进汽调节阀22、第Ⅲ低压加热器进汽管23、II-Ⅲ低压加热器间凝结水母管24、第Ⅲ低压加热器25、第II低压加热器疏水管26、第II低压加热器进汽逆止阀27、第II低压加热器进汽截止阀28、凝汽器29、凝汽器液位仪30、第II低压加热器进汽调节阀31、第II低压加热器进汽管32、Ⅰ-II低压加热器间凝结水母管33、第II低压加热器34、第Ⅰ低压加热器疏水管35、第Ⅰ低压加热器进汽逆止阀36、第Ⅰ低压加热器进汽截止阀37、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀38、第Ⅰ低压加热器进汽管39、进氧器凝结水母管40、第Ⅰ低压加热器41、除氧器工质回收调节阀42、除氧器工质回收管43、高温水箱液位仪44、除氧器补水泵45、除氧器补水主管46、除氧器补水泵出口电动截止阀47、除氧器液位仪48、给水泵前置泵入口管49、中压缸排汽抽汽母管50、中压缸排汽抽汽管逆止阀51、高温水箱52、高温水箱进汽管53、高温水箱进汽调节阀54、除氧器补水旁路管55、除氧器补水旁路调节阀56、除氧器进汽管57、除氧器58、除氧器进汽调节阀59、给水泵前置泵 60、给水泵前置泵出口管61、给水泵62、给水泵出口逆止阀63、锅炉给水调节阀64、给水母管65、锅炉66、再热主蒸汽管67、主蒸汽管68、高压缸排汽管 69、高压缸排汽逆止阀70、高压调阀71、高压缸72、中压调阀73、中压缸74、中低压缸联通管75、低压缸76、电流转换器77、三相电力参数测试仪78，电压转换器79、发电机定子80、发电机转子81、化水调节阀82、凝汽器补水旁路管83、凝汽器补水旁路调节阀84、凝汽器补水泵出口电动阀85、凝汽器补水泵86、凝汽器补水主管87、常温水箱88、常温水箱液位仪89、凝汽器凝结水回收管90、凝汽器凝结水回收调节阀91、第IV低压加热器疏水管92、数据采集与控制模块93。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如图1所示，本发明的具体实施方式提供了一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，所述火电机组包括锅炉66、高压缸72、中压缸74、低压缸76、凝汽器29、低压加热器、除氧器58、发电机定子80、发电机转子81。锅炉66通过主蒸汽管68与高压缸72连接，主蒸汽管68上设置高压调阀71，高压缸72与中压缸74连接，锅炉66通过再热主蒸汽管67与中压缸74连接，再热主蒸汽管67上设置中压调阀73，中压缸74通过中低压缸联通管75与低压缸76连接。高压缸72通过高压缸排汽管69与锅炉66连接，高压缸排汽管69 上设置有高压缸排汽逆止阀70。
所述低压加热器分别与低压缸76、除氧器58连接；所述除氧器58与锅炉 66连接；所述发电机转子81与低压缸76连接，所述发电机定子80与发电机转子81连接；
还包括数据采集与控制装置93、电流转换器77、三相电力参数测试仪78、电压转换器79、变频器2、凝结水泵电机3、凝结水泵4、轴封加热器7、凝结水流量测量装置；
所述凝结水泵4通过凝结水泵进水母管1与凝汽器29的水侧连接；所述凝结水泵4通过凝结水泵出水母管6与轴封加热器7连接，凝结水泵出水母管6还设置有凝结水泵出口逆止阀5；所述轴封加热器7通过低压加热器进水凝结水母管 8与低压加热器连接；所述低压加热器进水凝结水母管8上设置凝结水流量测量装置、除氧器水位调节阀12；所述凝结水流量测量装置、除氧器水位调节阀12 分别与数据采集与控制装置93连接；
所述凝结水泵4将凝汽器29中的凝结水升压后输送依次流经轴封加热器7、低压加热器，然后通过进氧器凝结水母管40进入除氧器58；
所述变频器2通过电缆与凝结水泵电机3相连接，凝结水泵电机3与凝结水泵4 通过同心轴刚性连接；所述变频器2与数据采集与控制装置93连接；
所述电流转换器77、电压转换器79分别与发电机定子80、三相电力参数测试仪78连接，所述三相电力参数测试仪78与数据采集与控制装置93连接；
所述电流转换器77、电压转换器79将发电机定子80输出的电流、电压转换后输送至三相电力参数测试仪78，所述三相电力参数测试仪78将电流转换器 77、电压转换器79转后的电压、电流信号转换为功率信号，并实时测试电网的频率，最后将功率、频率信号送至数据采集与控制装置93，所述数据采集与控制装置93根据三相电力参数测试仪78发送来的功率、频率信号以及凝结水流量测量装置测量的进入低压加热器的凝结水流量控制变频器2来调节凝结水泵4 的转速，进而调节进入低压加热器的凝结水流量，以调节低压加热器从低压缸的抽气量，进而使得火电机组输出的机械功率变化，从而实现火电机组参与电网频率调节；变频器2接收到数据采集与控制模块93的指令后，控制凝结水泵电机3运行在相应转速运行，凝结水泵4的转速同步变化，凝结水泵4出口凝结水流量因转速不同而发生变化。
所述数据采集与控制装置93通过二选一投切开关与变频器2连接；所述投切开关置1时，投入变频器2；投切开关置0时，切出变频器2。
所述凝结水流量测量装置包括喷嘴9、流量测试仪10、以及差压取样管11。喷嘴9采用ASME长径喷嘴，材质1Cr13，所采用的喷嘴具有节流小、测量精度高的优点，精度达到0.1％；流量测试仪10采用EJA或Rosemoun系列流量差压变送器，精度0.1％；差压取样管11水平布置，减小安装于流量测试仪10两侧的取样管在垂直方向存在高度差引入的误差。
所述凝汽器29设置有凝汽器液位仪30；所述凝汽器液位仪30与数据采集与控制装置93连接，用于测量凝汽器29的液位信号，并将测量得到的液位信号输送至数据采集与控制装置93。
本发明的系统还包括常温水箱88，所述常温水箱88通过凝汽器补水旁路管 83与凝汽器29连接，所述凝汽器补水旁路管83上设置有凝汽器补水旁路调节阀84，所述凝汽器补水旁路调节阀84与数据采集与控制装置93连接，当凝汽器液位仪30测量的凝汽器29的液位低于设定的凝汽器液位下限值Lnd时，数据采集与控制装置93调节凝汽器补水旁路调节阀84的开度，由常温水箱88通过凝汽器补水旁路管83向凝汽器29补充常温工质凝结水，直至凝汽器液位仪30 的测试值高于凝汽器液位下限值Lnd。
所述常温水箱88还通过凝汽器补水主管87与凝汽器29连接，所述凝汽器补水主管87上设置有凝汽器补水泵出口电动阀85、凝汽器补水泵86；所述凝汽器补水泵出口电动阀85、凝汽器补水泵86分别与数据采集与控制装置93连接；
当凝汽器液位仪30测量的凝汽器29的液位低于设定的凝汽器液位下限值Lnd且数据采集与控制装置93控制凝汽器补水旁路调节阀84全开也不能在设定时间内提升凝汽器29的液位时，则数据采集与控制装置93控制开启凝汽器补水泵出口电动阀85、凝汽器补水泵86，同时全关凝汽器补水旁路调节阀84，述常温水箱88通过凝汽器补水主管87向凝汽器29补充常温工质凝结水，至凝汽器液位仪30的测试值高于凝汽器液位下限值Lnd，数据采集与控制装置93控制停止凝汽器补水泵86运行并关闭凝汽器补水泵出口电动阀85。
所述低压加热器进水凝结水母管8通过凝汽器凝结水回收管90与常温水箱 88连接，所述凝汽器凝结水回收管90上设置有凝汽器凝结水回收调节阀91，所述凝汽器凝结水回收调节阀91与数据采集与控制装置93连接，当凝汽器液位仪30的测试值高于凝汽器液位上限值Lng时，数据采集与控制装置93开启凝汽器凝结水回收调节阀91，凝汽器29的凝结水通过凝汽器凝结水回收管90进入常温水箱88，至凝汽器液位仪30测试值低于凝汽器液位上限值Lng时，数据采集与控制装置93控制凝汽器凝结水回收调节阀91关闭。其中，凝汽器凝结水回收管90与低压加热器进水凝结水母管8连接处在轴封加热器7与流量测量装置之间，并在除氧器水位调节阀12之前。
常温水箱88设置有常温水箱液位仪89和化水调节阀82，常温水箱88的凝结水来自化水车间，当常温水箱液位仪89测量的液位值低于设置的常温水箱液位的下限值时，通过开启化水调节阀82进行补充。
所述除氧器58设置有除氧器液位仪48，所述除氧器液位仪48与数据采集与控制装置93，用于测量除氧器58的液位，并将测量的除氧器58的液位传输至数据采集与控制装置93；
所述中压缸74通过中压缸排汽抽汽管逆止阀51、除氧器进汽管57与除氧器58 连接，所述除氧器进汽管57上设置有除氧器进汽调节阀59。
本发明的系统还包括高温水箱52，所述中压缸74通过中压缸排汽抽汽母管 50、高温水箱进汽管53与高温水箱52的汽侧连接；所述高温水箱52的水侧通过除氧器补水旁路管55与除氧器58的水侧连接，所述除氧器补水旁路管55上设置有除氧器补水旁路调节阀56；当除氧器液位仪48的测量值低于除氧器液位下限值Lcd时，所述数据采集与控制装置93开启除氧器补水旁路调节阀56，所述高温水箱52通过除氧器补水旁路管55向除氧器58补充高温工质水，直至除氧器液位仪48的测量值高于除氧器液位下限值Lcd后数据采集与控制装置93控制除氧器补水旁路调节阀56关闭。高温水箱52的工质水与通过开启高温水箱进汽调节阀54流经高温水箱进汽管53的蒸汽进行混合加热提升温度，高温水箱进汽管53进汽端则与中压缸排汽抽汽母管50相连接，中压缸排汽抽汽母管 50与中压缸74最末一级叶片排汽抽汽口相连接，中压缸排汽抽汽母管50上安装在中压缸排汽抽汽管逆止阀51。
所述高温水箱52还通过除氧器补水主管46与除氧器58连接，所述除氧器补水主管46上设置有除氧器补水泵45、除氧器补水泵出口电动截止阀47；所述氧器补水泵45、除氧器补水泵出口电动截止阀47分别与数据采集与控制装置 93连接，当除氧器液位仪48的测量值低于除氧器液位下限值Lcd且全开除氧器补水旁路调节阀56向除氧器58补充高温工质水仍不能在设定时间内提升除氧器58的液位，则数据采集与控制装置93控制开启除氧器补水泵45、除氧器补水泵出口电动截止阀47，同时关闭除氧器补水旁路调节阀56，高温水箱52通过除氧器补水主管46向除氧器58补充高温工质水，直至除氧器液位仪48的测量值高于除氧器液位下限值Lcd后数据采集与控制装置93控制停止除氧器补水泵45运行并关闭除氧器补水泵出口电动截止阀47。本发明设定的时间可以选取 30s。
所述除氧器58通过给水泵前置泵入口管49与给水泵前置泵60连接，所述给水泵前置泵60的出水口通过除氧器工质回收管43与高温水箱52连接，所述除氧器工质回收管43上设置有除氧器工质回收调节阀42，所述给水泵前置泵 60、除氧器工质回收调节阀42与数据采集与控制装置93连接；
当除氧器液位仪48的测量值高于除氧器液位上限值Lcg时，数据采集与控制装置93控制给水泵前置泵60、除氧器工质回收调节阀42开启，除氧器58的工质通过除氧器工质回收管43进入高温水箱52，直至除氧器液位仪48的测量值低于除氧器液位上限值Lcg，数据采集与控制装置93控制给水泵前置泵60、除氧器工质回收调节阀42关闭。
除氧器58内的工质水经过给水泵前置泵入口管49通过给水泵前置泵60升压后进入给水泵62再次升压，再次升压后的给水经给水母管65进入锅炉66，给水泵62与锅炉66之间的给水母管65上依次安装有给水泵出口逆止阀63和锅炉给水调节阀64。
高温水箱52设置有高温水箱液位仪44，当高温水箱液位仪44的测量值低于设定的下限值时，数据采集与控制装置93控制给水泵前置泵60、除氧器工质回收调节阀42开启，除氧器58的工质通过除氧器工质回收管43进入高温水箱 52，直至高温水箱液位仪44的测量值大于设定的下限值。
本发明的低压加热器设置4个，分别为第Ⅰ低压加热器41、第II低压加热器34、第Ⅲ低压加热器25、第IV低压加热器18。
低压缸76的第Ⅰ低压缸抽汽口通过第Ⅰ低压加热器进汽管39与第Ⅰ低压加热器41汽侧连接，第Ⅰ低压加热器进汽管39上依次设置第Ⅰ低压加热器进汽逆止阀36、第Ⅰ低压加热器进汽截止阀37、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀38。来自第Ⅰ低压加热器进汽管39内的蒸汽进入第Ⅰ低压加热器41汽侧经凝结水冷凝后形成的疏水通过第Ⅰ低压加热器疏水管35流入第II低压加热器34；流经第Ⅰ低压加热器41的凝结水来自连接第Ⅰ低压加热器41与第II低压加热器34 之间的Ⅰ-II低压加热器间凝结水母管33。
低压缸76的第II低压缸抽汽口通过第II低压加热器进汽管32与第II低压加热器34汽侧连接，第II低压加热器进汽管32上依次设置第II低压加热器进汽逆止阀27、第II低压加热器进汽截止阀28、第II低压加热器进汽调节阀31。来自第II低压加热器进汽管32内的蒸汽进入第II低压加热器34经凝结水冷凝后形成的疏水通过第II低压加热器疏水管26流入第Ⅲ低压加热器25；流经第II 低压加热器34的凝结水来自连接第II低压加热器34与第Ⅲ低压加热器25之间的II-Ⅲ低压加热器间凝结水母管24。
低压缸76的第Ⅲ低压缸抽汽口通过第Ⅲ低压加热器进汽管23与第Ⅲ低压加热器25汽侧连接，第Ⅲ低压加热器进汽管23依次设置第Ⅲ低压加热器进汽逆止阀20、第Ⅲ低压加热器进汽截止阀21、第Ⅲ低压加热器进汽调节阀22。来自第Ⅲ低压加热器进汽管23内的蒸汽进入第Ⅲ低压加热器25经凝结水冷凝后形成的疏水通过第Ⅲ低压加热器疏水管19流入第IV低压加热器18；流经第Ⅲ低压加热器25的凝结水来自连接第Ⅲ低压加热器25与第IV低压加热器18之间的Ⅲ-IV低压加热器间凝结水母管17。
低压缸76的第IV低压缸抽汽口通过第IV低压加热器进汽管16与第IV低压加热器18汽侧连接，第IV低压加热器进汽管16上依次设置第IV低压加热器进汽逆止阀13、第IV低压加热器进汽截止阀14、第IV低压加热器进汽调节阀15。来自第IV低压加热器进汽管16内的蒸汽进入第IV低压加热器18经凝结水冷凝后形成的疏水通过第IV低压加热器疏水管92流入凝汽器29；流经第IV低压加热器18的凝结水来自连接第IV低压加热器18与轴封加热器7之间的低压加热器进水凝结水母管8。
凝结水流量测量装置实时测试凝结水流量，轴封加热器7的水侧通过凝结水泵出水母管6、凝结水泵出口逆止阀5、凝结水泵4、凝结水泵进水母管1与凝汽器29的水侧相连接，凝结水泵4将凝汽器29中的凝结水升压后送依次流经轴封加热器7、第IV低压加热器18、第Ⅲ低压加热器25、第II低压加热器34、第Ⅰ低压加热器41，最后流入的第Ⅰ低压加热器41的凝结水则通过进氧器凝结水母管40进入除氧器5。
本发明的第IV低压加热器进汽逆止阀13、第Ⅲ低压加热器进汽逆止阀20、第II低压加热器进汽逆止阀27、第Ⅰ低压加热器进汽逆止阀36、高压缸排汽逆止阀70采用气动蝶阀。凝结水泵出口逆止阀5、锅炉给水调节阀64采用重锤式止逆阀。数据采集与控制模块93采用OVATION分散控制系统。高压调阀71、中压调阀73采用液动调节阀。
除氧器水位调节阀12、除氧器工质回收调节阀42、锅炉给水调节阀64、凝汽器凝结水回收调节阀91采用电动调节阀；
IV低压加热器进汽调节阀15、第Ⅲ低压加热器进汽调节阀22、第II低压加热器进汽调节阀31、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀38、高温水箱进汽调节阀54、除氧器进汽调节阀59采用气动调节阀；
除氧器补水泵出口电动截止阀47、凝汽器补水泵出口电动阀85采用全开全关型电动截止阀。
第IV低压加热器进汽截止阀14、第Ⅲ低压加热器进汽截止阀21、第II低压加热器进汽截止阀28、第Ⅰ低压加热器进汽截止阀37采用波纹管截止阀。
本发明以600MW纯凝改抽汽供热机组为案例进一步说明，机组主要设计参数如表1所示，变频器参数如表2所示，高温水箱52设计参数如表3所示，常温水箱88为封闭空心圆柱壳体，采用不锈钢材料制造。
表1机组主要设计参数
表2变频器参数
表3高温水箱设计参数
本发明的详细工作原理如下：
火电机组启动前所有阀门全关、设备未启动；开启化水调节阀82将化水车间的凝结水补充至常温水箱88，化水调节阀82投自动，目标为保持常温水箱 88储水量为其容积的二分之一；常温水箱88有工质凝结水后可开启凝汽器补水旁路调节阀84向凝汽器29输送凝结水，凝汽器29的水位目标仍为0.5(Lnd+Lng)；如为了加速补充凝结水流量，全关凝汽器补水旁路调节阀84，全开凝汽器补水泵出口电动阀85，启动凝汽器补水泵86向凝汽器29输送凝结水，目标凝汽器 29的水位为0.5(Lnd+Lng)。
启动凝结水泵4，通过变频器2控制驱动凝结水泵4的凝结水泵电机3转速，逐渐全开除氧器水位调节阀12，由变频器2控制向除氧器58输送凝结水流量，变频器2投自动，目标除氧器58水位为0.5(Lcd+Lcg)。
启动给水泵前置泵60，启动给水泵62，通过开启锅炉给水调节阀64向锅炉上凝结水；系统注凝结水完毕后机组按正常开机流程启动，锅炉66点火提升蒸汽温度后汽轮机冲转并网发电，开启除氧器工质回收调节阀42向高温水箱52 补充凝结水，目标为高温水箱52储水量为其容积的二分之一，达到水位目标后关闭除氧器工质回收调节阀42。
当三相电力参数测试仪78显示发电机功率过到0.3PN，在本实施例中即 180MW时通过数据采集与控制模块93投入变频凝结水泵调频功能，即投切开关置1，此时变频器2退出自动跟踪除氧器58水位为0.5(Lcd+Lcg)的目标。
数据采集与控制模块93投入凝结水泵调频功能，控制原理图如图2所示。图2中：投切开关置1时，投入凝结水泵调频功能；投切开关置0时，退出变频凝结水泵调频功能；f为电网频率信号，由三相电力参数测试仪78实时测试，单位为Hz；Δf为信号频差值，单位为Hz，由式(1)确定；K0为Δf信号频差值转换为功率指令的转换系数；Ps为机组当前操作员功率指令，单位MW；K1为控制前馈系数，取1.0～1.5之间；Pc为调频功率指令信号，单位MW，Rc为凝结水泵转速指令信号,单位r/min)；K2是将调频功率指令信号PC转换为凝结水泵转速指令信号Rc，K2由式(3)确定，单位r/min/MW；Rs为变频凝结水泵操作员转速指令信号,单位r/min；在指令Rc和Rs的作用下实时调节凝结水泵转速，从而控制通过第Ⅰ低压加热器41、第II低压加热器34、第Ⅲ低压加热器25、第IV 低压加热器18的凝结水流量；Pe为发电机功率实时值，由三相电力参数测试仪 78实时测试；虑线方框模块为PID控制模型，Kp为比例系数，KD为微分系数， KI为积分系数。
Δf为三相电力参数测试仪78测试到的电网频率信号f与50Hz进行计算可得：
Δf＝f-50； (1)
K0为Δf信号频差值转换为功率指令的转换系数,由式(2)计算可得到：
K0＝λPN/2.5＝λ600/2.5＝240λ； (2)
式(2)中λ为变频凝结水泵调频功率系数，无单位，其值范围0-0.5，根据调频参与度进行设置；PN为发电机组额定功率，单位MW。
K2为由式(3)确定：
K2＝RTHA/PTHAC； (3)
依据表1数据式(3)计算得：
K2＝RTHA/PTHAC＝1200/40＝30； (4)
三相电力参数测试仪78实时测试到的电网频率信号f与50Hz进行计算得到信号频差值Δf，Δf超出死区±Δe，本实施例中Δe＝0.033Hz，Δf经过转换系数K0将Δf信号频差值转换为功率指令，机组当前功率指令PS减去该功率指令形成新的功率令P，P第一路立即经控制前馈系数K1转换成PC，经过K2是将功率指令信号PC转换为凝结水泵转速指令信号RC，在指令RC的作用下并叠加凝结水泵操作员转速指令信号RS，实时调节凝结水泵转速；凝结水泵转速发生变化后，使得通过第Ⅰ低压加热器41、第II低压加热器34、第Ⅲ低压加热器25、第IV低压加热器18的凝结水流量也相应发生变化，凝结水流量发生变化后使得第Ⅰ低压加热器41、第II低压加热器34、第Ⅲ低压加热器25、第IV低压加热器18等低压加热器汽侧的蒸汽流量发生变化，即低压缸76的抽汽量发生变化，使得火电机组输出的机械功率变化，从而实现机组参与电网频率调节，在维护电网频率稳定中发挥作用；
第二路新的功率令P与发电机转子81的功率实时值Pe进行比较，其偏差输入 PID环节，PID环节的输出与经控制前馈系数K1转换后的输出信号叠加形成新的调频功率指令信号PC，调频功率指令信号PC经过K2转换为新的凝结水泵转速指令信号RC，并根据新的凝结水泵转速指令信号RC控制变频器2重新调节凝结水泵4的转速，直至新的功率令P与发电机转子81的功率实时值Pe的偏差为零；出现新的信号频差值Δf时再次重复动作。
调频投入后通过第Ⅰ低压加热器41、第II低压加热器34、第Ⅲ低压加热器 25、第IV低压加热器18的凝结水流量实时发生变化，导致进入除氧器58的凝结水流量相应发生变化，此时当除氧器液位仪48实时监测到的除氧器液位值超过除氧器液位上限值Lcg时，自动开启除氧器工质回收调节阀42进行调节，除氧器58工质通过除氧器工质回收管43进入高温水箱52，直至除氧器液位低于除氧器液位上限值Lcg后关闭。当除氧器液位仪48测试值低于除氧器液位下限值Lcd时，开启除氧器补水旁路调节阀56向除氧器58补充高温工质水，至除氧器液位高于除氧器液位下限值Lcd后除氧器补水旁路调节阀56关闭；如果全开除氧器补水旁路调节阀56向除氧器58补充高温工质水仍不能在30s内提升除氧器液位，则自动开启除氧器补水泵出口电动截止阀47并启动除氧器补水泵45，同时关闭除氧器补水旁路调节阀56，通过除氧器补水主管46向除氧器58补充高温工质水，至除氧器液位高于除氧器液位下限值Lcd后停止除氧器补水泵45运行并关闭除氧器补水泵出口电动截止阀47。
调频投入后从凝汽器29抽走的凝结水流量实时变化，凝汽器29的液位也相应发生；当凝汽器液位仪30测试值低于凝汽器液位下限值Lnd时，自动开启凝汽器补水旁路调节阀84向凝汽器29补充常温工质凝结水,至凝汽器液位仪30 测试值高于凝汽器液位下限值Lnd，关闭凝汽器补水旁路调节阀84。如果全开凝汽器补水旁路调节阀84向凝汽器29补充常温工质凝结水仍不能在30s内提升凝汽器液位，则自动启动凝汽器补水泵86，开启凝汽器补水泵出口电动阀85，同时全关凝汽器补水旁路调节阀84，通过凝汽器补水主管87向凝汽器29补充常温工质凝结水，至凝汽器液位仪30测试值高于凝汽器液位下限值Lnd，停止凝汽器补水泵86运行并关闭补水泵出口电动截止阀85；当凝汽器液位仪30测试值超过凝汽器液位上限值Lng时，通过开启凝汽器凝结水回收调节阀91进行调节，凝汽器凝结水通过凝汽器凝结水回收管90进入常温水箱88，至凝汽器液位仪30测试值低于凝汽器液位上限值Lng时凝汽器凝结水回收调节阀91关闭。
通过数据采集与控制模块93实时投入或退出变频凝结水泵调频功能，退出后相当于设置频差值Δf为零，运行操作与机组正常运行工况相同。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，所述火电机组包括锅炉(66)、高压缸(72)、中压缸(74)、低压缸(76)、凝汽器(29)、低压加热器、除氧器(58)、发电机定子(80)、发电机转子(81)；所述锅炉(66)、高压缸(72)、中压缸(74)、低压缸(76)依次连接；所述凝汽器(29)与低压缸(76)连接，所述低压加热器分别与低压缸(76)、除氧器(58)连接；所述除氧器(58)与锅炉(66)连接；所述发电机转子(81)与低压缸(76)连接，所述发电机定子(80)与发电机转子(81)连接；
其特征在于：还包括数据采集与控制装置(93)、电流转换器(77)、三相电力参数测试仪(78)、电压转换器(79)、变频器(2)、凝结水泵电机(3)、凝结水泵(4)、轴封加热器(7)、凝结水流量测量装置；
所述凝结水泵(4)通过凝结水泵进水母管(1)与凝汽器(29)的水侧连接；所述凝结水泵(4)通过凝结水泵出水母管(6)与轴封加热器(7)连接，所述轴封加热器(7)通过低压加热器进水凝结水母管(8)与低压加热器连接；所述低压加热器进水凝结水母管(8)上设置凝结水流量测量装置、除氧器水位调节阀(12)；所述凝结水流量测量装置、除氧器水位调节阀(12)分别与数据采集与控制装置(93)连接；
所述凝结水泵(4)将凝汽器(29)中的凝结水升压后输送依次流经轴封加热器(7)、低压加热器，然后通过进氧器凝结水母管(40)进入除氧器(58)；
所述变频器(2)通过电缆与凝结水泵电机(3)相连接，凝结水泵电机(3)与凝结水泵(4)通过同心轴刚性连接；所述变频器(2)与数据采集与控制装置(93)连接；
所述电流转换器(77)、电压转换器(79)分别与发电机定子(80)、三相电力参数测试仪(78)连接，所述三相电力参数测试仪(78)与数据采集与控制装置(93)连接；
所述电流转换器(77)、电压转换器(79)将发电机定子(80)输出的电流、电压转换后输送至三相电力参数测试仪(78)，所述三相电力参数测试仪(78)将电流转换器(77)、电压转换器(79)转后的电压、电流信号转换为功率信号，并实时测试电网的频率，最后将功率、频率信号送至数据采集与控制装置(93)，所述数据采集与控制装置(93)根据三相电力参数测试仪(78)发送来的功率、频率信号以及凝结水流量测量装置测量的进入低压加热器的凝结水流量控制变频器(2)来调节凝结水泵(4)的转速，进而调节进入低压加热器的凝结水流量，以调节低压加热器从低压缸的抽气量，进而使得火电机组输出的机械功率变化，从而实现火电机组参与电网频率调节；
所述数据采集与控制装置(93)通过二选一投切开关与变频器(2)连接；所述投切开关置1时，投入变频器(2)；投切开关置0时，切出变频器(2)。
2.根据权利要求1所述的一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述凝结水流量测量装置包括喷嘴(9)、流量测试仪(10)、以及差压取样管(11)。
3.根据权利要求1所述的一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述凝汽器(29)设置有凝汽器液位仪(30)；所述凝汽器液位仪(30)与数据采集与控制装置(93)连接，用于测量凝汽器(29)的液位信号，并将测量得到的液位信号输送至数据采集与控制装置(93)。
4.根据权利要求3所述的一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，其特征在于：还包括常温水箱(88)，所述常温水箱(88)通过凝汽器补水旁路管(83)与凝汽器(29)连接，所述凝汽器补水旁路管(83)上设置有凝汽器补水旁路调节阀(84)，所述凝汽器补水旁路调节阀(84)与数据采集与控制装置(93)连接，当凝汽器液位仪(30)测量的凝汽器(29)的液位低于设定的凝汽器液位下限值Lnd时，数据采集与控制装置(93)调节凝汽器补水旁路调节阀(84)的开度，由常温水箱(88)通过凝汽器补水旁路管(83)向凝汽器(29)补充常温工质凝结水，直至凝汽器液位仪(30)的测试值高于凝汽器液位下限值Lnd。
5.根据权利要求4所述的一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述常温水箱(88)还通过凝汽器补水主管(87)与凝汽器(29)连接，所述凝汽器补水主管(87)上设置有凝汽器补水泵出口电动阀(85)、凝汽器补水泵(86)；所述凝汽器补水泵出口电动阀(85)、凝汽器补水泵(86)分别与数据采集与控制装置(93)连接；
当凝汽器液位仪(30)测量的凝汽器(29)的液位低于设定的凝汽器液位下限值Lnd且数据采集与控制装置(93)控制凝汽器补水旁路调节阀(84)全开也不能在设定时间内提升凝汽器(29)的液位时，则数据采集与控制装置(93)控制开启凝汽器补水泵出口电动阀(85)、凝汽器补水泵(86)，同时全关凝汽器补水旁路调节阀(84)，所述常温水箱(88)通过凝汽器补水主管(87)向凝汽器(29)补充常温工质凝结水，至凝汽器液位仪(30)的测试值高于凝汽器液位下限值Lnd，数据采集与控制装置(93)控制停止凝汽器补水泵(86)运行并关闭凝汽器补水泵出口电动阀(85)。
6.根据权利要求3所述的一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述低压加热器进水凝结水母管(8)通过凝汽器凝结水回收管(90)与常温水箱(88)连接，所述凝汽器凝结水回收管(90)上设置有凝汽器凝结水回收调节阀(91)，所述凝汽器凝结水回收调节阀(91)与数据采集与控制装置(93)连接，当凝汽器液位仪(30)的测试值高于凝汽器液位上限值Lng时，数据采集与控制装置(93)开启凝汽器凝结水回收调节阀(91)，凝汽器(29)的凝结水通过凝汽器凝结水回收管(90)进入常温水箱(88)，至凝汽器液位仪(30)测试值低于凝汽器液位上限值Lng时，数据采集与控制装置(93)控制凝汽器凝结水回收调节阀(91)关闭。
7.根据权利要求1所述的一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述除氧器(58)设置有除氧器液位仪(48)，所述除氧器液位仪(48)与数据采集与控制装置(93)，用于测量除氧器(58)的液位，并将测量的除氧器(58)的液位传输至数据采集与控制装置(93)；
所述中压缸(74)通过中压缸排汽抽汽管逆止阀(51)、除氧器进汽管(57)与除氧器(58)连接，所述除氧器进汽管(57)上设置有除氧器进汽调节阀(59)。
8.根据权利要求7所述的一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，其特征在于：还包括高温水箱(52)，所述中压缸(74)通过中压缸排汽抽汽母管(50)、高温水箱进汽管(53)与高温水箱(52)的汽侧连接；所述高温水箱(52)的水侧通过除氧器补水旁路管(55)与除氧器(58)的水侧连接，所述除氧器补水旁路管(55)上设置有除氧器补水旁路调节阀(56)；当除氧器液位仪(48)的测量值低于除氧器液位下限值Lcd时，所述数据采集与控制装置(93)开启除氧器补水旁路调节阀(56)，所述高温水箱(52)通过除氧器补水旁路管(55)向除氧器(58)补充高温工质水，直至除氧器液位仪(48)的测量值高于除氧器液位下限值Lcd后数据采集与控制装置(93)控制除氧器补水旁路调节阀(56)关闭。
9.根据权利要求8所述的一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述高温水箱(52)还通过除氧器补水主管(46)与除氧器(58)连接，所述除氧器补水主管(46)上设置有除氧器补水泵(45)、除氧器补水泵出口电动截止阀(47)；所述氧器补水泵(45)、除氧器补水泵出口电动截止阀(47)分别与数据采集与控制装置(93)连接，当除氧器液位仪(48)的测量值低于除氧器液位下限值Lcd且全开除氧器补水旁路调节阀(56)向除氧器(58)补充高温工质水仍不能在设定时间内提升除氧器(58)的液位，则数据采集与控制装置(93)控制开启除氧器补水泵(45)、除氧器补水泵出口电动截止阀(47)，同时关闭除氧器补水旁路调节阀(56)，高温水箱(52)通过除氧器补水主管(46)向除氧器(58)补充高温工质水，直至除氧器液位仪(48)的测量值高于除氧器液位下限值Lcd后数据采集与控制装置(93)控制停止除氧器补水泵(45)运行并关闭除氧器补水泵出口电动截止阀(47)。
10.根据权利要求8所述的一种火电机组变频凝结水泵参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述除氧器(58)通过给水泵前置泵入口管(49)与给水泵前置泵(60)连接，所述给水泵前置泵(60)的出水口通过除氧器工质回收管(43)与高温水箱(52)连接，所述除氧器工质回收管(43)上设置有除氧器工质回收调节阀(42)，所述给水泵前置泵(60)、除氧器工质回收调节阀(42)与数据采集与控制装置(93)连接；
当除氧器液位仪(48)的测量值高于除氧器液位上限值Lcg时，数据采集与控制装置(93)控制给水泵前置泵(60)、除氧器工质回收调节阀(42)开启，除氧器(58)的工质通过除氧器工质回收管(43)进入高温水箱(52)，直至除氧器液位仪(48)的测量值低于除氧器液位上限值Lcg，数据采集与控制装置(93)控制给水泵前置泵(60)、除氧器工质回收调节阀(42)关闭。
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