CN102748080B - 基于主蒸汽压力变化的火电机组负荷控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于主蒸汽压力变化的火电机组负荷控制方法，具体实现步骤如下：1）将机组给定负荷通过比例环节，作为一个纯比例的汽机主控比例前馈输入量，2）将机组给定负荷作为一个汽机主控微分前馈输入量，3）将步骤1）和步骤2）分别经比例环节和微分环节生成的机组给定负荷动态结果做求和处理，以此提供给汽机主控PID调节环节作为前馈FF的输入量。本发明的有益效果，通过实施，可以解决火电机组投入AGC方式时的快速响应等控制难题，能够有效满足电网对于机组AGC的要求，满足调频调峰需求。

Description

基于主蒸汽压力变化的火电机组负荷控制方法

技术领域

本发明涉及适应智能电网火电机组负荷控制方法，特别是一种基于主蒸汽压力变化的火电机组负荷控制方法。

背景技术

随着新能源并网、负荷增长和电网规模的不断增大，在特高压电网和大区电网互联的新形势下，各级电网联系日渐紧密，电网和机组之间协调配合的要求也越来越高。火电机组作为调峰调频的主要手段，对负荷的控制要求日益提高，如发电机组一次调频功能主要是通过调节DEH系统的进汽调节门，利用锅炉蓄热，在电网出现异常的情况下，快速响应电网的要求，稳定电网频率；二次调频（又称自动发电控制AGC）是按照电网负荷要求变化负荷控制目标，以弥补电网负荷差距，维持电网的安全。

随着我国电力工业装机容量的增加和用电侧负荷峰谷差的增大，大型火电机组经常处于宽负荷区间运行，范围一般在50%～100%额定负荷。随之而来的问题是：变负荷工况下机组的能耗特性和控制特性发生了显著变化，尤其是基于机组额定工况为主条件下，设计的负荷控制系统，将不能适应未来电网调度高标准运行的要求。主要原因在于传统的火电机组负荷控制中设置的逻辑参数为固定不变的，也就是基于额定主蒸汽压力设计的静态函数，但在实际运营中，机组经常面临宽负荷区间运行工况，考虑到火电机组在运行过程的动态特性及运行参数的变化，生产过程中实际主蒸汽压力是一个变化量值，因此不能完全按照预制的额定主蒸汽压力曲线运行，由此变化带来的对系统的影响是，火电机组汽轮机负荷响应幅度不够或调节过大，难以兼顾负荷全程范围的调峰调频能力的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对实际运行中，主蒸汽压力变化下，如何解决负荷响应幅度不够或调节过大，难以兼顾负荷全程范围的调峰调频能力的问题，因此，提供一种适应智能电网的基于主蒸汽压力变化的火电机组负荷控制方法，它能有效改善火电机组负荷控制的性能，确保火电机组对中调负荷响应的快速性和准确性，进而确保其调峰调频能力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于主蒸汽压力变化的火电机组负荷控制方法，在CCS+DEH方式下，针对亚临界机组，汽机主控PID根据机组给定负荷和机组实际功率值的偏差进行调节，在汽机主控PID调节中增加前馈以及汽机压力修正回路，所述前馈包括汽机主控比例前馈和汽机主控微分前馈。

具体实现步骤如下：

1）将机组给定负荷通过比例环节后，作为一个纯比例的汽机主控比例前馈输入量，此比例前馈输入量占汽机主控输出值的40%～70%；由于不同厂家生产的机组的装机容量的不同，机组给定负荷和机组实际功率值的量程会有不同，但此比例前馈输入量占汽机主控输出值40%～70%的比例保持不变。

2）将机组给定负荷作为一个汽机主控微分前馈输入量，实现方式为，机组给定负荷减去自身经机组惯性滞后环节LAG后的差值，LAG的时间常数T设在10～20s，所得差值经微分前馈值超调量的高低限模块将超调量大小控制在汽机主控输出的±1.5%；（包括两个端值）其中机组惯性滞后环节的K值为1。

3）将步骤1）和步骤2）分别经比例环节和微分环节生成的机组给定负荷动态结果做求和处理，以此提供给汽机主控PID调节环节作为前馈FF的输入量。

4）增加一模拟量设置模块A，进行主汽压力修正，模拟量设置模块A的值为汽机主控PID中原有的比例值Kp，该比例值通过与额定主汽压力与实际主汽压力的比值相乘，作为新的比例值Kp送入汽机主控PID中。

前馈中用到的所述机组给定负荷为经负荷速率限制后且未增加一次调频量的给定负荷值。

本发明的工作原理

通常情况下，常规火电机组在自动控制发电模式（AGC）方式时，为协调控制模式（CCS），分别对汽轮机侧进行功率调节，对锅炉侧进行压力调节，其中DEH看作为一随动系统；本发明技术方案主要集中在汽轮机侧，通常在CCS方式下汽机主控PID根据机组给定负荷和机组实际功率值的偏差进行调节，是不考虑主汽压力高低对调节速度和精度的影响。由于存在主汽压力变化的情况，汽轮机不能够完全按照额定主蒸汽压力曲线运行，由此带来了火电机组汽轮机负荷响应幅度不够或调节过大，难以兼顾火电机组汽轮机负荷全程范围的调峰调频能力的技术问题。

一次调频的原理

电网的频率是由发电功率与用电负荷大小决定的，当发电功率与用电负荷大小相等时，电网频率稳定；发电功率大于用电负荷时，电网频率升高；发电功率小于用电负荷时，电网频率降低。一次调频，是指电网的频率（周波）一旦偏离额定值时，电网中机组的控制系统就自动地控制机组有功功率的增减，限制电网频率变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程。当电网频率升高时，一次调频功能要求机组利用其蓄热快速减负荷，反之，机组快速增负荷。

一次调频功能分别设置在DEH和CCS侧，DEH侧的一次调频代替原液调系统的功能，但其控制的性能有了很大的提高，而且一次调频的参数可能方便精确地设置。机组并网后，汽机转速与电网频率是一致,DEH中普遍使用汽机转速信号代表电网频率。DEH一次调频是换算成电负荷当量的调门指令△转速，但由于此换算存在着一定的偏差，而且是开环控制，所以DEH实际一次调频的负荷响应和一次调频的负荷要求是有偏差的，而且由于机组的蓄热只能维护一段时间，所以后期负荷又回到原值。

CCS侧的一次调频功能

有了DEH侧的一次调频功能，为何还要在CCS侧设置一次调频功能呢？对于CCBF方式，如没有一次调频功能，由DEH一次调频动作所变化的负荷很快会被CCBF的负荷调节系统拉回，投一次调频后，CCBF的负荷指令与DEH侧同步变化，使二侧调节系统对调门的变化一致。CCBF和DEH同时投入一次调频，这种组合的一次调频性能是最好的。CCBF单投入一次调频功能，由于没有DEH帮助，初期变负荷性能比同时投入慢些，但总体性能还比较好。

对于CCTF方式，如没有一次调频功能，由于DEH的一次调频动作时会引起主蒸汽压力变化，CCTF的主蒸汽压力调节系统很快会把调门恢复到原位，也使负荷很快回到原值，CCTF方式下即使投入一次调频功能，主蒸汽压力调节回路也会对一次调频有较大抑制作用，为此要对CCTF下的一次调频逻辑进行一些修改，使一次调频动作时，主蒸汽压力在允许的范围内变化；闭锁与一次调频反向汽机指令变化，使机组能释放出一部分蓄热来满足一次调频的变负荷要求。CCTF和DEH同时投入一次调频功能，这种组合的一次调频性能比CCBF时差，而且CCTF单投一次调频功能不能满足一次调频要求。

以上二种CCS方式都是把一次调频的负荷要求叠加在原负荷指令上，一方面使调门的动作与DEH侧的一次调频保持一致，另外改变锅炉指令，使锅炉与汽机能量上保持平衡。一次调频的作用应该是短时间内保持用电与供电的平衡，使电网频繁稳定，从整体上来看，基本上用电与供电的平衡应由自动发电控制（AGC，又称二次调频）完成。

本发明的有益效果是：

（1）并网机组的负荷调节性能的好坏直接影响电网频率的稳定，通过增加前馈以及压力修正回路，可以保证AGC来回反复增减负荷时，汽机主控及DEH响应的快速性，进而能够有效确保负荷控制的快速性和准确性，维持电网频率的稳定，为智能电网的安全稳定运行提供技术支撑。

（2）通过压力修正，对机组的一次调频能力亦能有效提升，而频率是电能质量的重要指标，电网的频率的稳定能提高广大用户的电气设备及电力设备的安全、有效的运行。

本发明的实施，可以解决火电机组投入AGC方式时的快速响应等控制难题，能够有效满足电网对于机组AGC的要求，满足调频调峰需求。

附图说明

图1为本发明的控制逻辑图。

其中，1.微分前馈值超调量的高低限模块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

一种基于主蒸汽压力变化的火电机组负荷控制方法，在CCS+DEH方式下，针对亚临界机组，具体实现步骤如下：

（1）根据机组给定负荷生成一个纯比例的汽机主控比例前馈，此比例前馈值可占汽机主控输出值的40%～70%，具体数值根据机组实际运行情况决定；

（2）根据机组给定负荷生成一个汽机主控微分前馈，实现方式为机组给定负荷减去自身经惯性滞后环节(LAG)后的差值，其中机组惯性滞后环节LAG的K取1。LAG的时间常数设在10～20s，后面加以微分前馈值超调量的高低限模块1，防止微分超调过大，大小控制在汽机主控输出的±1.5%（含端值），具体数值根据机组实际运行情况决定；

（3）增加一模拟量设置模块A，将汽机主控PID中原有的比例值Kp置入，然后乘以额定主汽压力与实际主汽压力的比值，进行压力修正。

需要注意的是前馈中用到的机组给定负荷为经负荷速率限制后且未增加一次调频量的机组给定负荷值。

具体实施例1

目前我国部分地区电网要求并网发电机组必须具备一次调频功能，200MW及以上火电机组应具备AGC功能，一次调频和AGC运行情况已纳入日常考核。

选取机组的试验是在CCS+DEH方式下进行的，并且采用了本文提出的方案。试验对象亚临界机组，额定出力330MW，高中压合缸，中间再热双缸双排汽凝汽式汽轮机，机组设计的额定压力为16.5Mpa。

此机组汽机主控输出值为标幺值（0～100%），机组给定负荷和机组实际功率值的量程为0～330MW，试验记录如下：

（1）汽机主控比例前馈：比例系数K设定为0.15，若按机组给定负荷0～330MW标幺折算，占汽机主控输出值的

（2）汽机主控微分前馈：机组惯性滞后环节(LAG)公式表达为在LAG中将K设置为1，T设为17s，后面防止微分前馈值超调量的高低限模块1中高低值分别设为在+1.3%和-1.3%；

（3）压力修正回路：模拟量设置模块A值为汽机主控PID中原有的比例值Kp=0.9，乘以额定主汽压力与实际主汽压力的比值，因为正常控制时压力波动在0.7Mp左右，因此，汽机主控PID中Kp实际调节范围为0.86～0.94。

本方案最直接的调节效果显示如下表所示，其为电网调度下发的考核系数及补偿费用表，表中1～4行为调整后系数，5～8行为调整前系数。

从表中可以看出，23号调整以前，调节的速率K1最大为1.056，而调整后连续多日均在1.17以上；综合性能指标Kp也有明显提高，均达到2.0以上；最终使机组的调节深度大幅提高，每日补偿费用提高7万元以上，经济效果显著。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种基于主蒸汽压力变化的火电机组负荷控制方法，其特征是，在CCS+DEH方式下，针对亚临界机组，汽机主控PID根据机组给定负荷和机组实际功率值的偏差进行调节，在汽机主控PID调节中增加前馈以及汽机压力修正回路，所述前馈包括汽机主控比例前馈和汽机主控微分前馈，CCS为协调控制模式、DEH看作为一随动系统，具体实现步骤如下：

1)将机组给定负荷通过比例环节，作为一个纯比例的汽机主控比例前馈输入量，此比例前馈输入量占汽机主控输出值的40％～70％；

2)将机组给定负荷作为一个汽机主控微分前馈输入量，实现方式为，机组给定负荷减去自身经机组惯性滞后环节LAG后的差值，其中，LAG的时间常数T设在10～20s，LAG中的K取1，所得差值经微分前馈值超调量的高低限模块将超调量大小控制在汽机主控输出的±1.5％，包括两个端值，机组惯性滞后环节LAG公式表达为

3)将步骤1)和步骤2)分别经比例环节和微分环节生成的机组给定负荷动态结果做求和处理，以求和处理结果提供给汽机主控PID调节环节作为前馈FF的输入量；

4)增加一模拟量设置模块A，进行主汽压力修正，模拟量设置模块A的值为汽机主控PID中原有的比例值Kp，该比例值通过与额定主汽压力与实际主汽压力的比值相乘，作为新的比例值Kp送入汽机主控PID中。

2.如权利要求1所述的基于主蒸汽压力变化的火电机组负荷控制方法，其特征是，所述机组给定负荷为经负荷速率限制后且未增加一次调频量的机组给定负荷值。