CN104779615A - 一种发电机组快速减负荷的网频调整方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发电机组快速减负荷的网频调整方法，包括拟定快速减负荷机组，选择快速减负荷机组控制方式和机组进汽模式，通过模拟实验得出快速减负荷机组的快速减负荷能力，然后根据大电源向大负荷直供电系统中网频与负荷对应关系，确定网频调整范围，再依据网频调整范围及对应的通过快关汽轮机进汽调门的减负荷量确定发电机组中关闭汽轮机进汽调门的数量；通过快关电源侧发电机组进汽调门实现快速减负荷。本发明适用于大电源向大负荷直供电系统中发电机快速减负荷实现网频调节，解决了大电源向大负荷直供电系统中网频过高时，没有合适容量小机组用于切除来降低电网频率的问题，达到不停机即可减载降频，避免电源系统溃网的风险。

Description

一种发电机组快速减负荷的网频调整方法
技术领域
本发明属于电力系统运行和控制技术领域，涉及大电源向大负荷直供电系统中各发电机组的网频调整方法，特别涉及大电源向大负荷直供电系统中发电机组快速减负荷的网频调整方法。
背景技术
采用大机组对大槽型电解铝的直供电电网模式，目前国内尚无可供借鉴的运行、实践先例。机组快速减负荷控制模式的选择、减负荷量与关闭汽轮机进汽调门数量的设置直接影响到电网的安全运行。直供电系统初期由于机组较少，机组的调频能力有限，造成直供电电网较为脆弱，发生事故处理不当可能造成电网崩溃。加之电解槽大负荷本身对供电要求的特殊性，就决定直供电电网安全运行风险很大。大电源向大负荷直供电系统中机网频率匹配不一致，易导致电网不稳定，不能有效减少机组非停次数，使供电系统大负荷缺额导致溃网。当大电源向大负荷直供电系统中网频过高时，没有合适容量的小机组用于切除降低电网频率。
发明内容
本发明的目的在于大电源向大负荷直供电系统中通过快关电源侧发电机组进汽调门实现快速减负荷，达到不停机即可减载降频，避免电源系统溃网的风险。
本发明采用如下技术方案：一种发电机组快速减负荷的网频调整方法，具体包括以下步骤；
a. 拟定快速减负荷机组：根据大电源向大负荷直供电系统中各机组调频能力、接带负荷情况，通过一次调频性能试验得出响应能力最好的机组做为快速减负荷的机组，并设置该机组的运行负荷量为70%至90%额定负荷；
b.快速减负荷机组控制方式和机组进汽模式的选择：快速减负荷机组控制方式包括：协调方式、DEH功控方式、阀控方式，机组进汽模式包括：单阀模式、顺序阀模式。对快速减负荷机组控制方式、汽轮机进汽模式通过试验综合分析，得出快速减负荷调频效果最佳的机组控制方式和汽轮机进汽模式；
具体如下：在DEH功控方式下，当快速关闭进汽调门时，因功控回路的投入会使得其它调门开度相应增加，从而保持了原定负荷值，故该控制方式不予采取。当机组处于协调控制方式时，进汽调门关闭会引起主汽压力增加，作为机侧负荷指令的前馈量会减弱减负荷量，而阀控方式下机组处于开环调节模式，进汽调门关闭直接作用于机组负荷变化，相比而言，阀控方式是机组控制方式的最佳选择。就进汽方式而言，顺序阀模式下存在调速汽门开度不断的变换，每个调门开度几乎各异，如若选择顺序阀模式关闭进气调门每次快减负荷量不尽相同，故不可取。而单阀模式却因开度一致，且其开度随负荷变化而统一变化，易于控制。综上分析，快速减负荷机组选择阀控方式、机组进汽模式在单阀模式下，通过快速减负荷实现调频效果最佳。
c. 模拟实验得出快速减负荷机组的快速减负荷能力：在步骤b得到的机组控制方式和机组进汽模式下，确定每一关键负荷点下快速关闭一个高压缸进汽调门引起的负荷减少量、主汽压力的变化量；所述关键负荷点为选取机组额定负荷70%-90%范围内的3或4个点；分析上述试验结果，通过初始负荷-负荷平均减少量的线性关系，得出该机组在70%至90%额定负荷范围内，不同时间内的负荷减少量范围；
d. 根据大电源向大负荷直供电系统中网频与负荷对应关系，确定网频调整范围，然后依据网频调整范围及对应的通过快关汽轮机进汽调门的减负荷量确定实现快速调频需关闭发电机组中汽轮机进汽调门的数量；
                                                 
其中，：系统的功率变化，单位MW；
：发电机的单位调节功率，单位MW/Hz；
：综合负荷的单位调节功率，单位MW/Hz，通常：=1.5；另外， “-”表示频率变化方向与负荷变化方向相反。
本发明的有益效果是：本发明解决了大电源向大负荷直供电系统中机网频率匹配不一致，电网不稳定的问题，有效减少机组非停次数，避免供电系统大负荷缺额导致溃网的风险。本发明通过快关电源侧发电机组进汽调门实现快速减负荷，解决了大电源向大负荷直供电系统中网频过高时，没有合适容量的小机组用于切除以降低电网频率的问题，达到不停机即可减载降频的目的，避免电源系统溃网的风险。实现了大电源向大负荷直供电系统中发电机快速减负荷实现网频调节。快速减负荷机组选择带负荷量在70%至90%额定负荷，安全可靠，不仅防止减负荷量有限致使燃烧不稳定，同时也避免了快速减负荷引起锅炉超压。
附图说明
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
根据大电源向大负荷直供电系统中各机组调频能力、接带负荷情况，制定快速减负荷机组。某厂3台350MW机组（标号为#1、#2、#3机）、2台41.5MW机组（标号为#4、#5机）、2台30MW燃气机组（标号为#6、#7机）构成了最大总容量为1193MW大电源系统。大负荷侧为电解铝项目，暂态负荷需求为有功810MW，无功305Mvar，由上述“3台大机+4台小机”组成的大电源系统供给。经对3台350MW机组一次调频响应特性进行测试，在60%PN（PN指机组额定负荷）、75%PN、90%PN三个工况下均能实现3s动作，依据15S内一次调频加减负荷两个方向调节幅度、稳定时间综合分析， 得出#1机组一次调频综合能力最优，#3机组次之、#2机组相对最弱。结合机组运行情况比较，#1机组自身缺陷较少，运行较稳定，故选择#1机组作为快速减负荷首选机组、#3机组作为快速减负荷次选机组。各机组接带负荷情况安排如下：#1机组负荷260MW； #2机组负荷220MW；#3机组负荷260MW；#4、#5机组总负荷30MW； #6、#7机组总负荷40MW；机组总发电810MW。其中，#1、#3机组接待负荷量均为260MW，既避免了快速减负荷至50%PN以下调节不稳定，又防止高负荷（90%PN以上）快减负荷引起主汽压力波动剧烈。
（2）机组正常运行时，为实现变工况条件下快速响应，选择在协调控制模式，即自动控制模式。为保证快速、稳定实现减负荷，当触发快关进汽调门逻辑时，切除协调控制至阀控模式，机组进汽方式始终保持在单阀方式下。
（3）通过试验确定260MW、280MW、300MW负荷点下机组快速关闭一个进汽调门实现的负荷减少量、主汽压力增加量。一般关键负荷点选取机组额定负荷的70%至90%范围内三至四点即可。以“3台大机+4台小机”组成的大电源系统中#1机组为试验对象，选择负荷在260MW下，快速关闭高压缸进汽调门中的任意一个（以GV1为例），以相同方法试验两次。试验数据如表1所示：
表1. 260MW负荷下快速关闭GV1进汽调门机组关键参数变化表。
根据试验数据，计算得出1s时间内，负荷减少量平均值为22.93MW、主汽压力基本无变化；2s时间内，负荷减少量平均值为25.43MW、主汽压力基本无变化；1min时间内，负荷减少最小量平均值为42.26MW、主汽压力增加最大量平均值为1.593MPa。
以同样的方法可以试验得出该机组在280MW、300MW负荷点下快速关闭任一高压缸进汽调门后负荷减少量，主汽压力增加量。三个关键负荷点下试验数据如表2所示：
表2.不同负荷点下快速关闭GV1进汽调门机组负荷、主汽压力变化表。
依据表2试验结果，通过初始负荷-负荷平均减少量线性化可得出该机组在70%至90%额定负荷范围内，1s时间内负荷减少量范围大约在20MW至30MW范围内，1min时间内负荷减少量范围大约在40MW至55MW之间。
（5）计算大电源向大负荷直供电系统中网频与负荷对应关系，确定网频调整范围以及相对应通过快关进汽调门减负荷量、关闭调门的数量。以基态负荷为810MW的大电源系统为例，频率变化对应负荷幅度参见下面的计算公式：
           （1）
其中：：系统的功率变化，单位MW；
：发电机的单位调节功率，单位MW/Hz；
：综合负荷的单位调节功率，单位MW/Hz，通常：=1.5；另外， “-”表示频率变化方向与负荷变化方向相反。
在不考虑发电机组一、二次调频作用的情况下（即： =0），每1Hz频率对应负荷变化应为:
即该大电源向大负荷直供电系统中网频每增加1Hz，对应负荷应减少24.45MW。当快速关闭一个进汽调门时，1s时间内可调负荷范围为20MW至30MW范围内时，对应可调节频率范围为：
故此，该大电源向大负荷直供电系统中，当电源侧供电负荷大于电网侧需求负荷导致网频升高0.818Hz至1.277Hz范围内，均可通过关闭#1机组任意一个高调门减少20MW至30MW电源侧负荷，从而实现网频回落，避免了高频切机造成的负荷过切引发的溃网事故。
（6）该大电源向大负荷直供电系统中，当电源侧供电负荷大于电网侧需求负荷时，会导致网频升高。当高于一定值（如52.5Hz）时，必须立即（无延时）通过高频切机的原则实现降频，从而保证电网的安全。假设该大电源系统不采取通过切除小机组降低电网频率时，可通过快速关闭#1机组任意一个进汽调门实现减负荷降频的目的。为此，需将安稳控制装置高频减载动作值适当下调（如51.5Hz）或加一定延时（如延时2s），快速关闭进汽调门代替切机降频的目的得以实现。

Claims (3)

1. 一种发电机组快速减负荷的网频调整方法，其特征在于：具体包括以下步骤；
a. 拟定快速减负荷机组：根据大电源向大负荷直供电系统中各机组调频能力、接带负荷情况，通过一次调频性能试验得出响应能力最好的机组做为快速减负荷的机组，并设置该机组的运行负荷量为70%-90%额定负荷；
 b.快速减负荷机组控制方式和机组进汽模式的选择：快速减负荷机组控制方式包括：协调方式、DEH功控方式、阀控方式，机组进汽模式包括：单阀模式、顺序阀模式。
2.快速减负荷机组选择不同的控制方式、进汽模式组合实验，选择使快速减负荷调频效果最佳状态下的机组控制方式和进汽模式；
c.通过模拟实验得出快速减负荷机组的快速减负荷能力：在步骤b得到的机组控制方式和机组进汽模式下，确定每一关键负荷点下快速关闭一个高压缸进汽调门引起的负荷减少量、主汽压力的变化量；所述关键负荷点为选取机组额定负荷70%-90%范围内的3或4个点；分析上述试验结果，通过初始负荷-负荷平均减少量的线性关系，得出该机组在70%至90%额定负荷范围内，不同时间内的负荷减少量范围；
d.根据大电源向大负荷直供电系统中网频与负荷对应关系，确定网频调整范围，然后依据网频调整范围及对应的通过快关汽轮机进汽调门的减负荷量确定实现快速调频需关闭发电机组中汽轮机进汽调门的数量；
                                                 
其中，
：系统的功率变化，单位MW；
：发电机的单位调节功率，单位MW/Hz；
：综合负荷的单位调节功率，单位MW/Hz，通常：=1.5；另外， “-”表示频率变化方向与负荷变化方向相反。
3.根据权利要求1所述的一种发电机组快速减负荷的网频调整方法，其特征在于：所述快速减负荷机组控制方式为阀控方式，机组进汽模式为单阀模式。
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