CN104950254B - 燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法、装置及系统，其中，方法包括：获得燃机负荷指令；设置联合循环机组的初始目标转速不等率；根据所述初始目标转速不等率、结合燃机额定负荷和汽机额定负荷获得燃气轮机每转需调节负荷量；根据所述燃机额定负荷和所述燃气轮机每转需调节负荷量获得燃机转速不等率目标设定值；对燃气轮机施加一扰动信号；上下微调所述燃机转速不等率目标设定值，以使所述联合循环机组的转速不等率满足标准范围。本发明在燃机调频负荷指令回路增加汽机预期负荷响应回路，以防止燃机负荷反调现象发生。本发明能够实时优化调整控制参数，防止燃机负荷反调现象，使系统稳定性更好，安全性更高。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术，尤其涉及联合循环机组的一次调频试验，具体来说就是燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法、装置及系统。
背景技术
近年来，随着负荷增长和电网规模增大，出现了特高压电网和大区电网互联的新形势，这种新形势下，对电网提高对抗冲击性、非线性负荷的能力提出更高要求。
频率是评价电能质量的重要指标之一，频率超过允许范围会影响电力系统、发电机组和用户三方的安全和经济效益，更严重的波动会造成对电网的严重冲击甚至使电网崩溃，网厂协调功能中的一次调频功能成为稳定电网的有效手段之一。因此，标准化，规范化的一次调频试验也成为发电机组必做的试验项目。
现有发电机组的一次调频试验主要是针对火力发电机组，还没有出现针对燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验。燃气蒸汽联合循环机组不同于传统单纯的火电机组，其蒸汽轮机一般不具备调频能力，由燃机控制系统(燃机控制器机柜)根据电网频率变化自动通过调节燃料指令和IGV进气挡板开度，改变燃气轮机的转速以适应负荷变化，在燃气蒸汽联合循环机组中，由于蒸汽轮机是跟随着燃气轮机变化的，直接采用现有一次调频试验经常出现燃机功率反调现象，系统稳定性差，影响整个供电系统的安全。其次，现有一次调频试验需要在实际网频断开时才能进行，不能实现实际网频监测。另外，现有一次调频试验人工参与多，浪费大量人力资源，而且准确性也难以保证。
因此，规范燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验，提高燃气蒸汽联合循环机组的调频水平，不仅是近几年众多新建燃气电厂的需求，更是电力系统安全、稳定、经济运行的保证。
发明内容
本发明提供一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法、装置及系统，根据整套机组转速不等率δ0％满足最新《国家电网公司火力发电机组一次调频试验导则》反算燃气轮机每转需调节负荷量ΔP0，进而获得燃机转速不等率目标设定值δ％，不用将实际网频断开，在实际转差小于一定安全阈值的前提下进行一次调频实验，增加实际网频监测，解决现有一次调频实验中容易出现燃机功率反调、无法监测实际网频、精确性低的问题。
本发明的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法，包括：获得燃机负荷指令；设置联合循环机组的初始目标转速不等率；根据所述初始目标转速不等率、燃机额定负荷和汽机额定负荷获得燃气轮机每转需调节负荷量；根据所述燃机额定负荷和所述燃气轮机每转需调节负荷量获得燃机转速不等率目标设定值；对所述燃气轮机施加一扰动信号；上下微调所述燃机转速不等率目标设定值，以使所述联合循环机组的转速不等率满足标准范围。
本发明的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置，包括：燃机负荷指令运算单元，用于获取燃机负荷指令；设置单元，用于设置联合循环机组的初始目标转速不等率；第一计算单元，用于根据所述转速不等率、燃机额定负荷和汽机额定负荷获得燃气轮机每转需调节负荷量；第二计算单元，用于根据所述燃机额定负荷和所述燃气轮机每转需调节负荷量获得燃机转速不等率目标设定值；扰动信号施加单元，用于对燃气轮机施加一扰动信号；微调单元，用于上下微调所述燃机转速不等率目标设定值，以使所述联合循环机组的转速不等率满足标准范围。
本发明的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验系统，包括：蒸汽轮机组设备、与所述蒸汽轮机组设备连接的汽机控制器机柜、燃气轮机组设备、与所述燃气轮机组设备连接的燃机控制器机柜、与所述汽机控制器机柜和所述燃机控制器机柜连接的交换机柜、与所述交换机柜连接的一次调频试验装置，其中，
所述蒸汽轮机组设备用于输出汽机负荷；所述汽机控制器机柜用于控制汽机运行及采集汽机功率；所述燃气轮机组设备用于输出燃机负荷；所述燃机控制器机柜用于控制燃机运行及采集燃机功率，并根据扰动信号调整汽机的实际转速；所述交换机柜用于数据格式转换及数据转发；以及所述一次调频试验装置用于设置联合循环机组的初始目标转速不等率，并接收所述燃机额定负荷和所述汽机额定负荷，从而获得燃机转速不等率目标设定值，再向燃气轮机施加一扰动信号后，根据机组实际转速不等率，上下微调所述燃机转速不等率目标设定值，以使所述联合循环机组的转速不等率满足标准范围。
本发明提供一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法、装置及系统，根据整套机组转速不等率δ0％满足最新《国家电网公司火力发电机组一次调频试验导则》反算燃气轮机每转需调节负荷量ΔP0，进而获得燃机转速不等率目标设定值δ％，不用将实际网频断开，在实际转差小于最大转差时进行一次调频实验，将蒸汽轮机预期功率变化引入，协调控制系统(CCS)侧的燃机分配指令回路，构成闭环，防止燃机功率反调现象，使系统稳定性更好；在实际网频与额定偏差小于请请允许范围时才进行一次调频试验，防止网频大幅波动的发生，增加实际网频监测，安全性更高；整个一次调频实验一次性完成，人工参与少，试验结果准确性高。
应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。
图1为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法实施例一的流程图；
图2为本发明实施例提供的一次调频试验方法的获得燃机负荷指令的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种燃机负荷指令回路引入预期汽机负荷变化的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法实施例二的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置实施例一的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的一次调频试验装置的燃机负荷指令运算单元的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置实施例二的结构示意图；
图8为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验系统的结构示意图；
图9为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置的人机交互界面HMI；
图10为本发明实施例提供的一次调频试验装置的燃机在90％负荷工况、±4rpm扰动量时的试验曲线；
图11为本发明实施例提供的一次调频试验装置的燃机在75％负荷工况、±6rpm扰动量时的试验曲线；
图12为本发明实施例提供的一次调频试验装置的燃机在90％负荷工况、±4rpm扰动量时的人机交互界面HMI；
图13为本发明实施例提供的一次调频试验装置的燃机在75％负荷工况、±6rpm扰动量时的人机交互界面HMI。
符号说明：
10 一次调频试验装置 11 设置单元
12 采集单元 13 扰动信号施加单元
14 第一计算单元 15 第二计算单元
16 获取单元 17 判断单元
20 蒸汽轮机组设备 30 汽机控制器机柜
40 燃气轮机组设备 50 燃机控制器机柜
60 交换机柜
S101～S105，S201～S208 步骤
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。
本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
关于本文中所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此申请的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
图1为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法实施例一的流程图，如图1所示，所述燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法包括以下步骤：
S101：获得燃机负荷指令；
S102：设置联合循环机组的初始目标转速不等率；
S103：根据所述初始目标转速不等率、燃机额定负荷和汽机额定负荷获得燃气轮机每转需调节负荷量；
S104：根据所述燃机额定负荷和所述燃气轮机每转需调节负荷量获得燃机转速不等率目标设定值；
S105：对所述燃气轮机施加一扰动信号；
S106：上下微调所述燃机转速不等率目标设定值，以使所述联合循环机组的转速不等率满足标准范围。
参照图1，根据联合循环机组的转速不等率(整套机组转速不等率)满足最新《国家电网公司火力发电机组一次调频试验导则》(满足4％～5％区间，一般按照4.5％计算)反算燃气轮机每转需调节负荷量，进而获得燃机转速不等率目标设定值，不用将实际网频断开，可实现随时根据电力负载优化调整燃机转速不等率目标设定值；燃气轮机每转需调节负荷量考虑到汽机额定负荷，也即是将预期汽机功率变化引入燃机控制系统(CCS)侧的燃机分配指令回路，构成闭环，防止燃机负荷反调现象，使系统稳定性更好，利用计算工具建立的一次调频试验指标模块，计算分析后的数据使机组的一次调频能力一目了然，迅速，准确。此外，通过施加一扰动信号替代原有逻辑页中强制变换实际转速更可靠，节约了试验人员提前用来熟悉逻辑的时间，提高效率。操作权完全在机组原有的燃机控制系统(CCS)操作，规避来自外接试验设备的安全隐患。
根据本发明的其它实施例，所述每转需调节负荷量ΔP0通过以下公式获得：
所述燃机转速不等率目标设定值δ％通过以下公式获得：
其中，P1为燃机额定负荷，P2为汽机额定负荷，δ0％为初始目标转速不等率，MW代表兆瓦，RPM代表转每分钟。
图2为本发明实施例提供的一次调频试验方法的获得燃机负荷指令的流程图，参照图2，获得燃机负荷指令具体包括：
S1011：根据总负荷指令获得燃机分配负荷指令和汽机分配负荷指令；
S1012：根据汽机实际负荷、汽机负荷变动预期值KDF和所述汽机分配负荷指令获得燃机补偿负荷指令；以及
S1013：根据燃机一次调频负荷、所述燃机分配负荷指令和所述燃机补偿负荷指令获得燃机负荷指令。
如图2所示，燃机负荷指令回路引入预期汽机负荷变化，以防止燃机负荷反调，整个试验过程中，保证系统的稳定。
图3为本发明实施例提供的一种燃机负荷指令回路引入预期汽机负荷变化的示意图，参照图3，其中，AGC为电网来的总负荷指令，K1为一个比例值，对于二托一机组通常为三分之一；AGC指令经过K1之后，得到的是燃机分配的负荷指令；同理，AGC指令经过K2之后，得到的是汽轮机分配的负荷指令；汽机负荷变动预期值KDF通过下述式子获得：
其中，是一个典型的三阶惯性环节，K为比例常数，T1、T2和T3为三阶惯性环节的时间常数，S为复变量；经过此环节，KDF反应了燃机调频负荷变化带来的对汽机功率的迟缓变化；所述汽机分配负荷指令与所述汽机实际负荷减去KDF的偏差，即可得到燃机的补偿负荷指令。所述补偿负荷指令叠加到所述燃机分配的负荷指令以及燃机一次调频负荷上，得到最终的控制燃机实发功率的燃机负荷指令。
图3中所述运算回路抵消了燃机一次调频变化带来的汽机负荷的波动，实现了防止对燃机负荷指令反调的功能，系统更稳定。
图4为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法实施例二的流程图，参照图4，步骤S201与步骤S101相同，步骤S202与步骤S102相同，步骤S203与步骤S103相同，步骤S204与步骤S104相同，步骤S205与步骤S105相同，步骤S209与步骤S106相同，对所述联合循环机组施加所述扰动信号步骤之后，所述燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法还包括：
S206：获取所述燃气轮机的实际转差；
S207：判断所述燃气轮机的所述实际转差是否小于所述燃气轮机的最大转差；以及
S208：当判断结果为否时，停止向所述燃气轮机施加所述扰动信号，结束一次调频试验。
如图4所示，在实际转差小于最大转差时，持续向所述燃气轮机施加所述扰动信号，继续进行一次调频试验，增加实际网频监测，在实际转差大于最大转差时，停止向所述燃气轮机施加所述扰动信号，防止网频大幅波动的发生，安全性更高。
本发明的一具体实施例中，所述实际转差Δn0可以通过以下公式获得：
Δn0＝(3000-n)RPM
所述最大转差Δnmax可以通过以下公式获得：
其中，3000为额定转速，n为所述燃气轮机的实际转速，P1为燃机额定负荷，P2为汽机额定负荷，ΔP0为燃气轮机每转需调节负荷量，δ0％为初始目标转速不等率，RPM代表转每分钟。
参照图1或图4，本发明的具体实施例中，所述扰动信号为一次调频试验装置提供的固化的试验转差信号，所述实验转差信号的实验转差为±4RPM或者为±6RPM或者为所述最大转差；所述联合循环机组的转速不等率的标准范围大于等于4％，小于等于5％；所述初始目标转速不等率为电网要求区间的中间值，通常所述初始目标转速不等率为4.5％。实验转差以及转速不等率的标准范围均是根据最新《国家电网公司火力发电机组一次调频试验导则》确定的，初始目标转速不等率的取值为本领域内常规取值。
图5为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置实施例一的结构示意图，如图5所示，所述燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置10包括燃机负荷指令运算单元11、设置单元12、第一计算单元13、第二计算单元14、扰动信号施加单元15和微调单元18，其中，燃机负荷指令运算单元11用于获取燃机负荷指令；设置单元12用于设置联合循环机组的转速不等率；第一计算单元13用于根据所述联合循环机组的初始目标转速不等率、燃机额定负荷和汽机额定负荷获得燃气轮机每转需调节负荷量；第二计算单元14用于根据所述燃机额定负荷和所述燃气轮机每转需调节负荷量获得燃机转速不等率目标设定值；扰动信号施加单元15用于对燃气轮机施加一扰动信号；微调单元18用于上下微调所述燃机转速不等率目标设定值，以使所述联合循环机组的转速不等率满足标准范围。
参照图5，根据联合循环机组的转速不等率(整套机组转速不等率)满足最新《国家电网公司火力发电机组一次调频试验导则》(满足4％～5％区间，一般按照4.5％计算)反算燃气轮机每转需调节负荷量，进而获得燃机转速不等率目标设定值，一次调频试验过程中不用将实际网频断开，实现实际网频监测，可实现随时根据电力负载优化调整燃机转速不等率目标设定值；另外，燃气轮机每转需调节负荷量考虑到汽机额定负荷，也即是将预期汽机功率变化引入燃机控制系统(CCS)侧的燃机分配指令回路，构成闭环，防止燃机功率反调现象，使系统稳定性更好，利用计算工具建立的一次调频试验指标模块，计算分析后的数据使机组的一次调频能力一目了然，迅速，准确。此外，通过施加一扰动信号替代原有逻辑页中强制变换实际转速更可靠，节约了试验人员提前用来熟悉逻辑的时间，提高效率；操作权完全在机组原有的燃机控制系统(CCS)操作，规避来自外接试验设备的安全隐患。
进一步地，在本发明的其它实施例中，所述燃气轮机每转需调节负荷量ΔP0通过以下公式获得：
所述燃机转速不等率目标设定值δ％通过以下公式获得：
其中，P1为燃机额定负荷，P2为汽机额定负荷，δ0％为所述联合循环机组的初始目标转速不等率，MW代表兆瓦，RPM代表转每分钟。
图6为本发明实施例提供的一次调频试验装置的燃机负荷指令运算单元的结构示意图，如图6所示，所述燃机负荷指令运算单元包括：指令分解模块111、第一运算模块112和第二运算模块113，其中，指令分解模块111用于根据总负荷指令获得燃机分配负荷指令和汽机分配负荷指令；第一运算模块112用于根据汽机实际负荷、KDF和所述汽机分配负荷指令获得燃机补偿负荷指令；第二运算模块113用于根据燃机一次调频负荷、所述燃机分配负荷指令和所述燃机补偿负荷指令获得燃机负荷指令。
如图6所示，燃机负荷指令回路引入预期汽机负荷变化，以防止燃机负荷反调，整个试验过程中，保证系统的稳定。
图7为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置实施例二的结构示意图，如图7所示，所述燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置还包括获取单元16和判断单元17，其中，获取单元16用于获取所述燃气轮机的实际转差；判断单元17用于判断所述燃气轮机的实际转差大于所述燃气轮机的最大转差时，扰动信号施加单元停止向所述燃气轮机施加所述扰动信号，停止一次调频实验。
参照图7，所述实际转差小于最大转差时，扰动信号施加单元持续施加所述扰动信号；如果所述判断单元判断所述实际转差大于最大转差时，扰动信号施加单元停止施加所述扰动信号，中止一次调频试验，可以在联合循环机组承受的范围内进行试验，保证实验的安全性，利于本发明的推广应用。
本发明的一具体实施例中，所述实际转差Δn0通过以下公式获得：
Δn0＝(3000-n)RPM
所述最大转差Δnmax通过以下公式获得：
其中，3000为额定转速，n为所述燃气轮机的实际转速，P1为燃机额定负荷，P2为汽机额定负荷，ΔP0为燃气轮机每转需调节负荷量，δ0％为所述联合循环机组的初始目标转速不等率，RPM代表转每分钟，按照最新《国家电网公司火力发电机组一次调频试验导则》规定，额定容量大于250MW小350MW的火电机组包括燃机，限制调频幅度不小于机组额定容量的±8％。
参照图5或图7，本发明的具体实施例中，所述扰动信号为一次调频试验装置提供的固化的试验转差信号，所述实验转差信号的实验转差为±4RPM或者为±6RPM或者为所述最大转差；所述联合循环机组的转速不等率的标准范围大于等于4％，小于等于5％；所述初始目标转速不等率为电网要求区间的中间值，通常所述初始目标转速不等率为4.5％。实验转差以及转速不等率的标准范围均是根据最新《国家电网公司火力发电机组一次调频试验导则》确定的，初始目标转速不等率的取值为本领域内常规取值。
图8为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验系统的结构示意图，如图8所示，燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验系统包括：蒸汽轮机组设备20、与所述蒸汽轮机组设备20连接的汽机控制器机柜30、燃气轮机组设备40、与所述燃气轮机组设备40连接的燃机控制器机柜50、与所述汽机控制器机柜30和所述燃机控制器机柜50连接的交换机柜60、与所述交换机柜60连接的一次调频试验装置10，其中，所述蒸汽轮机组设备20用于输出汽机负荷；所述汽机控制器机柜30用于控制汽机运行及采集汽机功率；所述燃气轮机组设备40用于输出燃机负荷；所述燃机控制器机柜50用于控制燃机运行及采集燃机功率，并根据扰动信号调整燃气轮机的实际转速；所述交换机柜60用于数据格式的转换及数据转发；所述一次调频试验装置10用于设置联合循环机组的初始目标转速不等率，并接收所述燃机额定负荷和所述汽机额定负荷，从而获得燃机转速不等率目标设定值，再向燃气轮机施加一扰动信号后，根据机组实际转速不等率，上下微调所述燃机转速不等率目标设定值，以使所述联合循环机组的转速不等率满足标准范围。
参照图8，从燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验回路设计到试验结果分析，完整实现了燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验的信号发生，实时数据处理，调节过程记录，最终指标计算，达标判断的一次调频试验装置。降低了人为参与环节，提高试验的自动化水平及准确率；大大节约了试验前的大量准备工作时间及试验过程中的数据选取记录及试验结果计算处理分析环节；一次调频试验过程简单、方便，可移植性强。
图9为本发明实施例提供的一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置的人机交互界面(HMI)，如图9所示，在HMI界面中，当“一次调频实验投入”指示灯亮时，表示开始一次调频试验；“实验转差设定区”表示将要输入的扰动信号，通过转差表示，通常取值为±4RPM或者为±6RPM；“燃机TCS(燃机控制系统)转速不等率设定区”根据最新《国家电网公司火力发电机组一次调频试验导则》设定，具体实施方式中取3.0％。左下角的三个方形分别为“调频负荷理论计算值(TCS控制器)”、“调频负荷理论计算值”、“调频负荷实际变动值”，其中，“调频负荷理论计算值(TCS控制器)”为TCS控制器显示的调频负荷，“调频负荷理论计算值”为一次调频试验装置显示的调频负荷，正常情况下“调频负荷理论计算值(TCS控制器)”等于“调频负荷理论计算值”。右上角为“一次调频试验系统稳定时间”和“整套机组转速不等率(实际值)”。右下角的四个方形显示灯分别是一次调频试验3秒内有响应、15秒内达到总理论变动负荷的90％、60秒内达到负荷稳定状态、实际转速不等率在4％-5％之间等指标的合格指示灯，在满足情况下，会变红色。
试验前，将一次调频试验装置接入燃机控制系统(TCS)控制柜的总线网络中，通过燃机厂家自带的数据读取软件可实时读取试验所需高精度数据，并在一次调频试验装置内完成运算处理。该一次调频试验装置与现场控制总线网络(交换机柜)的连接仅需通过一根常规网线，可实现在线插拔，对联合循环机组运行无影响，并且不占用联合循环机组控制器(汽机控制器机柜和燃机控制器机柜)的负载。此一次调频试验装置带有数据、图像存储功能，可供试验后随时调取数据，多个联合循环机组的试验数据对比分析比较。在“实验转差设定区”和“燃机TCS(燃机控制系统)转速不等率设定区”输入预设数值后，即自动开始一次调频实验，整个一次调频实验一次性自动完成，人工参与少，试验结果准确性高。
图10为本发明实施例提供的一次调频试验装置的燃机在90％负荷工况、±4rpm扰动量时的试验曲线，图11为本发明实施例提供的一次调频试验装置的燃机在75％负荷工况、±6rpm扰动量时的试验曲线，参见图10、图11，在机组控制系统DCS的操作员画面中，增加一次调频试验的人机交互端口HMI，并在机组控制系统逻辑功能上予以实现；操作端增加转差设定窗口，燃机转速不等率设定窗口；试验装置设计了判断一次调频试验是否达标的直观显示，包括3秒内有响应、15秒内达到总理论变动负荷的90％、60秒内达到负荷稳定状态、实际转速不等率在4％-5％之间等指标。同时增加显示窗口：调频负荷的理论计算值，调频负荷的实际变化值，调频试验稳定时间，整套机组的实际转速不等率。图10、图11是以某台西门子SGT5-4000F(x)型燃机的一次调频试验为例，利用本发明产生的试验曲线。试验曲线中下面为扰动信号，本实施例中使用的是方波信号，方波持续时间通常为60S，上面为联合循环机组的实际输出功率，能够清楚看到，出现正向方波时，实际输出功率减小，燃机控制系统自动通过调节总燃料指令V和IGV进气挡板开度，改变燃机功率使联合循环机组输出功率保持稳定。图10为90％负荷点，图11为75％负荷点，通过对比两图，90％负荷点时联合循环机组输出功率明显大于75％负荷点时联合循环机组输出功率。
图12为本发明实施例提供的一次调频试验装置的燃机在90％负荷工况、±4rpm扰动量时的人机交互界面HMI，图13为本发明实施例提供的一次调频试验装置的燃机在75％负荷工况、±6rpm扰动量时的人机交互界面HMI，表1为本发明的相关试验数据与传统人工计算方法相关试验数据的对比。参见图12、图13、表1，多次试验后，通过将试验数据与传统人工计算方法的对比验证了本发明的有效性及准确性。
表1
通过表1证明了本发明计算和传统计算基本一致，验证了一次调频试验装置计算结果的正确性，但是，本发明中一次调频试验装置的计算速度和便捷性是传统试验装置无法企及的。
本发明提供一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法及装置，根据整套机组转速不等率δ0％满足最新《国家电网公司火力发电机组一次调频试验导则》反算燃气轮机每转需调节负荷量ΔP0，进而获得燃机转速不等率目标设定值δ％，不用将实际网频断开，在实际网频与额定偏差大于允许范围时会进行控制回路切换，增加实际网频监测，防止网频大幅波动的发生，安全性更高；将蒸汽机功率预期变化引入协调控制系统(CCS)侧的燃机分配指令回路，构成闭环，防止燃机功率反调现象，使系统稳定性更好。
本发明至少具有以下技术效果：
1、本发明设计时将蒸汽机功率预期变化引入协调控制系统(CCS)侧的燃机分配指令回路，构成闭环，防止燃机功率反调现象，使系统稳定性更好。
2、本发明试验过程中，在实际网频与额定偏差大于允许范围时会进行控制回路切换(当实际转差超出预设值时)，增加实际网频监测，防止网频大幅波动的发生，安全性更高。
3、本发明试验转差信号的固化输入端口替代原有的逻辑页中强制，更可靠，节约了试验人员提前用来熟悉逻辑的时间，提高效率；操作权全在机组原有的TCS控制系统操作，规避来自外接试验设备的安全隐患。
4、本发明利用计算工具建立的一次调频试验指标模块，计算分析后的数据使机组的一次调频能力一目了然，迅速，准确。
5、本发明可实现随时根据结果优化调整控制参数。
6、一次调频试验装置与燃机控制系统通过网络总线链接读取数据，不受传统数据采集通道个数限制，精度高，速度快；试验设备的插拔均可在线插拔，对燃机自身的闭环控制系统毫无影响，完全满足一次调频试验的要求。
7、本发明测试过程简单，方便，可移植性强。
8、本发明从一次调频试验回路设计到试验结果分析，完整实现了联合循环机组的一次调频试验的信号发生，实时数据处理，调节过程记录，最终指标计算，达标判断的试验装置；降低了人为参与环节，提高试验的自动化水平及准确率；大大节约了试验前的大量准备工作时间及试验过程中的数据选取记录及试验结果计算处理分析环节。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
Claims (17)
1.一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法，其特征在于，所述燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法包括：
获得燃机负荷指令；
设置联合循环机组的初始目标转速不等率；
根据所述初始目标转速不等率、结合燃机额定负荷和汽机额定负荷获得燃气轮机每转需调节负荷量；
根据所述燃机额定负荷和所述燃气轮机每转需调节负荷量获得燃机转速不等率目标设定值；
对燃气轮机施加一扰动信号；以及
上下微调所述燃机转速不等率目标设定值，以使所述联合循环机组的转速不等率满足标准范围。
2.如权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法，其特征在于，获得燃机负荷指令具体包括：
根据总负荷指令获得燃机分配负荷指令和汽机分配负荷指令；
根据汽机实际负荷、汽机负荷变动预期值KDF和所述汽机分配负荷指令获得燃机补偿负荷指令；以及
根据燃机一次调频负荷、所述燃机分配负荷指令和所述燃机补偿负荷指令获得燃机负荷指令。
3.如权利要求2所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法，其特征在于，所述汽机负荷变动预期值KDF通过以下公式获得：
其中，是一个典型的三阶惯性环节，K为比例常数，T1、T2和T3为三阶惯性环节的时间常数，S为复变量。
4.如权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法，其特征在于，所述燃气轮机每转需调节负荷量ΔP0通过以下公式获得：
<mrow>
<msub>
<mi>&Delta;P</mi>
<mn>0</mn>
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<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
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<mn>2</mn>
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<mi>M</mi>
</mrow>
所述燃机转速不等率目标设定值δ％通过以下公式获得：
<mrow>
<mi>&delta;</mi>
<mi>%</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>P</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
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<mi>&Delta;P</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>&times;</mo>
<mn>3000</mn>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，P1为燃机额定负荷，P2为汽机额定负荷，δ0％为所述初始目标转速不等率，MW代表兆瓦，RPM代表转每分钟。
5.如权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法，其特征在于，对所述燃气轮机施加所述扰动信号步骤之后，所述燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法包括：
获取所述燃气轮机的实际转差；
判断所述实际转差是否小于最大转差；以及
当判断结果为否时，停止对所述燃气轮机施加所述扰动信号。
6.如权利要求5所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法，其特征在于，所述最大转差Δnmax通过以下公式获得：
<mrow>
<msub>
<mi>&Delta;n</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>a</mi>
<mi>x</mi>
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<mi>P</mi>
<mi>M</mi>
</mrow>
其中，3000为额定转速，P1为燃机额定负荷，P2为汽机额定负荷，ΔP0为燃气轮机每转需调节负荷量，δ0％为所述初始目标转速不等率，RPM代表转每分钟。
7.如权利要求5所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法，其特征在于，所述扰动信号为一次调频试验装置提供的固化的试验转差信号，所述试验转差信号的转差为±4RPM或者为±6RPM或者为所述最大转差。
8.如权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验方法，其特征在于，所述初始目标转速不等率为电网要求区间的中间值。
9.一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置，其特征在于，所述燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置包括：
一燃机负荷指令运算单元，用于获取燃机负荷指令；
一设置单元，用于设置联合循环机组的初始目标转速不等率；
一第一计算单元，用于根据所述初始目标转速不等率、燃机额定负荷和汽机额定负荷获得燃气轮机每转需调节负荷量；
一第二计算单元，用于根据所述燃机额定负荷和所述燃气轮机每转需调节负荷量获得燃机转速不等率目标设定值；
一扰动信号施加单元，用于对燃气轮机施加一扰动信号；以及
一微调单元，用于上下微调所述燃机转速不等率目标设定值，以使所述联合循环机组的转速不等率满足标准范围。
10.如权利要求9所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置，其特征在于，所述燃机负荷指令运算单元包括：
一指令分解模块，用于根据总负荷指令获得燃机分配负荷指令和汽机分配负荷指令；
一第一运算模块，用于根据汽机实际负荷、汽机负荷变动预期值KDF和所述汽机分配负荷指令获得燃机补偿负荷指令；以及
一第二运算模块，用于根据燃机一次调频负荷、所述燃机分配负荷指令和所述燃机补偿负荷指令获得燃机负荷指令。
11.如权利要求10所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置，其特征在于，所述汽机负荷变动预期值KDF通过以下公式获得：
其中，是一个典型的三阶惯性环节，K为比例常数，T1、T2和T3为三阶惯性环节的时间常数，S为复变量。
12.如权利要求9所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置，其特征在于，所述燃气轮机每转需调节负荷量ΔP0通过以下公式获得：
<mrow>
<msub>
<mi>&Delta;P</mi>
<mn>0</mn>
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<mo>=</mo>
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所述燃机转速不等率目标设定值δ％通过以下公式获得：
<mrow>
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<mo>=</mo>
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<mn>3000</mn>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，P1为燃机额定负荷，P2为汽机额定负荷，δ0％为所述初始目标转速不等率，MW代表兆瓦，RPM代表转每分钟。
13.如权利要求9所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置，其特征在于，所述燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置还包括：
一获取单元，用于获取所述燃气轮机的实际转差；以及
一判断单元，用于判断所述实际转差大于最大转差时，扰动信号施加单元停止对所述燃气轮机施加所述扰动信号。
14.如权利要求13所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置，其特征在于，所述最大转差Δnmax通过以下公式获得：
<mrow>
<msub>
<mi>&Delta;n</mi>
<mrow>
<mi>m</mi>
<mi>a</mi>
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其中，3000为额定转速，P1为燃机额定负荷，P2为汽机额定负荷，ΔP0为燃气轮机每转需调节负荷量，δ0％为初始目标转速不等率，RPM代表转每分钟。
15.如权利要求13所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置，其特征在于，所述扰动信号为一次调频试验装置提供的固化的试验转差信号，所述试验转差信号的转差为±4RPM或者为±6RPM或者为所述最大转差。
16.如权利要求9所述的燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验装置，其特征在于，所述初始目标转速不等率为电网要求区间的中间值。
17.一种燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验系统，其特征在于，所述燃气蒸汽联合循环机组的一次调频试验系统包括：蒸汽轮机组设备、与所述蒸汽轮机组设备连接的汽机控制器机柜、燃气轮机组设备、与所述燃气轮机组设备连接的燃机控制器机柜、与所述汽机控制器机柜和所述燃机控制器机柜连接的交换机柜、与所述交换机柜连接的如权利要求9-16所述的一次调频试验装置，其中，
所述蒸汽轮机组设备用于输出汽机负荷；
所述汽机控制器机柜用于控制汽机运行及采集汽机功率；
所述燃气轮机组设备用于输出燃机负荷；
所述燃机控制器机柜用于控制燃机运行及采集燃机功率，并根据扰动信号调整燃气轮机的实际转速；
所述交换机柜用于数据格式转换及数据转发；以及
所述一次调频试验装置用于设置联合循环机组的初始目标转速不等率，并接收所述燃机额定负荷和所述汽机额定负荷，从而获得燃机转速不等率目标设定值，再向燃气轮机施加一扰动信号后，根据机组实际转速不等率，上下微调所述燃机转速不等率目标设定值，以使所述联合循环机组的转速不等率满足标准范围。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |