CN105116720A - 火电机组压控阀控方式一次调频主汽压力自适应优化方法 - Google Patents

Abstract

火电机组压控阀控方式一次调频功能参数自适应优化方法，步骤为：(一)按照机组主汽压力定-滑-定曲线对其进行分段，确定各段主汽压力变化量与机组负荷变化量之间的关系；(二)根据各段主汽压力变化量与负荷变化量之间的关系，计算压控方式的主汽压力一次调频量；(三)机组运行在锅炉跟随方式，确定各压力段负荷变化量与综合阀位开度变化量的关系；(四)根据各压力段负荷变化量与综合阀位开度变化量的关系，确定阀控方式的综合阀位开度一次调频量；(五)将主汽压力一次调频量、综合阀位开度一次调频量引入到压控阀控中，实现一次调频功能的主汽压力自适应控制。本发明能够实现一次调频功能的主汽压力自适应控制，使一次调频合格率进一步提高，增强了电网的稳定性。

Description

火电机组压控阀控方式一次调频主汽压力自适应优化方法

技术领域

本发明属于火电厂热工自动控制领域，是一种既实现了火电机组压力控制方式的一次调频功能，又实现了火电机组一次调频功能的主汽压力自适应控制的方法。

背景技术

火力发电机组一次调频功能主要通过在综合阀位开度指令叠加综合阀位开度一次调频量、CCS功率控制方式叠加机组负荷一次调频量来实现。而机组正常运行于主汽压力控制方式，一次调频动作时，机组在综合阀位开度指令叠加的一次调频量常常被压力控制闭环回路抵消，此时的一次调频功能基本无作用；机组运行于阀控方式时，相同的转速差对应的综合阀位开度一次调频量相同，但是在不同主汽压力段，相同的综合阀位开度一次调频量却对应着不同的负荷变化量，常常出现主汽压力低时一次调频不能正常作用；机组运行于CCS控制方式时，功率控制与阀位控制共同叠加了一次调频量，同样由于在不同主汽压力段，相同的综合阀位开度一次调频量却对应着不同的负荷变化量，主汽压力低时常常造成CCS控制方式下一次调频响应迟缓；这些问题直接影响到电网的频率稳定，也常使电厂被电网调度考核。因此，研究一种能够自动适应主汽压力变化的一次调频优化控制方法成为现实的迫切要求。

通过本发明的方法，机组在阀控方式、压控方式、功控方式、CCS控制方式时，一次调频功能均能高标准投入与作用，从根本上解决了火电机组一次调频功能的全过程投用问题，在提高电网频率稳定性、减少电厂经济效益损失方面有显著效果。

目前，对火电机组一次调频功能主汽压力自适应优化的研究尚处于起步阶段，我们研究的优化方法是通过现场试验数据采集、在火电机组主控制系统中逻辑搭建来实现的，这种方法不增加购置设备的费用，实现手段简便、易行。

本发明相关的技术途径和实施的关键内容均未曾公开过。

发明内容

本发明的目的是：实现火电机组压力控制方式的一次调频功能与火电机组一次调频功能的主汽压力自适应控制；通过在电厂开展动态试验或采集历史数据进行分析计算，而后在火电机组DCS系统中增加控制逻辑，完成机组压控方式的一次调频功能控制策略和阀控方式的一次调频功能主汽压力自适应控制策略，实现火电机组一次调频功能的全过程控制，提高机组一次调频合格率，减少火力发电企业经济效益损失，提高电网稳定运行水平；

本发明目的是这样实现的，其步骤为：

(一)确定不同压力段的主汽压力变化量与机组负荷变化量之间的关系

根据火电机组主汽压力定-滑-定曲线，将主汽压力进行分段：并网后机组正常运行允许的最小主汽压力P_tMIN至低负荷段的定压P_tL作为第一段、滑压部分进行n段等分、高负荷段的额定定压P_tH至机组正常运行允许的最大主汽压力P_tMAX作为最后一段；在各主汽压力段保持火电机组综合阀位指令不变，通过调整机组主汽压力参数来改变机组负荷，分别测得在不同压力段当机组负荷变化量ΔP_MW为调度中心要求的一次调频限制幅度±P_MAX时的主汽压力变化量ΔP_t，计算主汽压力变化量ΔP_t与负荷变化量ΔP_MW的比值关系K_freq；

$K_{freq}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;P}}_{tL}/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tMIN}\&le;P_t<P_{tL}+1\\ {\mathrm{\&Delta;P}}_{ti}/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{ti}-1\&le;P_t<P_{ti}+1\\ {\mathrm{\&Delta;P}}_{tH}/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tH}-1\&le;P_t<P_{tMAX}\end{array}\right.$

其中，K_freq—不同压力段时，主汽压力变化量与机组负荷变化量比值系数；

ΔP_tL—低负荷段定压段机组负荷变化量为最大调频量时的主汽压力变化量；

ΔP_ti—滑压阶段第i段机组负荷变化量为最大调频量时的主汽压力变化量；

ΔP_tH—高负荷定压段机组负荷变化量为最大调频量时的主汽压力变化量；

ΔP_MW—不同压力段的机组负荷变化量，为调度中心要求的调频限制幅度；

P_tH—机组定-滑-定曲线高负荷段定压主汽压力；

P_tL—机组定-滑-定曲线低负荷段定压主汽压力；

P_tMAX—机组正常运行允许的最大主汽压力；

P_tMIN—机组正常运行允许的最小主汽压力；

P_t—机组主汽压力；

(二)确定火电机组压控方式的主汽压力一次调频量

根据第一步计算所得的主汽压力变化量与机组负荷变化量比值系数K_freq，计算机组压控方式的主汽压力一次调频量；

其中，F_Pfreq—压控方式的主汽压力一次调频量；

T₀—机组额定转速；

T_S—机组实际转速；

T_DB—一次调频死区，转差量；

T_MAX—最大一次调频转差量；

P_额—机组额定负荷；

δ—转速不等率；

K_freq—主汽压力变化量与机组负荷变化量比值系数；

(三)确定不同压力段机组负荷与综合阀位开度的关系

机组运行于锅炉跟随方式，保持机组主汽压力参数不变，按照第(一)步中主汽压力的分段方式，分别确认各段的机组负荷变化量与综合阀位开度变化量的关系。分别计算在不同压力段当机组负荷变化量ΔP_MW为调度中心要求的一次调频限制幅度±P_MAX时的综合阀位开度变化量ΔFv，计算综合阀位开度变化量ΔFv与负荷变化量ΔP_MW的比值关系G_freq；

$G_{freq}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;Fv}}_L/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tMIN}\&le;P_t<P_{tL}+1\\ {\mathrm{\&Delta;Fv}}_i/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{ti}-1\&le;P_t<P_{ti}+1\\ {\mathrm{\&Delta;Fv}}_H/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tH}-1\&le;P_t<P_{tMAX}\end{array}\right.$

其中，G_freq—不同压力段时，综合阀位开度变化量与机组负荷变化量比值系数；

ΔFv_L—低负荷段定压段机组负荷变化量为最大调频量时综合阀位开度变化量；

ΔFv_i—滑压阶段第i段机组负荷变化量为最大调频量时综合阀位开度变化量；

ΔFv_H—高负荷定压段机组负荷变化量为最大调频量时的综合阀位开度变化量；

ΔP_MW—不同压力段的机组负荷变化量，为调度中心要求的调频限制幅度；

P_tH—机组定-滑-定曲线高负荷段定压主汽压力；

P_tL—机组定-滑-定曲线低负荷段定压主汽压力；

P_tMAX—机组正常运行允许的最大主汽压力；

P_tMIN—机组正常运行允许的最小主汽压力；

P_t—机组主汽压力；

(四)确定火电机组阀控方式的综合阀位开度一次调频量

根据第(三)步计算所得的综合阀位开度变化量与机组负荷变化量比值系数G_freq，计算机组阀控方式的综合阀位开度一次调频量；

其中，F_Fvfreq—阀控方式下综合阀位开度一次调频量；

T₀—机组额定转速；

T_S—机组实际转速；

T_DB—一次调频死区，转差量；

T_MAX—最大一次调频转差量；

P_额—机组额定负荷；

δ—转速不等率；

G_freq—不同压力段时综合阀位开度变化量与机组负荷变化量比值系数；

(五)将主汽压力一次调频量与经速率限制的主汽压力设定值叠加，即实现压控方式下的一次调频功能；将综合阀位开度一次调频量与综合阀位开度设定值叠加，即实现阀控方式下的一次调频功能主汽压力自适应控制。

附图说明

图1为本发明火电机组压控、阀控方式的一次调频功能主汽压力自适应控制逻辑框图。

具体实施方式

火电机组压控阀控方式一次调频功能参数自适应优化方法的主要控制逻辑框图见图1，具体控制策略实现方式如下：

(一)确定不同压力段的主汽压力变化量与机组负荷变化量之间的关系

根据火电机组主汽压力定-滑-定曲线，将主汽压力进行分段：并网后机组正常运行允许的最小主汽压力P_tMIN至低负荷段的定压P_tL作为第一段、滑压部分进行n段等分、高负荷段的额定定压P_tH至机组正常运行允许的最大主汽压力P_tMAX作为最后一段；在各主汽压力段保持火电机组综合阀位指令不变，通过调整机组主汽压力参数来改变机组负荷，分别测得在不同压力段当机组负荷变化量ΔP_MW为调度中心要求的一次调频限制幅度±P_MAX时的主汽压力变化量ΔP_t，计算主汽压力变化量ΔP_t与负荷变化量ΔP_MW的比值关系K_freq；

$K_{freq}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;P}}_{tL}/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tMIN}\&le;P_t<P_{tL}+1\\ {\mathrm{\&Delta;P}}_{ti}/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{ti}-1\&le;P_t<P_{ti}+1\\ {\mathrm{\&Delta;P}}_{tH}/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tH}-1\&le;P_t<P_{tMAX}\end{array}\right.$

其中，K_freq—不同压力段时，主汽压力变化量与机组负荷变化量比值系数；

ΔP_tL—低负荷段定压段机组负荷变化量为最大调频量时的主汽压力变化量；

ΔP_ti—滑压阶段第i段机组负荷变化量为最大调频量时的主汽压力变化量；

ΔP_tH—高负荷定压段机组负荷变化量为最大调频量时的主汽压力变化量；

ΔP_MW—不同压力段的机组负荷变化量，为调度中心要求的调频限制幅度；

P_tH—机组定-滑-定曲线高负荷段定压主汽压力；

P_tL—机组定-滑-定曲线低负荷段定压主汽压力；

P_tMAX—机组正常运行允许的最大主汽压力；

P_tMIN—机组正常运行允许的最小主汽压力；

P_t—机组主汽压力；

(二)确定火电机组压控方式的主汽压力一次调频量

根据第一步计算所得的主汽压力变化量与机组负荷变化量比值系数K_freq，计算机组压控方式的主汽压力一次调频量；

其中，F_Pfreq—压控方式的主汽压力一次调频量；

T₀—机组额定转速；

T_S—机组实际转速；

T_DB—一次调频死区，转差量；

T_MAX—最大一次调频转差量；

P_额—机组额定负荷；

δ—转速不等率；

K_freq—主汽压力变化量与机组负荷变化量比值系数；

(三)确定不同压力段机组负荷与综合阀位开度的关系

机组运行于锅炉跟随方式，保持机组主汽压力参数不变，按照第(一)步中主汽压力的分段方式，分别确认各段的机组负荷变化量与综合阀位开度变化量的关系。分别计算在不同压力段当机组负荷变化量ΔP_MW为调度中心要求的一次调频限制幅度±P_MAX时的综合阀位开度变化量ΔFv，计算综合阀位开度变化量ΔFv与负荷变化量ΔP_MW的比值关系G_freq；

$G_{freq}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;Fv}}_L/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tMIN}\&le;P_t<P_{tL}+1\\ {\mathrm{\&Delta;Fv}}_i/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{ti}-1\&le;P_t<P_{ti}+1\\ {\mathrm{\&Delta;Fv}}_H/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tH}-1\&le;P_t<P_{tMAX}\end{array}\right.$

其中，G_freq—不同压力段时，综合阀位开度变化量与机组负荷变化量比值系数；

ΔFv_L—低负荷段定压段机组负荷变化量为最大调频量时综合阀位开度变化量；

ΔFv_i—滑压阶段第i段机组负荷变化量为最大调频量时综合阀位开度变化量；

ΔFv_H—高负荷定压段机组负荷变化量为最大调频量时的综合阀位开度变化量；

ΔP_MW—不同压力段的机组负荷变化量，为调度中心要求的调频限制幅度；

P_tH—机组定-滑-定曲线高负荷段定压主汽压力；

P_tL—机组定-滑-定曲线低负荷段定压主汽压力；

P_tMAX—机组正常运行允许的最大主汽压力；

P_tMIN—机组正常运行允许的最小主汽压力；

P_t—机组主汽压力；

(四)确定火电机组阀控方式的综合阀位开度一次调频量

根据第(三)步计算所得的综合阀位开度变化量与机组负荷变化量比值系数G_freq，计算机组阀控方式的综合阀位开度一次调频量；

其中，F_Fvfreq—阀控方式下综合阀位开度一次调频量；

T₀—机组额定转速；

T_S—机组实际转速；

T_DB—一次调频死区，转差量；

T_MAX—最大一次调频转差量；

P_额—机组额定负荷；

δ—转速不等率；

G_freq—不同压力段时综合阀位开度变化量与机组负荷变化量比值系数；

(五)将主汽压力一次调频量与经速率限制的主汽压力设定值叠加，即实现压控方式下的一次调频功能；将综合阀位开度一次调频量与综合阀位开度设定值叠加，即实现阀控方式下的一次调频功能主汽压力自适应控制。

本发明“火电机组压控阀控方式一次调频功能参数自适应优化方法”实施的平台为火电机组的主控制系统。在机组的主控制系统中进行压控阀控方式一次调频功能参数自适应优化方法的控制逻辑组态，实现以下功能：

(一)阀控方式一次调频控制逻辑优化：通过试验数据采集或对历史数据进行分析，计算各压力段综合阀位开度变化量与机组负荷变化量比值系数，并在机组主控系统中组态，实现机组阀控方式的一次调频功能主汽压力自适应控制。

(二)压控方式一次调频控制逻辑优化：通过试验数据采集或对历史数据进行分析，计算各压力段主汽压力变化量与机组负荷变化量比值系数，并在机组主控系统中组态，构建压控方式下的主汽压力一次调频量，结合作为前馈的阀控方式自动适应主汽压力参数的一次调频量，实现机组压控方式的一次调频功能。

(三)CCS功率控制方式的一次调频功能：结合常规的负荷指令一次调频量与作为前馈的阀控方式自动适应主汽压力参数的一次调频量，实现机组CCS功率控制方式的一次调频功能主汽压力自适应控制。

以上三种运行方式的一次调频功能控制策略优化方法，使得火电机组一次调频功能在全工况、全负荷段均能够自动适应主汽压力参数，真正实现火电机组一次调频功能的全过程高品质投用。

Claims (1)

1.火电机组压控阀控方式一次调频功能参数自适应优化方法，其特征在于，包括下列步骤：

(一)确定不同压力段的主汽压力变化量与机组负荷变化量之间的关系

根据火电机组主汽压力定-滑-定曲线，将主汽压力进行分段：并网后机组正常运行允许的最小主汽压力P_tMIN至低负荷段的定压P_tL作为第一段、滑压部分进行n段等分、高负荷段的额定定压P_tH至机组正常运行允许的最大主汽压力P_tMAX作为最后一段；在各主汽压力段保持火电机组综合阀位指令不变，通过调整机组主汽压力参数来改变机组负荷，分别测得在不同压力段当机组负荷变化量ΔP_MW为调度中心要求的一次调频限制幅度±P_MAX时的主汽压力变化量ΔP_t，计算主汽压力变化量ΔP_t与负荷变化量ΔP_MW的比值关系K_freq；

$K_{freq}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;P}}_{tL}/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tMIN}\&le;P_t<P_{tL}+1\\ {\mathrm{\&Delta;P}}_{ti}/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{ti}-1\&le;P_t<P_{ti}+1\\ {\mathrm{\&Delta;P}}_{tH}/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tH}-1\&le;P_t<P_{tMAX}\end{array}\right.$

其中，K_freq—不同压力段时，主汽压力变化量与机组负荷变化量比值系数；

ΔP_tL—低负荷段定压段机组负荷变化量为最大调频量时的主汽压力变化量；

ΔP_ti—滑压阶段第i段机组负荷变化量为最大调频量时的主汽压力变化量；

ΔP_tH—高负荷定压段机组负荷变化量为最大调频量时的主汽压力变化量；

ΔP_MW—不同压力段的机组负荷变化量，为调度中心要求的调频限制幅度；

P_tH—机组定-滑-定曲线高负荷段定压主汽压力；

P_tL—机组定-滑-定曲线低负荷段定压主汽压力；

P_tMAX—机组正常运行允许的最大主汽压力；

P_tMIN—机组正常运行允许的最小主汽压力；

P_t—机组主汽压力；

(二)确定火电机组压控方式的主汽压力一次调频量

根据第一步计算所得的主汽压力变化量与机组负荷变化量比值系数K_freq，计算机组压控方式的主汽压力一次调频量；

其中，F_Pfreq—压控方式的主汽压力一次调频量；

T₀—机组额定转速；

T_S—机组实际转速；

T_DB—一次调频死区，转差量；

T_MAX—最大一次调频转差量；

P_额—机组额定负荷；

δ—转速不等率；

K_freq—主汽压力变化量与机组负荷变化量比值系数；

(三)确定不同压力段机组负荷与综合阀位开度的关系

机组运行于锅炉跟随方式，保持机组主汽压力参数不变，按照第(一)步中主汽压力的分段方式，分别确认各段的机组负荷变化量与综合阀位开度变化量的关系；分别计算在不同压力段当机组负荷变化量ΔP_MW为调度中心要求的一次调频限制幅度±P_MAX时的综合阀位开度变化量ΔFv，计算综合阀位开度变化量ΔFv与负荷变化量ΔP_MW的比值关系G_freq；

$G_{freq}=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&Delta;Fv}}_L/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tMIN}\&le;P_t<P_{tL}+1\\ {\mathrm{\&Delta;Fv}}_i/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{ti}-1\&le;P_t<P_{ti}+1\\ {\mathrm{\&Delta;Fv}}_H/{\mathrm{\&Delta;P}}_{MW}& P_{tH}-1\&le;P_t<P_{tMAX}\end{array}\right.$

其中，G_freq—不同压力段时，综合阀位开度变化量与机组负荷变化量比值系数；

ΔFv_L—低负荷段定压段机组负荷变化量为最大调频量时综合阀位开度变化量；

ΔFv_i—滑压阶段第i段机组负荷变化量为最大调频量时综合阀位开度变化量；

ΔFv_H—高负荷定压段机组负荷变化量为最大调频量时的综合阀位开度变化量；

ΔP_MW—不同压力段的机组负荷变化量，为调度中心要求的调频限制幅度；

P_tH—机组定-滑-定曲线高负荷段定压主汽压力；

P_tL—机组定-滑-定曲线低负荷段定压主汽压力；

P_tMAX—机组正常运行允许的最大主汽压力；

P_tMIN—机组正常运行允许的最小主汽压力；

P_t—机组主汽压力；

(四)确定火电机组阀控方式的综合阀位开度一次调频量

根据第(三)步计算所得的综合阀位开度变化量与机组负荷变化量比值系数G_freq，计算机组阀控方式的综合阀位开度一次调频量；

其中，F_Fvfreq—阀控方式下综合阀位开度一次调频量；

T₀—机组额定转速；

T_S—机组实际转速；

T_DB—一次调频死区，转差量；

T_MAX—最大一次调频转差量；

P_额—机组额定负荷；

δ—转速不等率；

G_freq—不同压力段时综合阀位开度变化量与机组负荷变化量比值系数；

(五)将主汽压力一次调频量与经速率限制的主汽压力设定值叠加，即实现压控方式下的一次调频功能；将综合阀位开度一次调频量与综合阀位开度设定值叠加，即实现阀控方式下的一次调频功能主汽压力自适应控制。