CN106499452A - 提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法及系统 - Google Patents

提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频快速补偿能力的控制方法及系统，当电网实时运行频率超出机组设置调频死区时，根据电网实时频率与基准频率形成的频差，分别计算出机组对应的进汽调门和抽汽调门的一次调频补偿指令，当进汽调门与抽汽调门一次调频功能都投入时，如果电网实时频率高于基准频率，计算出减小进汽调门开度指令，同时增大抽汽调门开度；当电网实时频率低于电网基准频率时，计算出增大进汽调门的开度指令和减小抽气调门的开度指令，完成机组一次调频补偿调节过程。本发明可以明显提升调整抽汽式汽轮机组的一次调频快速补偿能力。

Description

提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法及 系统
技术领域
本发明涉及一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法及系统。
背景技术
随着特高压输电及风电、核电、太阳能等新能源建设的快速发展，区域电网结构变得也越来越复杂，电网的安全稳定运行技术要求也越来越高。众所周知，风电与太阳能等新能源发电的可预测性相对较差，且风力发电的高峰负荷大多出现在用电量的波谷处，同时新能源发电的出力波动较大且可控性相对较差，对电网的调整来说，风电并网负荷越高，电网调度难度越大。如何在保证电网快速发展的同时，保证电网频率、电压等技术指标满足要求，也将会成为一个重要的技术难题。
在电网实际运行中，电网频率主要受电网输入电量与消耗电量的影响，当电量消耗与输入电量不匹配时，即可引起电网频率出现变化较小、变动周期较短的微小分量，这种电网频率扰动主要靠汽轮发电机组本身的调节系统直接自动调整汽轮机进汽控制调门完成机组负荷变动，补偿电网负荷实时需求，修正电网频率的波动，这个过程即为发电机组的一次调频。一般控制结构如图1所示，发电机组汽轮机电液控制系统即DEH系统中将汽轮机转速与额定转速的差值直接转化为功率信号补偿或流量补偿，直接作用在汽轮机的进汽调门上，完成机组一次调频修正。
发电机组的一次调频指标主要包括：不等率、调频死区、快速性、补偿幅度、稳定时间等。不同区域的电网公司对各个技术指标要求也不尽相同。下面以国家电网公司2011年下发的《火力发电机组一次调频试验导则》中的具体要求为例，说明各个技术指标的具体要求。
1)转速不等率：火电机组转速不等率应为4％～5％，该技术指标不计算调频死区影响部分。该指标一般作为逻辑组态参考应用，机组实际不等率需根据一次调频实际动作进行动态计算。
2)调频死区：机组参与一次调频死区应不大于|±0.033|Hz或|±2|r/min。
3)快速性：机组参与一次调频的响应时间应小于3s。燃煤机组达到75％目标负荷的时间应不大于15s，达到90％目标负荷的时间应不大于30s。对于高压油电液调节机组响应时间一般在1-2s。电网频率波动越频繁，该技术指标越重要。
4)稳定时间：机组参与一次调频的稳定时间应小于1min。该技术指标对于发电机组及电网稳定运行都十分重要。
5)补偿幅度，机组参与一次调频的调频负荷变化幅度不应设置下限；一次调频的调频负荷变化幅度上限可以加以限制，但限制幅度不应过小，规定如下：
a)250MW＞Po的火电机组，限制幅度≥10％Po；
b)350MW≥Po≥250MW的火电机组，限制幅度≥8％Po；
c)500MW≥Po＞350MW的火电机组，限制幅度≥7％Po；
d)Po＞500MW的火电机组，限制幅度≥6％Po。
大部分调整抽气式汽轮机组设计发电的同时，承担一定的对外供热抽汽功能。由于抽汽位置一般设置于高中压缸，抽出蒸汽只在汽轮机内完成部分做功，未进行再低压缸内的做功过程，相对来说降低了进入汽轮机蒸汽的做功能力，因此，部分调整抽汽式汽轮机的一次调频功能的快速性受到较大影响，机组一次调频快速性指标不能满足电网的技术要求。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法及系统，该发明在一次调频动作，需要机组快速补偿负荷时，不再单一依靠调整汽轮机组的进汽调门，完成一次调频补偿，而是采用进汽调门与抽汽调门协调控制，同时动作，快速调整汽轮机内做功蒸汽量，达到提升机组一次调频快速补偿的目的。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，当电网实时运行频率超出机组设置调频死区时，根据电网实时频率与基准频率形成的频差，分别计算出机组对应的进汽调门和抽汽调门的一次调频补偿指令，当进汽调门与抽汽调门一次调频功能都投入时，如果电网实时频率高于基准频率，计算出减小进汽调门的开度指令，同时增大抽汽调门开度；当电网实时频率低于电网基准频率时，计算出增大进汽调门的开度指令和减小抽气调门的开度指令，完成机组一次调频补偿调节过程。
一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，包括以下步骤：
(1)测量电网的实时频率，将其与一次调频动作的电网基准频率进行比较，计算电网频率有效波动值；
(2)根据电网频率的实时波动值和机组不等率要求，计算机组一次调频动作时进汽调门补偿动作值和抽汽调门补偿动作值；
(3)判断是否存在投入或退出抽汽辅助一次调频动作指令，如果有投入指令，转入步骤(4)，如果有退出指令，转入步骤(5)；
(4)将机组一次调频动作前抽汽调门控制指令的动作值与机组一次调频动作时抽汽调门补偿动作值叠加后控制机组抽汽控制调门；
(5)抽汽调门一次调门补偿指令取零，机组抽汽控制调门执行机组一次调频动作前抽汽调门控制指令；
(6)判断是否存在投入或退出进汽调门一次调频指令，如果有投入指令，转入步骤(7)，如果有退出指令，转入步骤(8)；
(7)将机组一次调频动作前进汽调门控制指令的动作值与机组一次调频动作时进汽调门补偿动作值叠加后控制机组进汽控制调门；
(8)进汽调门一次调门补偿指令取零，机组进汽控制调门执行机组一次调频动作前进汽调门控制指令。
所述步骤(2)中，一次调频动作的电网基准频率取电网基准频率50Hz。
所述步骤(2)中，利用分段函数F1(X)计算出机组一次调频动作时进汽调门补偿动作指令：
其中
f：电网实时运行频率；
P0：机组额定负荷；
δ：机组不等率；
fΔ：机组调频死区。
所述步骤(2)中，利用分段函数F2(X)计算出机组一次调频动作时抽汽调门补偿动作指令，设抽汽调门最大补偿指令FMAX，分段函数F2(X)根据电网频率波动大小进行设置，在电网频率波动值小于死区设定时，抽汽调门不参与调频补偿，在电网频率波动值在±0.067Hz时，对应抽汽调频开度取为50％FMAX-70％FMAX，电网频率波动值达±0.1Hz时，对应抽汽调频开度取最大值100％FMAX，在每两个频率波动值刻度点之间，根据分段函数线性关系自动计算出实时电网频率波动值对应的抽汽调门对应开度。
所述步骤(2)中，进汽调门补偿动作值计算时，机组调频死区设为±0.02Hz-±0.033Hz，不等率设置为3％-6％，最大调频幅度为4％-10％。
所述步骤(2)中，抽汽调门一次调频补偿指令计算时，机组调频死区设为±0.02Hz-±0.033Hz，机组抽汽调门最大补偿指令为±2％-±5％。
所述步骤(3)中，当机组供热抽汽量大于机组额定供热抽汽量的量超过设定值时，送出抽汽调门一次调频补偿投入指令；当机组供热抽汽量小于机组额定供热抽汽量的量超过预定阈值时，送出抽汽调门一次调频补偿退出指令。
所述步骤(3)中，设定值为15-25％的机组额定供热抽汽量。
所述步骤(3)中，预定阈值为10-20％的机组额定供热抽汽量。
所述步骤(6)中，当机组发电负荷大于机组额定负荷的值超过设定值时，送出进汽调门一次调频补偿投入指令；当机组发电负荷小于机组额定负荷超过设定阈值时，送出进汽调门一次调频补偿退出指令。
所述步骤(6)中，设定值为15-25％的机组额定负荷值。
所述步骤(6)中，预定阈值为10-20％的机组额定负荷值。
一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制系统，包括采集电网实时运行频率的采集模块，计算模块和控制模块，当电网实时运行频率超出机组设置调频死区时，根据电网实时频率与基准频率形成的频差，计算模块分别计算出机组对应的进汽调门和抽汽调门的一次调频补偿指令，当进汽调门与抽汽调门一次调频功能都投入时，如果电网实时频率高于基准频率，控制模块发出减小进汽调门开度指令，同时增大抽汽调门开度；当电网实时频率低于电网基准频率时，控制模块发出增大进汽调门的开度指令和减小抽气调门的开度指令，完成机组一次调频补偿调节过程。
本发明的有益效果为：
(1)如果电网实时频率高于基准频率，本发明会自动计算出减小进汽调门开度指令，同时增大抽汽调门开度，快速减少汽轮机内部做功的蒸汽量，进而快速降低机组发电负荷；
(2)当电网实时频率低于电网基准频率时，本发明会自动计算出增大进汽调门的开度指令和减小抽气调门的开度指令，快速增加汽轮机内部做功的蒸汽量，快速提升机组发电负荷，完成机组一次调频补偿调节过程，稳定电网运行频率；
(3)本发明在一次调频动作，需要机组快速补偿负荷时，不再单一依靠调整汽轮机组的进汽调门，完成一次调频补偿，而是采用进汽调门与抽汽调门协调控制，同时动作，快速调整汽轮机内做功蒸汽量，达到提升机组一次调频快速补偿的目的，可以明显提升调整抽汽式汽轮机组的一次调频快速补偿能力。
附图说明
图1是DEH系统一次调频控制结构原理图；
图2是本发明的控制原理图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
调整抽汽式机组一次调频动作补偿调整时间较短(一般不超过1分钟)，而抽汽部分在一次调频动作短时间内适量改变抽汽量不会影响供汽品质，但改变机组抽汽量可以快速改变汽轮机内蒸汽做功，针对于调整抽汽式汽轮机组的上述技术特点及其在一次调频快速补偿环节上的不足，本发明提出一种协调控制汽轮机组进汽调门与抽汽调门的技术方案，在一次调频动作，需要机组快速补偿负荷时，不再单一依靠调整汽轮机组的进汽调门，完成一次调频补偿，而是采用进汽调门与抽汽调门协调控制，同时动作，快速调整汽轮机内做功蒸汽量，达到提升机组一次调频快速补偿的目的。控制原理图如图2所示。
块1：电网频率测量装置，测量出电网的实时频率，送块3。
块2：一次调频动作的电网基准频率，一般取电网基准频率50Hz，送块3.
块3：频率比较器，将块1测量的电网实时频率与块2的基准电网频率比较，计算出电网频率有效波动值，送块4和块5。
块4：机组进汽调门一次调频补偿指令F1(X)计算模块。该模块根据电网频率的实时波动值和机组不等率要求，利用分段函数F1(X)计算出机组一次调频动作时进汽调门补偿动作指令，送块7。
其中
f：电网实时运行频率
P0：机组额定负荷
δ：机组不等率，一般设为3％-6％
fΔ：机组调频死区，一般设为±0.02Hz-±0.033Hz
以额定负荷300MW机组为例，机组调频死区设为±0.033Hz，不等率设置为5％，最大调频幅度为8％，具体计算函数如表1所示。
表1机组一次调频进汽调门补偿动作指令计算表
块5：机组抽汽调门一次调频补偿指令F2(X)计算模块。该模块根据电网频率的实时波动值，利用分段函数F2(X)计算出机组一次调频动作时抽汽调门补偿动作指令，送块6。
假设抽汽调门最大补偿指令FMAX，分段函数F2(X)根据电网频率波动大小进行设置，在电网频率波动值小于死区设定时，抽汽调门不参与调频补偿，在电网频率波动值在±0.067Hz时，对应抽汽调频开度取为50％FMAX-70％FMAX，电网频率波动值达±0.1Hz时，对应抽汽调频开度取最大值100％FMAX。在每两个频率波动值刻度点之间，根据分段函数线性关系自动计算出实时电网频率波动值对应的抽汽调门对应开度。
以额定负荷300MW机组为例，机组额定抽汽量为200吨，机组调频死区设为±0.033Hz，机组抽汽调门最大补偿指令FMAX为±3％(可根据机组实际情况进行调整)，具体计算函数折线如表2所示。
表2机组一次调频抽汽调门补偿动作指令计算表
块6：机组抽汽调门一次调频投入切换块。当块9送出投入抽汽辅助一次调频指令投入时，将块5计算出的抽汽调门一次调频补偿指令与块11叠加后送块13；当块9送出退出指令时，抽汽调门一次调门补偿指令取常数0，与块11叠加后送块13。
块7：机组进汽调门投入一次调频切换块。当块8送出投入进汽调门一次调频指令投入时，将块4计算出的进汽调门一次调频补偿指令与块10叠加后送块12；当块8送出退出指令时，进汽调门一次调门补偿指令取常数0，与块10叠加后送块12。
块8：机组进汽调门一次调门补偿投入/退出指令开关。当机组发电负荷大于机组20％额定负荷(根据电网要求，该值可修改)时，送出进汽调门一次调频补偿投入指令；当机组发电负荷小于机组15％额定负荷(根据电网要求，该值可修改)时，送出进汽调门一次调频补偿退出指令。
块9：机组抽汽调门一次调门补偿投入/退出指令开关。当机组供热抽汽量大于机组20％额定供热抽汽量(根据机组实际情况，该值可修改)时，送出抽汽调门一次调频补偿投入指令；当机组供热抽汽量小于机组15％额定供热抽汽量(根据机组实际情况，该值可修改)时，送出抽汽调门一次调频补偿退出指令。
块10：机组一次调频动作前进汽调门控制指令。
块11：机组一次调频动作前抽汽调门控制指令。
块12：机组进汽控制调门。
块13：机组抽汽控制调门。
工作过程：当电网实时运行频率超出机组设置调频死区时，根据电网实时频率与基准频率形成的频差，分别计算出机组对应的进汽调门和抽汽调门的一次调频补偿指令，通常当进汽调门与抽汽调门一次调频功能都投入时，如果电网实时频率高于基准频率，系统会自动计算出减小进汽调门开度指令，同时增大抽汽调门开度，快速减少汽轮机内部做功的蒸汽量，进而快速降低机组发电负荷。与之相反，当电网实时频率低于电网基准频率时，系统会自动计算出增大进汽调门的开度指令和减小抽气调门的开度指令，快速增加汽轮机内部做功的蒸汽量，快速提升机组发电负荷，完成机组一次调频补偿调节过程，稳定电网运行频率。
为兼顾提升发电机组的经济效益与机组对外供热的社会效益，调整抽汽式汽轮机组在电网发展过程中，装机容量越来越大，而该类机组在电网频率小幅值波动时，一次调频快速补偿调节能力相对较差。本发明提出的协调控制该类机组进汽调门与抽汽调门同时参与一次调频补偿调节的技术方案，可以明显提升调整抽汽式汽轮机组的一次调频快速补偿能力。
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 (10)

1.一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，其特征是：当电网实时运行频率超出机组设置调频死区时，根据电网实时频率与基准频率形成的频差，分别计算出机组对应的进汽调门和抽汽调门的一次调频补偿指令，当进汽调门与抽汽调门一次调频功能都投入时，如果电网实时频率高于基准频率，计算出减小进汽调门的开度指令，同时增大抽汽调门的开度；当电网实时频率低于电网基准频率时，计算出增大进汽调门的开度指令和减小抽气调门的开度指令，完成机组一次调频补偿调节过程。
2.一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，其特征是：包括以下步骤：
(1)测量电网的实时频率，将其与一次调频动作的电网基准频率进行比较，计算电网频率有效波动值；
(2)根据电网频率的实时波动值和机组不等率要求，计算机组一次调频动作时进汽调门补偿动作值和机组一次调频动作时抽汽调门补偿动作值；
(3)判断是否存在投入或退出抽汽辅助一次调频动作指令，如果有投入指令，转入步骤(4)，如果有退出指令，转入步骤(5)；
(4)将机组一次调频动作前抽汽调门控制指令的动作值与机组一次调频动作时抽汽调门补偿动作值叠加后控制机组抽汽控制调门；
(5)抽汽调门一次调门补偿指令取零，机组抽汽控制调门执行机组一次调频动作前抽汽调门控制指令；
(6)判断是否存在投入或退出进汽调门一次调频指令，如果有投入指令，转入步骤(7)，如果有退出指令，转入步骤(8)；
(7)将机组一次调频动作前进汽调门控制指令的动作值与机组一次调频动作时进汽调门补偿动作值叠加后控制机组进汽控制调门；
(8)进汽调门一次调门补偿指令取零，机组进汽控制调门执行机组一次调频动作前进汽调门控制指令。
3.如权利要求2所述的一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，利用分段函数F1(X)计算出机组一次调频动作时进汽调门补偿动作指令：
其中
f：电网实时运行频率；
P0：机组额定负荷；
δ：机组不等率；
fΔ：机组调频死区。
4.如权利要求2所述的一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，利用分段函数F2(X)计算出机组一次调频动作时抽汽调门补偿动作指令，设抽汽调门最大补偿指令FMAX，分段函数F2(X)根据电网频率波动大小进行设置，在电网频率波动值小于死区设定时，抽汽调门不参与调频补偿，在电网频率波动值在±0.067Hz时，对应抽汽调频开度取为50％FMAX-70％FMAX，电网频率波动值达±0.1Hz时，对应抽汽调频开度取最大值100％FMAX，在每两个频率波动值刻度点之间，根据分段函数线性关系自动计算出实时电网频率波动值对应的抽汽调门对应开度。
5.如权利要求2所述的一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，一次调频动作的电网基准频率取电网基准频率50Hz。
6.如权利要求2所述的一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，进汽调门补偿动作值计算时，机组调频死区设为±0.02Hz-±0.033Hz，不等率设置为3％-6％，最大调频幅度为4％-10％。
7.如权利要求2所述的一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，其特征是：所述步骤(2)中，抽汽调门一次调频补偿指令计算时，机组调频死区设为±0.02Hz-±0.033Hz，机组抽汽调门最大补偿指令为±2％-±5％。
8.如权利要求2所述的一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，其特征是：所述步骤(3)中，当机组供热抽汽量大于机组额定供热抽汽量的量超过设定值时，送出抽汽调门一次调频补偿投入指令；当机组供热抽汽量小于机组额定供热抽汽量的量超过预定阈值时，送出抽汽调门一次调频补偿退出指令。
9.如权利要求2所述的一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制方法，其特征是：所述步骤(6)中，当机组发电负荷大于机组额定负荷的值超过设定值时，送出进汽调门一次调频补偿投入指令；当机组发电负荷小于机组额定负荷超过设定阈值时，送出进汽调门一次调频补偿退出指令。
10.一种提升调整抽汽式汽轮机组一次调频补偿能力的控制系统，其特征是：包括采集电网实时运行频率的采集模块，计算模块和控制模块，当电网实时运行频率超出机组设置调频死区时，根据电网实时频率与基准频率形成的频差，计算模块分别计算出机组对应的进汽调门和抽汽调门的一次调频补偿指令，当进汽调门与抽汽调门一次调频功能都投入时，如果电网实时频率高于基准频率，控制模块发出减小进汽调门开度指令，同时增大抽汽调门开度；当电网实时频率低于电网基准频率时，控制模块发出增大进汽调门的开度指令和减小抽气调门的开度指令，完成机组一次调频补偿调节过程。
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