CN107035539B - 单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法 - Google Patents
单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107035539B CN107035539B CN201510461962.1A CN201510461962A CN107035539B CN 107035539 B CN107035539 B CN 107035539B CN 201510461962 A CN201510461962 A CN 201510461962A CN 107035539 B CN107035539 B CN 107035539B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- load
- value
- frequency modulation
- primary frequency
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
Landscapes
- Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
Abstract
本发明涉及电厂自动化控制领域，尤其涉及一种发电机组一次调频方法。一种单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法，首先实时采集电网频差并转换为负荷响应要求值根据限制条件判定得到实际负荷值；然后将实际负荷响应值与实际负荷数据叠加修正后转化为全程静叶角度的调整值，实现对燃料流量的调节以改变机组的负荷；当满足以下两种条件中的一种时，完成本次一次调频的操作；1)燃气轮机排气温度达到燃气轮机排气温度上限值同时空气压缩机入口导叶角度值达到最大开度；2)全程静叶角度根据调整值调整完毕。本发明针对高炉煤气的特性，利用修正后的负荷差值对全程静叶的角度进行调节，满足了电网对该机组的一次调频的负荷响应的要求。
Description
技术领域
本发明涉及电厂自动化控制领域，尤其涉及一种发电机组一次调频方法。
背景技术
电力系统运行的重要任务之一是对电网频率进行监视和控制，电网频率是评价电能质量的重要指标，频率超过允许范围会影响电力系统、发电机组和用户的安全及经济效益，更严重的波动会造成对电网的严重冲击甚至使电网崩溃，发电机组的一次调频功能对维持电网频率的稳定至关重要。
电网一次调频是通过发电机组调速系统自身对电网的频率变化进行自动控制，通过改变机组的负荷来适应电网频率的波动，从而达到电网发电与用电负荷之间的平衡，使电网频率稳定在50Hz附近的允许范围内。国内大中型常规的火电机组基本都具备一次调频功能，而特殊类型的机组如燃气轮机联合循环机组等由于过去单机容量小、在电网所占的比例小、受到燃料的限制、以及燃机核心控制方法被国外厂家技术封锁等原因，极少具备一次调频功能。随着电网安全重要性的日益凸现，以及国家对环保的要求逐渐提高，近年来燃气轮机联合循环机组的装机容量不断增加，在电网中所占比例也越来越高，燃气轮机联合循环机组是否能快速地响应电网频率的变化并安全参与电网一次调频变得日益重要。
对于单烧低热值高炉煤气的单轴联合循环机组，机组的主燃料为低热值高炉煤气，燃烧不容易稳定，为确保稳定燃烧，通过设计专门结构的燃烧室，及配置高、低压煤气压缩机来提高进入燃烧室的高炉煤气压力等方式来满足燃料稳定燃烧的要求。单轴的设计使同一轴上布置了汽轮机、发电机、高压煤气压缩机、低压煤气压缩机以及燃气轮机、空气压缩机等设备，其中高、低压煤气压缩机在提供机组所需压力的主燃料的同时，又消耗相当大的功率，这使得机组设备的组成及控制功能极为复杂，该类型机组原不具备一次调频功能，无法满足电网的基本调频需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法，该方法针对单烧低热值高炉煤气的单轴联合循环机组存在的主燃料高炉煤气热值偏低，燃烧不易稳定的特性，利用修正后的负荷差值对燃气压缩机的全程静叶的角度进行调节，以实现一次调频负荷响应的需求，满足了电网对该机组的一次调频的负荷响应的要求。
申请人发现，和常规的火电机组汽机侧一次调频快速响应配合锅炉侧一次调频共同完成负荷增、减不同，联合循环机组的燃烧室燃烧生成的高温气体进入燃气轮机做功，燃气轮机的排气进入余热锅炉，加热给水形成高温高压蒸汽进入汽机做功，在发生电网频率扰动时，由于汽机的负荷时间常数远大于燃气轮机的负荷时间常数，汽机基本上处于调门全开的滑压运行方式，只能在发生一次调频扰动后逐渐跟随，因此，一次调频的负荷响应功能主要由燃气轮机系统来完成。
单烧低热值高炉煤气的单轴联合循环机组主要通过调节机组的燃料流量来改变负荷，机组的主控制系统由通过最小值选择的多个控制回路组成，包括转速控制、燃机系统负荷控制和燃气轮机排气温度控制等回路。机组正常运行发电时，燃机系统负荷控制回路指令低选起作用，通过低压煤气压缩机的全程静叶调节主燃料高炉煤气的流量以调节机组负荷，由燃烧室前的煤气调节阀精确调节进入燃烧室的高炉煤气压力，通过空气压缩机的入口导叶调节燃气轮机的排气温度。当夏季环境温度较高时，一旦发生燃气轮机排气温度高保护动作，排气温度调节器控制指令低选起作用，会限制机组增加负荷，不利于机组一次调频能力的实现。
基于上述设备特性及负荷控制原理，本发明是这样实现的：一种单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法，设定空气压缩机入口导叶的最大开度、燃气轮机排气温度上限值和负荷设定值后，包括以下步骤：
S1：实时采集电网频率与标准频率的差值，该差值即为电网频差，将电网频差转换为负荷响应要求值；
S2：将负荷响应要求值与最大响应负荷进行比较，当负荷响应要求值小于等于最大响应负荷时，实际负荷响应值等于负荷响应要求值；当负荷响应要求值大于最大响应负荷时，实际负荷响应值等于最大响应负荷；
S3：将实际负荷响应值与负荷设定值进行叠加得到机组实际负荷要求值，根据机组实际负荷要求值与实际负荷值的差值经燃机负荷调节器计算得到全程静叶角度的调整值，根据全程静叶角度的调整值对全程静叶角度进行调节，实现对燃料流量的调节以改变机组的负荷；
备注：负荷调节器是PI调节器，一次调频的负荷响应需求值叠加在负荷设定值上，与实际负荷形成偏差，通过PI调节器计算输出全程静叶的角度。
S4：当满足以下两种条件中的一种时，完成本次一次调频的操作；
1)燃气轮机排气温度达到燃气轮机排气温度上限值同时空气压缩机入口导叶角度值达到最大开度；
2)全程静叶角度根据调整值调整完毕。
该一次调频方法还包括根据环境温度设定空气压缩机入口导叶最大开度的步骤，本单轴联合循环机组中燃烧室所用的助燃空气由空气压缩机供应。
所述根据环境温度设定空气压缩机入口导叶最大开度的具体参数为；
当环境温度大于26℃时，入口导叶最大开度设定为-30°；
当环境温度小于24℃时，入口导叶最大开度设定为-33°；
当环境温度为24℃~26℃时，入口导叶最大开度设定为-33°+ (A-24℃)×1.5°/℃，A为环境温度，℃。
所述步骤S2中实际负荷响应值的输出变化率由速率限制器限制。
所述步骤S2与步骤S3之间还包括对实际负荷响应值进修正的步骤，通过对机组进行热态试验获取函数转换的参数对实际负荷响应值进行修正，以避免负荷调整时对机组影响太大，影响机组的安全性。
本发明单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法针对单烧低热值高炉煤气的单轴联合循环机组存在的主燃料高炉煤气热值偏低，燃烧不易稳定的特性，利用修正后的负荷差值对燃气压缩机的全程静叶的角度进行调节，以实现一次调频负荷响应的需求；另外，为了能够提高在夏季环境温度偏高的情况下机组一次调频的能力，通过增大空气压缩机入口导叶最大开度的方式，提高入口导叶的调节能力，适度增加空气进气量来降低燃气轮机排气温度。经过多次扰动实验有效解决了机组对一次调频的响应能力，使负荷快速响应，且响应变化均能够持续3分钟以上，满足了电网对该机组的一次调频的负荷响应幅度及持续时间的要求。
附图说明
图1为应用本发明方法进行控制的单轴联合循环机组的系统运行原理框图；
图2为本发明单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法；
图3为本发明本实施例中对空气压缩机入口导叶的最大开度进行设定的参数图。
图中：1燃气压缩机、2燃烧室、3燃气轮机、4汽轮机、5空气压缩机、6发电机、7全程静叶、8入口导叶。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，为本发明应用的单轴联合循环机组的系统运行原理框图，高炉煤气经过除尘后经过多级燃气压缩机1压缩后送入到燃烧室2内燃烧后再由燃气轮机3做功，燃气轮机3的高温排气送到余热锅炉加热给水生成蒸汽后进入汽轮机4做功，燃烧室2所用的助燃空气由空气压缩机5供应，通过调节燃气压缩机1的全程静叶7的角度实现燃气流量的调节；通过调节空气压缩机5的入口导叶8的角度实现对助燃空气量的调节；当燃气压缩机1为多级时，调节燃气量通常利用第一级燃气压缩机的全程静叶进行调节；
如图2所示，一种单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法，设定空气压缩机入口导叶的最大开度、燃气轮机排气温度上限值和负荷设定值后，包括以下步骤：
S1：实时采集电网频率与标准频率的差值，该差值即为电网频差，将电网频差转换为负荷响应要求值；根据上海电网并网发电机组一次调频的参数设置要求，根据上海市给予的标准转换函数将电网频差转换为对单台机组一次调频的负荷响应要求，即当电网频率波动范围超过50.0Hz+0.033Hz时，机组按照4%的不等率进行响应，本实施例中的机组装机容量为150MW，最大响应负荷不超过+6MW；采用分散控制系统DCS的输入端通过实时采集电网频率、机组实际负荷信号、燃气轮机排气温度信号，并通过控制燃气压缩机的全程静叶角度、空气压缩机入口导叶的角度，使机组快速响应以满足电网一次调频的负荷需求；
S2：将负荷响应要求值与最大响应负荷进行比较，当负荷响应要求值小于等于最大响应负荷时，实际负荷响应值等于负荷响应要求值；当负荷响应要求值大于最大响应负荷时，实际负荷响应值等于最大响应负荷；
然后通过对机组进行热态试验获取函数转换的参数，用该参数对实际负荷响应值进行修正，以避免负荷调整时对机组影响太大，影响机组的安全性；
另外，在本发明中，所述实际负荷响应值的输出变化率由速率限制器限制，以避免机组负荷变化过于剧烈，影响安全性，即要保证及时响应电网频差负荷要求，又不能对机组有太大影响；
S3：将实际负荷响应值与负荷设定值进行叠加得到机组实际负荷要求值，根据机组实际负荷要求值与实际负荷值的差值经燃机负荷调节器计算得到全程静叶角度的调整值，根据全程静叶角度的调整值对全程静叶角度进行调节，实现对燃料流量的调节以改变机组的负荷；
S4：当满足以下两种条件中的一种时，完成本次一次调频的操作；
1)燃气轮机排气温度达到燃气轮机排气温度上限值同时空气压缩机入口导叶角度值达到最大开度；
2)全程静叶角度根据调整值调整完毕。
在本发明中，该一次调频方法还包括根据环境温度设定空气压缩机入口导叶最大开度的步骤，本单轴联合循环机组中燃烧室所用的助燃空气由空气压缩机供应。当大气环境温度较高，尤其是夏季时，燃气轮机排气温度易达到上限值，此时因为安全控制的因素，无法再增加机组的负荷，因此也限制了机组一次调频的负荷响应能力；因此本发明通过增加进入燃烧室的助燃空气量，达到降低燃气轮机排气温度，以提高一次调频负荷响应能力的目的；在本实施例中，如图3所示，原入口导叶最大开度为-33°，现在根据环境温度设定空气压缩机入口导叶最大开度的具体参数为；
当环境温度大于26℃时，入口导叶最大开度设定为-30°；
当环境温度小于24℃时，入口导叶最大开度设定为-33°；
当环境温度为24℃~26℃时，入口导叶最大开度设定为-33°+ (A-24℃)×1.5°/℃，A为环境温度值，℃。
实施例1
DCS分散控制系统的输入端检测到电网频率为49.927Hz，机组处于稳定运行状态,机组负荷设定值和机组实际负荷值都为100MW，全程静叶角度为60.74°，首先计算得到负荷响应要求值为+3MW，小于+6MW，因此实际负荷响应值等于3MW，燃机负荷调节器的输出增加燃气压缩机的全程静叶角度的指令，使全程静叶的角度从60.74°开至61.4°，对应的全程静叶角度实际调整值为0.66°。机组负荷在30秒内增加2.5MW，最高增加3.1MW。
备注：燃机负荷调节器是PI调节器，PI调节器是对输入的负荷设定值和负荷实际值间的偏差进行调节，负荷调节器前的减法器就是用于计算负荷设定值和负荷实际值的偏差，其中负荷设定值包括了原负荷设定值和一次调频负荷响应需求值两部分。一次调频的负荷响应要求值是根据上海市给予的频差经函数转换生成。
实施例2
DCS分散控制系统的输入端检测到电网频率为50.073Hz，全程静叶的角度为62°，首先计算得到负荷响应要求值为-3MW，幅值小于6MW，因此实际负荷响应值等于-3MW，燃机负荷调节器的输出减小燃气压缩机的全程静叶角度的指令，使全程静叶的角度从62°关小至60.5°，对应的全程静叶角度实际调整值为1.5°。机组负荷在30秒内减小2.6MW，最高减少3MW。
实施例3
DCS分散控制系统的输入端检测到电网频率为49.887Hz，全程静叶的角度为72.2°，首先计算得到负荷响应要求值为+6MW，幅值等于6MW，因此实际负荷响应值等于+6MW，燃机负荷调节器的输出增加燃气压缩机的全程静叶角度的指令，使全程静叶的角度从72.2°开至74.8°，对应的全程静叶角度实际调整值为2.6°。机组负荷在30秒内增加4.2MW，最高增加6.3MW。
Claims (5)
1.一种单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法，其特征是，设定空气压缩机入口导叶的最大开度、燃气轮机排气温度上限值和负荷设定值后，包括以下步骤：
S1：实时采集电网频率与标准频率的差值，该差值即为电网频差，将电网频差转换为负荷响应要求值；
S2：将负荷响应要求值与最大响应负荷进行比较，当负荷响应要求值小于等于最大响应负荷时，实际负荷响应值等于负荷响应要求值；当负荷响应要求值大于最大响应负荷时，实际负荷响应值等于最大响应负荷；
S3：将实际负荷响应值与负荷设定值进行叠加得到机组实际负荷要求值，根据机组实际负荷要求值与实际负荷值的差值对燃气压缩机的全程静叶角度进行调节，实现对燃料流量的调节；
S4：当满足以下两种条件中的一种时，完成本次一次调频的操作；
1)燃气轮机排气温度达到燃气轮机排气温度上限值同时空气压缩机入口导叶角度值达到最大开度；
2) 全程静叶角度根据调整值调整完毕。
2.如权利要求1所述的单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法，其特征是：该一次调频方法还包括根据环境温度设定空气压缩机入口导叶最大开度的步骤，本单轴联合循环机组中燃烧室所用的助燃空气由空气压缩机供应。
3.如权利要求2所述的单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法，其特征是：所述根据环境温度设定空气压缩机入口导叶最大开度的具体参数为；
当环境温度大于26℃时，入口导叶最大开度设定为-30°；
当环境温度小于24℃时，入口导叶最大开度设定为-33°；
当环境温度为24℃~26℃时，入口导叶最大开度设定为-33°+ (A-24℃)×1.5°/℃，A为环境温度值，℃。
4.如权利要求1~3中任意一权利要求所述的单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法，其特征是：所述步骤S2中实际负荷响应值的输出变化率由速率限制器限制。
5.如权利要求1~3中任意一权利要求所述的单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法，其特征是：所述步骤S2与步骤S3之间还包括对实际负荷响应值进修正的步骤，通过对机组进行热态试验获取函数转换的参数对实际负荷响应值进行修正。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510461962.1A CN107035539B (zh) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | 单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510461962.1A CN107035539B (zh) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | 单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107035539A CN107035539A (zh) | 2017-08-11 |
| CN107035539B true CN107035539B (zh) | 2019-03-29 |
Family
ID=59532320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510461962.1A Active CN107035539B (zh) | 2015-07-31 | 2015-07-31 | 单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107035539B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114088409B (zh) * | 2021-11-23 | 2024-03-08 | 上海电气燃气轮机有限公司 | 一种燃气-蒸汽联合循环单轴机组部分负荷性能试验方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101170256A (zh) * | 2006-10-25 | 2008-04-30 | 宝山钢铁股份有限公司 | 局域电网中发电机组的快速切回保护方法 |
| CN201218519Y (zh) * | 2008-04-28 | 2009-04-08 | 宝山钢铁股份有限公司 | 煤、气混烧锅炉再热减温辅助调节装置 |
| CN101788155A (zh) * | 2010-01-22 | 2010-07-28 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 煤质自适应的火电机组协调与自动发电控制方法 |
| CN103513640A (zh) * | 2013-10-11 | 2014-01-15 | 国家电网公司 | 一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法及系统 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102012204218A1 (de) * | 2012-03-16 | 2013-09-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Leistungsregelung und/oder Frequenzregelung bei einem solarthermischen Dampfkraftwerk |
-
2015
- 2015-07-31 CN CN201510461962.1A patent/CN107035539B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101170256A (zh) * | 2006-10-25 | 2008-04-30 | 宝山钢铁股份有限公司 | 局域电网中发电机组的快速切回保护方法 |
| CN201218519Y (zh) * | 2008-04-28 | 2009-04-08 | 宝山钢铁股份有限公司 | 煤、气混烧锅炉再热减温辅助调节装置 |
| CN101788155A (zh) * | 2010-01-22 | 2010-07-28 | 云南电力试验研究院(集团)有限公司 | 煤质自适应的火电机组协调与自动发电控制方法 |
| CN103513640A (zh) * | 2013-10-11 | 2014-01-15 | 国家电网公司 | 一种燃煤机组自动发电控制系统整体优化方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107035539A (zh) | 2017-08-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20110210555A1 (en) | Gas turbine driven electric power system with constant output through a full range of ambient conditions | |
| CN104160131B (zh) | 构造为调整电力输出的燃气涡轮机发动机 | |
| CN104390234B (zh) | 带双进双出磨煤机的超超临界发电机组协调控制方法 | |
| CN110531719B (zh) | 一种火电机组协调控制调峰调频系统、设备和方法 | |
| CN104847427B (zh) | 二拖一重型燃气‑蒸汽联合循环机组agc控制方法 | |
| CN102787870B (zh) | 一种提高供热机组一次调频能力的方法 | |
| CN108683200B (zh) | 一种压缩空气储能参与电网一次调频的方法 | |
| CN101788155A (zh) | 煤质自适应的火电机组协调与自动发电控制方法 | |
| Lalor et al. | Frequency control on an island power system with increasing proportions of combined cycle gas turbines | |
| US10626755B2 (en) | Systems and methods for turbine system operation in low ambient temperatures | |
| CN105804809A (zh) | 一种提升机组agc和一次调频品质的装置及方法 | |
| CN102953775A (zh) | 基于燃气-蒸汽联合热电联供机组的自动发电控制系统 | |
| CN106410860A (zh) | 多燃料混烧直流炉发电机组一次调频方法 | |
| CN109378833A (zh) | 一种通过控制汽轮机抽汽量实现机组快速调频的方法 | |
| CN110445194A (zh) | 一种基于水、火电不同比例一次调频能力优化方法 | |
| CN107035539B (zh) | 单烧低热值高炉煤气单轴联合循环机组一次调频方法 | |
| CN110529836B (zh) | 一种锅炉富氧燃烧结合机组协调控制的调峰调频系统和方法 | |
| CN110716425B (zh) | 一种热电联产机组电热协调控制方法 | |
| CN108196452B (zh) | 一种基于热平衡的供热机组最优初压运行控制系统及方法 | |
| CN107218087B (zh) | 一种在汽轮发电机组上的调频控制方法 | |
| US10731568B2 (en) | Systems and methods for reducing airflow imbalances in turbines | |
| US20180187574A1 (en) | Method to diagnose power plant degradation using efficiency models | |
| DiCampli et al. | Grid stability: Gas turbines for primary reserve | |
| CN208073572U (zh) | 一种基于调频旁路的电网调频系统 | |
| CN109931581B (zh) | 一种锅炉富氧燃烧结合辅助调峰调频设备的系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |