CN107623327A - 基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法及系统，采集汽轮机进汽及各类抽汽、排汽的温度、压力及流量的实时参数，查询蒸汽焓值参数表获得各参数蒸汽的焓值，计算汽轮机抽汽相对于完全做功从排汽口流出蒸汽少做的功，经过折算补偿到汽轮机的高压进汽，完成机组一次调频负荷补偿的修正。本发明实现机组一次调频指令的超前合理补偿，解决抽凝式单元发电机组在电网频率小幅值波动时其一次调频负荷补偿达不到设计要求的问题，进而提升发电机组一次调频的技术指标。

Description

基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法及系统

技术领域

本发明涉及一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法及系统。

背景技术

随着我国大型发电机组设备与控制技术的逐渐成熟，大容量的火力发电机组成为电源建设的主流，同时新能源发电、特高压、智能电网的建设也得到了快速发展，电力系统结构发生了较大的改变，电网安全稳定运行对发电机组灵活调频调峰能力要求越来越高。

一次调频技术作为电网调频一个重要技术手段，在电网调度运行的地位越来越重要。目前在缺少水利发电、燃气发电的区域电网，其一次调频主要由火力发电机组承担，尤其在新能源发电负荷集中地区，由于新能源发电调频能力的限制，火力发电机组承担的调频调峰任务更加艰巨。

火力发电机组的一次调频能力设计有明确要求，其动态响应时间与调频负荷补偿必须满足电网运行需求。但是，火力发电机组的一次调频能力受多方面因素影响，比如机组运行参数、运行方式、燃料变化、调门特性等，导致实际生产过程中机组的一次调频能力达不到设计能力，因此考虑对发电机组的一次调频能力进行有效修正，使其在实际生产过程中调频动作满足设计要求，是电网稳定运行的必然要求。

抽凝式发电机组设计为热电联产混合，即机组兼具发电与供热功能，高温高压蒸汽先进入汽轮机进行做功发电，蒸汽参数在汽轮机内逐渐降低，在不同抽汽口抽出部分未完全做功的蒸汽，对外另作它用，这部分蒸汽未对部分低压叶片级做功，从汽轮机中间抽汽口抽出，不经汽轮机排汽口流出汽轮机。因此，在计算该类型发电机组的一次调频指令时，如不考虑抽汽部分的做功问题，势必造成机组一次调频负荷补偿不能满足设计要求。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法及系统，本发明利用进入汽轮机内蒸汽焓值的变化，计算出抽汽部分对于发电做功的影响，实现机组一次调频指令的超前合理补偿，解决抽凝式单元发电机组在电网频率小幅值波动时其一次调频负荷补偿达不到设计要求的问题，进而提升发电机组一次调频的技术指标。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法，采集汽轮机进汽及各类抽汽、排汽的温度、压力及流量的实时参数，查询蒸汽焓值参数表获得各参数蒸汽的焓值，计算汽轮机抽汽相对于完全做功从排汽口流出蒸汽少做的功，经过折算补偿到汽轮机的高压进汽，完成机组一次调频负荷补偿的修正。

进一步的，通过温度变送器、压力变送器和流量变送器分别获取汽轮机进汽、抽汽及排汽的温度、压力和流量参数。

进一步的，根据获取的蒸汽温度、压力、流量参数及公知的蒸汽焓值参数表，计算汽轮机进汽总热值、汽轮机抽汽总热值和汽轮机排汽总热值。

进一步的，根据汽轮机内消耗蒸汽总热值，进行基于焓降的一次调频补偿因子的计算，各级抽汽从抽汽口到汽轮机排汽口在汽轮机腔体内少消耗热值，计算各级抽汽从抽汽口到汽轮机排汽口在汽轮机腔体内少消耗热值与汽轮机内消耗蒸汽总热值的比值为修正因子。

进一步的，对修正因子的值进行限幅，且限幅的幅值范围根据生产过程可动态调整，防止计算过程异常时，修正因子输出异常。

进一步的，设置发电机组的转速不等率、一次调频死区和一次调频最大补偿值参数，计算出发电机组不同转速偏差值对应的一次调频负荷补偿指令，利用不等率设置函数生成一次调频补偿指令。

进一步的，利用生成的一次调频补偿指令，与基准值0比较，判定一次调频负荷补偿方向，选择不同的修正系数，生成最终的修正系数，将一次调频补偿函数输出的指令乘以根据蒸汽焓降计算出的一次调频补偿修正系数，得到发电机组的实际一次调频指令，进行机组负荷补偿调节。

一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿系统，包括：

蒸汽参数采集模块，被配置为获取汽轮机进汽、抽汽及排汽的温度、压力和流量参数，传递给蒸汽热值计算模块，计算出汽轮机进汽、抽汽和排汽的蒸汽的总能量；

修正因子计算模块，被配置为进行基于焓降的一次调频补偿因子的计算，得到修正因子；

限幅模块，被配置为对修正因子的输出限幅，将限幅后的输出值与1分别输入第一累加和第二累加模块，分别计算生成一次调频补偿升负荷与降负荷方向的修正系数；

比较器模块，根据不等率设置函数模块生成的一次调频补偿指令，与基准值0比较；

汽轮机转速采集模块，通过转速测量变送器获取汽轮机的实时运行转速，送偏差计算模块，偏差计算模块中，将实际转速与转速额定值，比较计算出转速偏差值；

一次调频补偿函数计算模块，计算发电机组不同转速偏差值对应的一次调频负荷补偿指令，送一次调频指令修正模块与一次调频指令比较器模块；

一次调频指令修正模块，将一次调频补偿函数输出的指令乘以根据蒸汽焓降计算出的一次调频补偿修正系数，得到发电机组的实际一次调频指令，进行机组负荷补偿调节。

当一次调频补偿指令大于0时，即一次调频进行升负荷补偿时，比较器输出为1；当一次调频补偿指令小于0时，即一次调频进行降负荷补偿时，比较器输出为0。

一次调频补偿函数计算模块，设置发电机组的转速不等率、一次调频死区和一次调频最大补偿值参数，计算出发电机组不同转速偏差值对应的一次调频负荷补偿指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明解决抽凝式单元发电机组在电网频率小幅值波动时其一次调频负荷补偿达不到设计要求的问题，进而提升发电机组一次调频的技术指标。

2.本发明可以根据机组抽汽量的变化，动态调整机组一次调频补偿修正系数，提升抽凝式单元发电机组的一次调频能力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明汽轮机进排汽系统简图。

图2为本发明基于蒸汽焓降的机组一次调频补偿系统结构原理图。

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。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。

本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在计算该类型发电机组的一次调频指令时，不考虑抽汽部分的做功问题，造成机组一次调频负荷补偿不能满足设计要求的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于蒸汽焓降的抽凝式单元发电机组一次调频动态补偿方法及系统。

本专利的核心内容是利用进入汽轮机内蒸汽焓值的变化，计算出抽汽部分对于发电做功的影响，实现机组一次调频指令的超前合理补偿，解决抽凝式单元发电机组在电网频率小幅值波动时其一次调频负荷补偿达不到设计要求的问题，进而提升发电机组一次调频的技术指标。

抽凝式发电机组蒸汽在汽轮机内的主要流程为：从锅炉来的过热蒸汽经汽轮机进汽调门控制，进入汽轮机腔体内，开始给汽轮机提供动力做功，最后从汽轮机排汽口流出，完成整个做功过程(本系统不考虑蒸汽再热过程)。在这个过程中，抽凝式汽轮机上设有不同的抽汽口，在蒸汽完成全部做功环节前，抽出部分不同参数的蒸汽另作他用。为方便计算说明，汽轮机进、排汽系统简图如图1所示，假设该汽轮机设有n级抽汽，不考虑蒸汽再热过程。

采集汽轮机进汽及各类抽汽、排汽的温度、压力及流量等实时参数，通过查询公知的蒸汽焓值参数表获得各参数蒸汽的焓值，计算汽轮机抽汽相对于完全做功从排汽口流出蒸汽少做的功，经过折算补偿到汽轮机的高压进汽，完成机组一次调频负荷补偿的修正，其系统结构原理图如图2所示。

基于蒸汽焓降的抽凝式单元发电机组一次调频动态补偿具体过程如下：

(1)蒸汽参数采集模块，通过温度变送器、压力变送器、流量变送器获取汽轮机进汽、抽汽及排汽的温度、压力、流量参数；

(2)蒸汽热值计算模块，根据获取的蒸汽温度、压力、流量参数及公知的蒸汽焓值参数表，计算出各部分蒸汽的总能量；

汽轮机进汽总热值P_进汽：

P_进汽＝H_hp*t_hp

汽轮机抽汽总热值P_抽汽：

汽轮机排汽总热值P_排汽：

P_排汽＝H_排汽*t_排汽

其中：H_hp表示高压进汽蒸汽焓值，t_hp表示高压进汽流量；

H_m表示第m级抽汽蒸汽焓值，t_m表示第m级抽汽流量；

H_排汽表示汽轮机排汽蒸汽焓值，t_排汽表示汽轮机排汽流量。

(3)修正因子计算模块，完成基于焓降的一次调频补偿因子的计算。

汽轮机内消耗蒸汽总热值为：P_进汽—P_抽汽—P_排汽

各级抽汽从抽汽口到汽轮机排汽口在汽轮机腔体内少消耗热值(即这部分蒸汽少对汽轮机做的功)为：(为计算方便，理想认为各抽汽参数下流量对应到排汽参数下流量不变)

修正因子σ定义为各级抽汽从抽汽口到汽轮机排汽口在汽轮机腔体内少消耗热值与汽轮机内消耗蒸汽总热值的比值，即：

(4)修正因子σ限幅模块，完成对修正因子的输出限幅，根据生产过程可动态调整，通常情况下低限设为0，高限设为0.3，防止计算过程异常时，修正因子输出异常。

(5)ADD1与ADD2模块，分别计算生成一次调频补偿升负荷与降负荷方向的修正系数。

(6)一次调频指令比较器模块，根据不等率设置函数F(x)模块生成的一次调频补偿指令，与基准值0比较，当一次调频补偿指令大于0时，即一次调频进行升负荷补偿时，比较器输出为1；当一次调频补偿指令小于0时，即一次调频进行降负荷补偿时，比较器输出为0。

(7)修正系数切换T模块，根据一次调频指令比较器模块输出，判定一次调频负荷补偿方向，选择不同的修正系数，生成最终的修正系数Kp，送一次调频指令修正模块MUL；

(8)汽轮机转速采集模块，通过转速测量变送器获取汽轮机的实时运行转速，送偏差计算模块；

(9)偏差计算模块中，将实际转速与转速额定值(对于电网额定运行频率50Hz，我国汽轮机转速额定值设为3000转/分钟)比较计算出转速偏差值，

即Δn＝实际转速—3000，将转速偏差值送不等率设置函数F(x)计算模块；

(10)一次调频补偿函数F(x)计算模块中，根据《火力发电机组一次调频试验及性能验收导则》(GB/T 30370-2013)技术要求规定，设置发电机组的转速不等率，一次调频死区，一次调频最大补偿值等参数，计算出发电机组不同转速偏差值对应的一次调频负荷补偿指令，送一次调频指令修正MUL模块与一次调频指令比较器模块；

注：《火力发电机组一次调频试验及性能验收导则》(GB/T 30370-2013)技术要求规定：(a)发电机组转速不等率设为3％-6％；(b)机组一次调频死区不大于±2转/分钟；(c)机组一次调频理论补偿最大值为6％-10％额定容量；

例如某火力发电机组额定容量为300MW，机组转速不等率设为5％，调频死区为±2rpm，一次调频最大补偿值设为额定容量的8％，则其一次调频补偿函数设置为：

函数输入(Δn)	函数输出F(x)(MW)
		-150	24
-14	24
		-2	0
2	0
		14	-24
150	-24

(11)一次调频指令修正模块MUL，将一次调频补偿函数F(x)输出的指令乘以根据蒸汽焓降计算出的一次调频补偿修正系数Kp，得到发电机组的实际一次调频指令，进行机组负荷补偿调节。

目前在我国电力系统中，火力发电依然占有重要的地位，承担着电网的一次调频任务。而在火力发电机组中，抽凝式热电联产机组具有优越的性能特点，发展速度非常快，负荷容量也越来越大。但是这类机组由于设计中间抽汽供热，其调节性能相对减弱，尤其是一次调频性能受影响比较明显。因此本专利设计的基于蒸汽焓降的一次调频动态补偿方法，可以根据机组抽汽量的变化，动态调整机组一次调频补偿修正系数，提升抽凝式单元发电机组的一次调频能力。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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)

1.一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法，其特征是：采集汽轮机进汽及各类抽汽、排汽的温度、压力及流量的实时参数，查询蒸汽焓值参数表获得各参数蒸汽的焓值，计算汽轮机抽汽相对于完全做功从排汽口流出蒸汽少做的功，经过折算补偿到汽轮机的高压进汽，完成机组一次调频负荷补偿的修正。

2.如权利要求1所述的一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法，其特征是：通过温度变送器、压力变送器和流量变送器分别获取汽轮机进汽、抽汽及排汽的温度、压力和流量参数。

3.如权利要求1所述的一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法，其特征是：根据获取的蒸汽温度、压力、流量参数及公知的蒸汽焓值参数表，计算汽轮机进汽总热值、汽轮机抽汽总热值和汽轮机排汽总热值。

4.如权利要求1所述的一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法，其特征是：根据汽轮机内消耗蒸汽总热值，进行基于焓降的一次调频补偿因子的计算，各级抽汽从抽汽口到汽轮机排汽口在汽轮机腔体内少消耗热值，计算各级抽汽从抽汽口到汽轮机排汽口在汽轮机腔体内少消耗热值与汽轮机内消耗蒸汽总热值的比值为修正因子。

5.如权利要求1所述的一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法，其特征是：对修正因子的值进行限幅，且限幅的幅值范围根据生产过程可动态调整，防止计算过程异常时，修正因子输出异常。

6.如权利要求1所述的一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法，其特征是：设置发电机组的转速不等率、一次调频死区和一次调频最大补偿值参数，计算出发电机组不同转速偏差值对应的一次调频负荷补偿指令，利用不等率设置函数生成一次调频补偿指令。

7.如权利要求1所述的一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿方法，其特征是：利用生成的一次调频补偿指令，与基准值0比较，判定一次调频负荷补偿方向，选择不同的修正系数，生成最终的修正系数，将一次调频补偿函数输出的指令乘以根据蒸汽焓降计算出的一次调频补偿修正系数，得到发电机组的实际一次调频指令，进行机组负荷补偿调节。

8.一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿系统，其特征是：包括：

蒸汽参数采集模块，被配置为获取汽轮机进汽、抽汽及排汽的温度、压力和流量参数，传递给蒸汽热值计算模块，计算出汽轮机进汽、抽汽和排汽的蒸汽的总能量；

修正因子计算模块，被配置为进行基于焓降的一次调频补偿因子的计算，得到修正因子；

限幅模块，被配置为对修正因子的输出限幅，将限幅后的输出值与1分别输入第一累加和第二累加模块，分别计算生成一次调频补偿升负荷与降负荷方向的修正系数；

比较器模块，根据不等率设置函数模块生成的一次调频补偿指令，与基准值0比较；

汽轮机转速采集模块，通过转速测量变送器获取汽轮机的实时运行转速，送偏差计算模块，偏差计算模块中，将实际转速与转速额定值，比较计算出转速偏差值；

一次调频补偿函数计算模块，计算发电机组不同转速偏差值对应的一次调频负荷补偿指令，送一次调频指令修正模块与一次调频指令比较器模块；

一次调频指令修正模块，将一次调频补偿函数输出的指令乘以根据蒸汽焓降计算出的一次调频补偿修正系数，得到发电机组的实际一次调频指令，进行机组负荷补偿调节。

9.如权利要求8所述的一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿系统，其特征是：当一次调频补偿指令大于0时，即一次调频进行升负荷补偿时，比较器输出为1；当一次调频补偿指令小于0时，即一次调频进行降负荷补偿时，比较器输出为0。

10.如权利要求8所述的一种基于蒸汽焓降的发电机组一次调频动态补偿系统，其特征是：一次调频补偿函数计算模块，设置发电机组的转速不等率、一次调频死区和一次调频最大补偿值参数，计算出发电机组不同转速偏差值对应的一次调频负荷补偿指令。