CN110716425A - 一种热电联产机组电热协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热电联产机组电热协调控制方法，该方法充分考虑电负荷需求的即时性以及热负荷的大惯性，通过锅炉、汽机以及供热抽汽流量的协调控制，实现了电热负荷的按需分配与自动控制。利用供热抽汽调节对机组发电负荷影响大而快的特性，实现了发电负荷的快速响应；构造了电热负荷总能量信号与等效供热抽汽流量信号，实现了电热负荷各自的精准控制。

Description

一种热电联产机组电热协调控制方法

技术领域

本发明属于发电机组控制领域，特别涉及一种热电联产机组电热协调控制策略。

背景技术

随着风电、太阳能发电等波动性新能源发电的快速发展，电网对传统发电过程参与调频的要求进一步提高。“三北”地区是中国新能源发电的富集区域，同时也存在着大量热电联产机组，如何克服“以热定电”对机组自动发电控制(Automatic GenerationControl，AGC)的影响、改善机组的负荷跟随能力，对于突破该区域的“弃风弃光”瓶颈、提升新能源发电渗透率具有十分重要的意义。

纯凝式发电机组一般采用机炉协调控制策略实现变负荷控制，由于机组出力与燃料量及汽机调门之间均具有较好的逻辑对应关系，其AGC控制品质相对稳定。但对于调整抽汽式汽轮机组来说，在不同的供热抽汽工况下，机组AGC控制性能指标波动较大，其控制不仅需要考虑机炉间的协调，还需要综合考虑电热的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种热电联产机组电热协调控制策略，该策略充分考虑电负荷需求的即时性以及热负荷的大惯性，通过锅炉、汽机以及供热抽汽流量的协调控制，实现了电热负荷的按需分配与自动控制。

本发明提供了一种热电联产机组电热协调控制方法，包括以下步骤：

步骤1：利用供热抽汽调节机组发电负荷，使得发电负荷的快速响应；

步骤2：构造电热负荷总能量信号与等效供热抽汽流量信号，使得电热负荷各自进行控制。

进一步地，电热协调控制的对象是一个三入三出发电机组系统，三个控制量分别为燃料量、汽轮机主蒸汽调门开度和供热抽汽流量调节阀开度；三个被控量分别为主蒸汽压力、机组发电负荷、机组供热负荷。

进一步地，通过汽轮机主蒸汽调门开度控制主蒸汽压力，其可减小蒸汽压力的波动；通过供热抽汽流量控制发电负荷，调节供热抽汽流量会改变机组发电负荷，但不影响机组主蒸汽压力，在确定的锅炉-汽轮机负荷下，发电负荷与供热负荷存在一一对应关系，从而，通过供热抽汽流量控制发电负荷可对供热负荷进行控制，实现了对电、热负荷的分配；通过燃料量控制电热负荷的总能量需求，保证机组进入稳态运行时，电热负荷所有的能量均来源于燃料量，电热负荷分别达到平衡状态。

再进一步地，由所述燃料量控制的被控变量为“电热负荷总能量信号”，

该“电热负荷总能量信号”的表达式为：

P_total＝P-km_H

其中，P为机组发电功率，k为供热抽汽流量与发电功率的微增曲线斜率，m_H为供热抽汽流量；被控变量的设定值为发电功率设定值与供热抽汽流量设定值的函数值，被控变量的实际值为实际发电功率与等效供热抽汽流量的函数值。

再进一步地，用等效供热抽汽流量

来表征供热抽汽流量，其为供热抽汽流量在一段时间内积分的平均值，反映了该段时期内发电机组所提供的有效供热负荷；等效供热抽汽流量

的表达式为：

通过等效供热抽汽流量记录下供热抽汽流量调节阀分配电、热负荷过程中导致的热负荷损失，然后进行补偿。

所述热电联产机组电热协调控制方法的工作流程包括以下步骤：

步骤(1)：当发电机组的发电负荷指令变化时，通过供热抽汽流量调节阀开度改变供热抽汽流量，实现电、热负荷的分配，通过满足电负荷需求来提升电负荷的瞬时响应速率；

步骤(2)：通过改变发电负荷设定值，影响“电热负荷总能量信号”指令，步骤(1)引起的供热抽汽流量变化也产生了“等效供热抽汽流量”，进而导致了实际“电热负荷总能量信号”的变化，由此导致的“电热负荷总能量信号”偏差用于指令燃料量，通过改变燃料量满足总的电热负荷需求；

步骤(3)：依据发电负荷的偏差情况重新调整供热抽汽流量，通过电、热负荷的再分配，使发电负荷、供热负荷分别达到指令需求。本发明的有益效果是该方法是实现了热电联产机组发电负荷与供热负荷的自动控制，同时显著提升了机组的AGC控制性能。

附图说明

图1为热电联产机组电热协调控制策略图

图2为发电负荷响应曲线

图3为供热抽汽流量变化曲线

具体实施方式

本发明提出一种热电联产机组电热协调控制策略，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

图1所示为策略示意图，控制流程可描述为：

1、汽机控制器的输入为主蒸汽压力指令与实际主蒸汽压力的偏差。

2、供热控制器的输入为发电负荷指令与实际发电负荷的偏差。

3、锅炉控制器的输入为“电热负荷总能量信号”指令与实际“电热负荷总能量信号”的偏差，“电热负荷总能量信号”由发电负荷与供热抽汽流量的函数关系决定。其中，“电热负荷总能量信号”指令为发电负荷指令与供热抽汽流量指令的函数值，实际“电热负荷总能量信号”为实际发电负荷与等效供热抽汽流量的函数值。

4、等效供热抽汽流量为控制过程时间内供热抽汽流量积分的平均值。

在上述策略中，供热控制器发挥了两个重要作用：(1)在变负荷初期为系统提供了快速响应能力，弥补了燃料量调整负荷的大迟延大惯性；(2)在变负荷末期，弥补初期的供热负荷不足，并使该段时间内的供热负荷满足总体需求。锅炉控制器在整个控制过程中，确保系统尽快满足电热负荷总的能量需求，为机组达到新的平衡状态提供能量输入。汽机控制器保证了机组在整个调节过程中主蒸汽压力的稳定，避免机组安全稳定运行。

实施例

以某300MW热电联产机组为例，其额定纯凝和额定供热工况下汽轮机进汽量均为872.6t/h，发电功率分别为300MW和235MW，额定供热抽汽流量为400t/h。

该机组供热抽汽流量与发电功率的微增曲线斜率k＝(300-235)/(0-400)＝-0.1625。

机组的初始工况为额定供热工况，对机组发电负荷指令施加+20MW的阶跃，其仿真结果如图2、3所示。由图2可以看出本发明所提策略的变负荷速率超过了额定负荷的3％/分钟，且跨出调节死区的响应时间尤其快，初期的负荷响应速率甚至超过了额定负荷的12％/分钟。由图3可以看出供热抽汽流量在发电负荷指令阶跃变化的瞬间，也发生了近乎阶跃的调整，这也是图2发电负荷初期响应如此快的原因，佐证了所提策略实现发电负荷快速调整的有效性；在控制末期，实际供热抽汽流量与等效供热抽汽流量均接近恢复至额定工况的400t/h左右，供热负荷达到额定需求。

Claims (6)

1.一种热电联产机组电热协调控制方法，包括以下步骤：

步骤1：利用供热抽汽调节机组发电负荷，使得发电负荷的快速响应；

步骤2：构造电热负荷总能量信号与等效供热抽汽流量信号，使得电热负荷各自进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种热电联产机组电热协调控制方法，其特征在于，电热协调控制的对象是一个三入三出发电机组系统，三个控制量分别为燃料量、汽轮机主蒸汽调门开度和供热抽汽流量调节阀开度；三个被控量分别为主蒸汽压力、机组发电负荷、机组供热负荷。

3.根据权利要求2所述的一种热电联产机组电热协调控制方法，其特征在于，通过汽轮机主蒸汽调门开度控制主蒸汽压力，其可减小蒸汽压力的波动；

通过供热抽汽流量控制发电负荷，调节供热抽汽流量会改变机组发电负荷，但不影响机组主蒸汽压力，在确定的锅炉-汽轮机负荷下，发电负荷与供热负荷存在一一对应关系，从而，通过供热抽汽流量控制发电负荷可对供热负荷进行控制，实现了对电、热负荷的分配；

通过燃料量控制电热负荷的总能量需求，保证机组进入稳态运行时，电热负荷所有的能量均来源于燃料量，电热负荷分别达到平衡状态。

4.根据权利要求3所述的一种热电联产机组电热协调控制方法，其特征在于，由所述燃料量控制的被控变量为“电热负荷总能量信号”，该“电热负荷总能量信号”的表达式为：

P_total＝P-km_H

其中，P为机组发电功率，k为供热抽汽流量与发电功率的微增曲线斜率，m_H为供热抽汽流量；

被控变量的设定值为发电功率设定值与供热抽汽流量设定值的函数值，被控变量的实际值为实际发电功率与等效供热抽汽流量的函数值。

5.根据权利要求3或4所述的一种热电联产机组电热协调控制方法，其特征在于，用等效供热抽汽流量

来表征供热抽汽流量，其为供热抽汽流量在一段时间内积分的平均值，反映了该段时期内发电机组所提供的有效供热负荷；等效供热抽汽流量

的表达式为：

通过等效供热抽汽流量

记录下供热抽汽流量调节阀分配电、热负荷过程中导致的热负荷损失，然后进行补偿。

6.根据权利要求5所述的一种热电联产机组电热协调控制方法，还包括以下步骤：

步骤(1)：当发电机组的发电负荷指令变化时，通过供热抽汽流量调节阀开度改变供热抽汽流量，实现电、热负荷的分配，通过满足电负荷需求来提升电负荷的瞬时响应速率；

步骤(2)：通过改变发电负荷设定值，影响“电热负荷总能量信号”指令，步骤(1)引起的供热抽汽流量变化也产生了“等效供热抽汽流量”，进而导致了实际“电热负荷总能量信号”的变化，由此导致的“电热负荷总能量信号”偏差用于指令燃料量，通过改变燃料量满足总的电热负荷需求；

步骤(3)：依据发电负荷的偏差情况重新调整供热抽汽流量，通过电、热负荷的再分配，使发电负荷、供热负荷分别达到指令需求。

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