CN112003300A - 燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法 - Google Patents

燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法，包括：确定汽轮机组的额定压力P0及实际运行压力P1；确定汽轮机组运行在协调运行方式、压力控制方式或功率控制方式；将每种运行方式的输出导入至函数并输出至控制方式选择模块中；控制方式选择模块输出经函数F1(X)输出至手自动切换模块，计算频率偏差、转速偏差，将频率差值或转速偏差输出至函数F2(X)，将函数F2(X)输出进入压力修正模块，得到修正结果FX，将修正结果FX与控制方式选择模块输出端相叠加，最终形成阀门开度指令。本发明设计合理，实现了燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的功能，可有效提高汽轮机组的储蓄能量的能力，并且能够有效防止积分饱和现象。

Description

燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法
技术领域
本发明属于汽轮机技术领域，涉及燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组控制，尤其是一种燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法。
背景技术
电网频率是由发电功率与用户负荷大小决定的，当发电功率大于用户负荷时，则电网的频率升高，反之频率降低。一次调频是发电机组通过频率的波动来产生信号源，触发负荷指令变化完成有功功率的提升或者降低，满足用户侧电量的变化，从而维持电网频率的稳定。
燃气蒸汽联合循环机组主要依靠燃气轮机增减负荷来实现一次调频功能，而其中的汽轮机组在整个燃烧发电工艺流程上属于末端工序，所以依靠燃机产生能量的变化来实现汽轮机的负荷变化，产生的效应或者效果必定有一定的延迟，所以燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组本身不具备一次调频功能，为了提高电网整体稳定性，2020年新改版的《电力系统安全稳定导则》条款规定，所有电源均应具备一次调频功能，所以实现该型式汽轮机组的一次调频功能势在必行。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、性能稳定且控制灵活的燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法，包括以下步骤：
步骤1、确定燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组的额定压力P0，并测量得到实际运行压力P1，进入下一步；
步骤2、确定汽轮机组运行在协调运行方式、压力控制方式或功率控制方式，进入下一步；
步骤3、将每种运行方式的输出导入至函数F1(X)，并将函数F1(X)输出至控制方式选择模块中，进入下一步；
步骤4、控制方式选择模块输出经函数F1(X)输出至手自动切换模块，在自动切换模块内部设置一次调频的上下限；
步骤5、根据额定频率和实际电网频率，计算频率偏差，进入下一步；
步骤6、根据额定转速和实际转速，计算转速偏差，进入下一步；
步骤7、将频率差值或转速偏差输出至函数F2(X)，进入下一步：
步骤8、将函数F2(X)输出进入压力修正模块，得到修正结果FX，进入下一步；
步骤9、将修正结果FX与控制方式选择模块输出端相叠加，最终形成阀门开度指令。
而且，所述步骤3中的函数F1(X)具体设置如下：
如果X<0，则F1(X)＝0；
如果0≤X<90，则F1(X)＝X；
如果X≥90，则F1(X)＝90；
其中,X为汽轮机阀门开度指令。
而且，所述步骤5频率偏差的计算方法为：设额定频率f0＝50Hz，实际电网频率为f，频率偏差f1＝f0-f。
而且，所述步骤6转速偏差的计算方法为：设额定转速WS0＝3000rpm，实际转速为WS，转速偏差WS1＝WS0-WS。
而且，所述步骤7中的函数F2(X)具体设置如下：
在频率偏差f1输入情况下：
如果X<-0.2，则F2(X)＝-10；
如果-0.2≤X<-0.033，则F2(X)＝59.88*(X+0.033)；
如果-0.033≤X≤0.033，则F2(X)＝0；
如果0.033≤X≤0.2，则F2(X)＝59.88*(X-0.033)；
如果X＞0.2，则F2(X)＝10；
在转速偏差WS1输入情况下：
如果X<-12，则F2(X)＝-10；
如果-12≤X<-2，则F2(X)＝X+2；
如果-2≤X≤2，则F2(X)＝0；
如果2≤X≤12，则F2(X)＝X-2；
如果X＞2，则F2(X)＝10；
其中，X为频率偏差或者转速差。
而且，所述步骤8中修正结果FX的计算方法为：FX＝k*F2(X)，其中k为修正值，k＝P0/P1。
而且，所述步骤9中阀门开度限幅为量程的8～12％。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明设计合理，实现了燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的功能，可有效提高汽轮机组的储蓄能量的能力，在发生一次调频的情况下，释放储能，该储能为工质类储存，而非电能储存，通过阀门开度的限值进行储能，发生一次调频，按照频率波动的大小进行函数转换，转化为阀门的具体开度，基本按照限幅内的开度进行转化，300MW机组一次调频限幅8％，所以开度限值按照10％进行设置，基本能够满足一次调频的需求。本发明不仅能够满足汽轮机一次调频的需要，而且在紧急状态下，可以防止主蒸汽阀门高位的卡涩。
2、本发明在并网后功率控制、压力控制等运行方式下，全负荷段具备一次调频功能。
3、本发明的三种运行方式下(协调运行、功率控制、压力控制)所有计算模块设置限制输出，能够有效防止积分饱和现象；
4、本发明的阀门开度具有最大限制，一方面防止阀门位置达到极限无法参与一次调频，另一方面防止长期高位置卡涩确保安全。
附图说明
图1是现有的燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组控制原理图；
图2是本发明的工作原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
现有的燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组控制原理，如图1所示，汽轮机组可以运行在三种控制方式下：协调运行方式、压力控制方式和功率控制方式下，通过选择模块实现三种控制方式的切换功能。压力控制方式是将协调方式给定或人工设置的压力与机前压力进行运算并经机前压力控制器连接到选择模块中；功率控制方式是将协调方式给定或人工设置的功率与机前功率进行运算并经负荷控制器连接到选择模块中；协调运行方式直接连接选择模块中。选择模块选择其中的控制方式并输出流量指令。
本发明在现有控制方式在基础上，在控制方式选择模块的三个输入端和输出端均连接函数F1(X)，将压力修正后与控制方式选择模块输出相叠加，最终形成阀门开度指令FDEM，如图2所示。
通过以上分析，本发明包括以下设计原则：
(1)通过阀门开度限值来增加机组频率正常时期的储能；
(2)在频率偏差超出死区，通过函数转换为阀门开度指令，该指令是直接叠加在阀门原指令之中；
(3)设置流量控制模块、功率控制模块、压力控制模块输出上限，保证输出至手自动切换模块之前上限已得到限制；
(4)设置手自动切换模块输出上限，即使在手动方式，操作上限与开度限值一致，保证一次调频时刻备用状态；
(5)频率偏差与阀门开度有函数关系，同时进行压力修正。
基于上述设计原则，本发明提供的一种燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法，包括以下步骤：
步骤1、确定燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组的额定压力P0和实际运行压力P1，进入下一步；
步骤2、确定汽轮机组运行在协调运行方式、压力控制方式或功率控制方式下，进入下一步；
步骤3、将每种运行方式的输出导入至函数F1(X)，按如下情况设置函数F1(X)，并将函数F1(X)输出至控制方式选择模块中，进入下一步。
在本步骤中，函数F1(X)表示如下：
如果X<0，则F1(X)＝0；
如果0≤X<90，则F1(X)＝X；
如果X≥90，则F1(X)＝90；
其中,X表示汽轮机阀门开度指令，其范围为0-100，其大小由函数F(X)左侧输入端决定。
步骤4、控制方式选择模块输出经函数F1(X)输出至手自动切换模块，在自动切换模块内部设置一次调频的上下限，上下限与函数F1(X)原理一致，进入下一步。
本发明采用手自动切换模块设置上下限功能，在运行人员手动操作情况也可参与一次调频，保留备用容量。
步骤5、设额定频率f0＝50Hz，测量实际电网频率f，计算频率偏差f1＝f0-f，进入下一步；
步骤6、设额定转速WS0＝3000rpm，测量实际转速WS，计算转速偏差WS1＝WS0-WS，进入下一步；
步骤7、将频率差值f1或转速偏差WS1输出至函数F2(X)，按如下情况设置函数F2(X)，然后进入下一步：
在频率偏差f1输入情况下：
如果X<-0.2，则F2(X)＝-10；
如果-0.2≤X<-0.033，则F2(X)＝59.88*(X+0.033)；
如果-0.033≤X≤0.033，则F2(X)＝0；
如果0.033≤X≤0.2，则F2(X)＝59.88*(X-0.033)；
如果X＞0.2，则F2(X)＝10；
在转速偏差WS1输入情况下：
如果X<-12，则F2(X)＝-10；
如果-12≤X<-2，则F2(X)＝X+2；
如果-2≤X≤2，则F2(X)＝0；
如果2≤X≤12，则F2(X)＝X-2；
如果X＞2，则F2(X)＝10
其中，F2(X)中X的含义为频率偏差或者转速差，其大小由输入端决定，范围±0.2Hz或者±14rpm。
步骤8、将函数F2(X)输出进入压力修正模块，即输出进行压力修正，修正值k，k＝P0/P1，修正结果FX为：FX＝k*F2(X)；进入下一步。
本发明采用实际运行压力修正模块，根据机组运行压力高低选择开/关门幅度，符合压力高做功能力强的原理。
步骤9、将修正结果FX与控制方式选择模块输出相叠加，最终形成阀门开度指令FDEM。
本发明将频率/转速差对应变化负荷的函数，叠加与机组限幅之后的阀门指令之上，增加一次调频可靠性。
在本步骤中，阀门开度设置限幅10(量程为0-100)，作为一次调频备用手段，机组参与一次调频的最大负荷为机组额定容量的10％左右，所以采用开度的10作为限幅具体数值，根据机组情况可略作微调，参考值范围8-12。
本发明采用阀门开度的限值，不仅是该燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组调频的手段，也是后续调频函数叠加的前提。
在上述任何步骤的任何参数变化时，则重新从步骤1重新循环一次。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法，其特征在于:包括以下步骤：
步骤1、确定燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组的额定压力P0，并测量得到实际运行压力P1，进入下一步；
步骤2、确定汽轮机组运行在协调运行方式、压力控制方式或功率控制方式，进入下一步；
步骤3、将每种运行方式的输出导入至函数F1(X)，并将函数F1(X)输出至控制方式选择模块中，进入下一步；
步骤4、控制方式选择模块输出经函数F1(X)输出至手自动切换模块，在自动切换模块内部设置一次调频的上下限；
步骤5、根据额定频率和实际电网频率，计算频率偏差，进入下一步；
步骤6、根据额定转速和实际转速，计算转速偏差，进入下一步；
步骤7、将频率差值或转速偏差输出至函数F2(X)，进入下一步：
步骤8、将函数F2(X)输出进入压力修正模块，得到修正结果FX，进入下一步；
步骤9、将修正结果FX与控制方式选择模块输出端相叠加，最终形成阀门开度指令。
2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法，其特征在于：所述步骤3中的函数F1(X)具体设置如下：
如果X<0，则F1(X)＝0；
如果0≤X<90，则F1(X)＝X；
如果X≥90，则F1(X)＝90；
其中,X为汽轮机阀门开度指令。
3.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法，其特征在于：所述步骤5频率偏差的计算方法为：设额定频率f0＝50Hz，实际电网频率为f，频率偏差f1＝f0-f。
4.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法，其特征在于：所述步骤6转速偏差的计算方法为：设额定转速WS0＝3000rpm，实际转速为WS，转速偏差WS1＝WS0-WS。
5.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法，其特征在于：所述步骤7中的函数F2(X)具体设置如下：
在频率偏差f1输入情况下：
如果X<-0.2，则F2(X)＝-10；
如果-0.2≤X<-0.033，则F2(X)＝59.88*(X+0.033)；
如果-0.033≤X≤0.033，则F2(X)＝0；
如果0.033≤X≤0.2，则F2(X)＝59.88*(X-0.033)；
如果X＞0.2，则F2(X)＝10；
在转速偏差WS1输入情况下：
如果X<-12，则F2(X)＝-10；
如果-12≤X<-2，则F2(X)＝X+2；
如果-2≤X≤2，则F2(X)＝0；
如果2≤X≤12，则F2(X)＝X-2；
如果X＞2，则F2(X)＝10；
其中，X为频率偏差或者转速差。
6.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法，其特征在于：所述步骤8中修正结果FX的计算方法为：FX＝k*F2(X)，其中k为修正值，k＝P0/P1。
7.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环型式汽轮机组参与电网一次调频的方法，其特征在于：所述步骤9中阀门开度限幅为量程的8～12％。
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