CN113419459A - 一种基于储能系统的火电机组ccs-tf控制方法 - Google Patents

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赵亮
居文平
马汀山
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Abstract

本发明公开了一种基于储能系统的火电机组CCS‑TF控制方法，火电机组的负荷响应方式采用锅炉侧主控响应负荷需求，汽轮机侧追踪控制主蒸汽压力，储能系统补偿发电系统调节速率不足；当火电机组负荷需求改变时，首先改变锅炉燃烧率以改变蒸发量，待锅炉蒸发量开始改变引起汽轮机主蒸汽压力变化后，再通过汽轮机汽压调节系统调节主蒸汽压力；在此过程中升降负荷速率采用储能系统予以补偿；负荷响应主要依靠锅炉和储能系统完成，避免了传统CCS‑BF方法汽轮机为满足负荷所提前预留一定调节余量而引起的节流损失；一次调频和AGC的小幅负荷波动主要依靠储能系统调节平衡，既提高了调节响应能力，同时又减少了火电机组调节次数，减轻了运行调节工作量。

Description

一种基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法
技术领域
本发明属于火电技术领域，具体涉及一种基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法。
背景技术
火电机组在电力供应中承担着整个电网调频和调峰的任务，对电力供应起着托底保供的重要作用。因调节需求的及时性要求，火电机组需要具备快速调节能力以满足AGC和一次调频要求，否则可能对电网输配电产生严重危害。因此火电机组基本均采用汽机主控响应负荷，锅炉追踪控制主蒸汽压力的协调控制方法(CCS-BF)，这种调控方法具有响应速度快的优点，但是能耗水平偏高。随着电力供应的多元化，不稳定能源的供给日益增多，火电机组快速调节以及节能的需求进一步提升，给机组运行带来了巨大的困难。开发一种既能满足快速调节需求，又可减少机组调节波动引起的能耗损失的新方案是火电机组亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于储能系统的新的火电机组调节方法，具有提升机组负荷响应速度以满足一次调频和AGC需求，同时又可减少调节能损的新方案。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法，火电机组的负荷响应方式采用锅炉侧主控响应负荷需求，汽轮机侧追踪控制主蒸汽压力，储能系统补偿发电系统调节速率不足。
当火电机组负荷需求改变时，首先改变锅炉燃烧率以改变蒸发量，待锅炉蒸发量开始改变引起汽轮机主蒸汽压力变化后，再通过汽轮机汽压调节系统调节主蒸汽压力；在此过程中升降负荷速率采用储能系统予以补偿。
火电机组多生产的能量输入储能系统；火电机组输出能量不足，则由储能系统补给。
在锅炉侧主控负荷，汽轮机调节系统追踪控制主蒸汽压力；
当负荷需求上升，锅炉增加给煤量，蒸发量增加，主蒸汽压力同步有上涨趋势时，汽轮机调节系统根据机组滑压运行曲线的目标压力值，控制主蒸汽调节门的开度，维持主蒸汽压力达到目标值；
当负荷需求下降，锅炉减小给煤量，蒸发量减小，主蒸汽压力同步有下降趋势时，汽轮机调节系统根据机组滑压运行曲线的目标压力值，控制主蒸汽调节门的开度，维持主蒸汽压力达到目标值。
当主蒸汽压力低于设定值时，汽机主控通过DEH关小主蒸汽调节汽门开度，当主蒸汽压力高于设定值时，汽机主控通过DEH开大主蒸汽调节汽门开度，直到响应结束。
所述储能系统采用电化学储能系统。
中间温度控制点控制锅炉各处的温度，使得出水冷壁后的温度即饱和蒸汽温度不超过设定范围。
本发明所述基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法用于调峰调频火电机组，具体用于机组所有一次调频和AGC的小范围负荷响应；所述火电机组为300～1000MW级机组中的任一种。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1、CCS-TF调控方法本身调节较为缓慢，避免了机组在调节过程中为达到快速负荷响应需求必需克服热惯性而剧烈调节所引起的能耗损失。
2、负荷响应主要依靠锅炉和储能系统完成，避免了传统CCS-BF方法(汽机主控负荷，锅炉追踪控制主蒸汽压力)汽轮机为满足负荷所提前预留一定调节余量而引起的节流损失。
3、一次调频和AGC的小幅负荷波动主要依靠储能系统调节平衡，既提高了调节响应能力，同时又减少了火电机组调节次数，减轻了运行调节工作量。
附图说明
图1是一种基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法的硬件系统配置示意图；
图2是一种基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法的动作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施方式，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
遵从上述技术方案，如图1所示，构成本发明的一种基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法的硬件系统和传统火电机组的硬件基本相同，仅仅增加一套储能系统，并入发电系统中。
一种基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法的动作流程如图2所示，控制流程遵从锅炉主控(BM)满足负荷响应，汽机主控(TM)控制主蒸汽压力满足设定值，储能系统补偿调节不足，同时用于响应AGC和一次调频的短时波动需求。
对于煤电机组调节负荷曲线给定的大范围调节信号，当升(降)负荷信号送达之后，锅炉主控(BM)动作，同时按预设函数关系，控制给水(FW)、燃料(FM)、风量(AM)等参数变化，以响应升(降)负荷需求。其中中间温度控制点控制锅炉各处的温度，使得出水冷壁后的温度即饱和蒸汽温度不超过一定范围。低温过热器、低温再热器、高温过热器、高温再热器出口温度均在一定范围内；烟气含氧量校正检查烟气里的氧气浓度，从而调整风量，烟气中氧气浓度过高时，则以一定的函数关系减小风量，反之增大。由于锅炉热惯性较大，这一过程较为缓慢。在此过程中汽机主控(TM)控制主蒸汽压力达到内设压力需求，当主蒸汽压力低于设定值时，汽机主控(TM)通过DEH关小主蒸汽调节汽门开度；当主蒸汽压力高于设定值时，汽机主控(TM)通过DEH开大主蒸汽调节汽门开度，直到响应结束。
储能调节系统用于补偿CCS-TF方法调节速度慢的问题，同时用于机组所有一次调频和AGC的小范围负荷响应。CCS-TF方法调节速度慢，储能系统具有快速负荷响应的优点。机组生产负荷高于调节需求负荷时，将多余能量补充进储能系统；反之，由储能系统向生产系统输出能量，以提高生产负荷。同时机组所有一次调频和AGC的小范围负荷波动也由储能系统响应。
应用案例1：
1、案例应用背景：以某660MW超超临界节流调节火电机组为例(660MW-主蒸汽压力25MPa/主蒸汽温度600℃/再热蒸汽温度600℃)，正常调节方式为CCS-BF方法(汽机主控负荷，锅炉追踪控制主蒸汽压力)，在机组600MW负荷时，主蒸汽综合阀位36％，汽轮机热耗7500.9kJ/kWh，折合发电煤耗272.1g/kWh。
2、基于本发明所述方案改动：将调节方法改为CCS-TF方法(锅炉主控负荷，汽机追踪控制主蒸汽压力)，依靠储能系统补偿系统调节能力的不足，同时响应一次调频和AGC的小范围负荷波动。主蒸汽综合阀位50％，汽轮机热耗7478.1kJ/kWh，折合发电煤耗271.3g/kWh。
4、采用本方案后的改进作用：
(1)调节响应速度大幅提升，原来因调节能力不足而引起的电网电节处罚全部取消。
(2)发电煤耗降低了0.8g/kWh，为电厂带来节煤收益190万元/年，年减少CO2排放6178吨。
应用案例2：
某660MW机组为上海汽轮机厂采用西门子技术生产制造的N660-25/600/600型超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、双背压、纯凝汽式汽轮机。铭牌出力(TRL)为680.0MW，设计最大连续出力(TMCR)为686.613MW，采用海水直流冷却方式，设计海水温度为18℃。根据2015年统计数据，夏季在不开补汽阀的条件下，机组最大功率能达到656MW左右。该机组现采用锅炉协调控制CCS-BF进行调节，这种调控方法具有响应速度快的优点，但是能耗水平偏高。随着电力供应的多元化，不稳定能源的供给日益增多，火电机组快速调节以及节能的需求进一步提升，给机组运行带来了巨大的困难。
现对该机组实施一种基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法，将机组的调节方式改为汽机跟随协调控制CCS-TF，由锅炉主控负荷，汽机追踪控制主蒸汽压力，同时增设储能系统，其中储能系统的容量为17.82GJ，CCS-TF方法调节速度慢，储能系统具有快速负荷响应的优点，通过储能系统与火电机组的CCS-TF协同调节，依靠储能系统补偿汽轮机组系统调节能力的不足，同时响应一次调频和AGC的小范围负荷波动。
一种基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法的控制方式：
1、当机组生产负荷高于调节需求负荷时，将多余能量补充进储能系统。当储能系统的最大容量不能满足调度的调节需要时，通过机组的汽轮协调控制CCS-TF进行减负荷调节，此时锅炉主控(BM)动作，同时按预设函数关系控制给水(FW)、燃料(FM)、风量(AM)等参数变化，以响应降负荷需求。其中中间温度控制点控制锅炉各处的温度，使得出水冷壁后的温度即饱和蒸汽温度不超过设定范围。低温过热器、低温再热器、高温过热器、高温再热器出口温度均在设定范围内；烟气含氧量校正检查烟气里的氧气浓度，从而调整风量，烟气中氧气浓度过高时，则以设定的函数关系减小风量，反之增大风量。在此过程中汽机主控(TM)控制主蒸汽压力达到内设压力需求，当主蒸汽压力低于设定值时，汽机主控(TM)通过DEH关小主蒸汽调节汽门开度；当主蒸汽压力高于设定值时，汽机主控(TM)通过DEH开大主蒸汽调节汽门开度，直到响应结束。
2、当机组生产负荷低于调节需求负荷时，由储能系统向生产系统输出能量，以提高生产负荷。当储能系统的最大出力不能满足调度的调节需要时，通过机组的汽轮协调控制CCS-TF进行增负荷调节，此时锅炉主控(BM)动作，同时按预设函数关系控制给水(FW)、燃料(FM)、风量(AM)等参数变化，以响应增负荷需求。其中中间温度控制点控制锅炉各处的温度，使得出水冷壁后的温度即饱和蒸汽温度不超过设定范围。低温过热器、低温再热器、高温过热器、高温再热器出口温度均在设定范围内；烟气含氧量校正检查烟气里的氧气浓度，从而调整风量，烟气中氧气浓度过高时，则以设定的函数关系减小风量，反之增大风量。在此过程中汽机主控(TM)控制主蒸汽压力达到内设压力需求，当主蒸汽压力低于设定值时，汽机主控(TM)通过DEH关小主蒸汽调节汽门开度；当主蒸汽压力高于设定值时，汽机主控(TM)通过DEH开大主蒸汽调节汽门开度，直到响应结束。

Claims (8)

1.一种基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法，其特征在于，火电机组的负荷响应方式采用锅炉侧主控响应负荷需求，汽轮机侧追踪控制主蒸汽压力，储能系统补偿发电系统调节速率不足。
2.根据权利要求1所述的基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法，其特征在于，当火电机组负荷需求改变时，首先改变锅炉燃烧率以改变蒸发量，待锅炉蒸发量开始改变引起汽轮机主蒸汽压力变化后，再通过汽轮机汽压调节系统调节主蒸汽压力；在此过程中升降负荷速率采用储能系统予以补偿。
3.根据权利要求1所述的基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法，其特征在于，火电机组多生产的能量输入储能系统；火电机组输出能量不足，则由储能系统补给。
4.根据权利要求1所述的基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法，其特征在于，在锅炉侧主控负荷，汽轮机调节系统追踪控制主蒸汽压力；
当负荷需求上升，锅炉增加给煤量，蒸发量增加，主蒸汽压力同步有上涨趋势时，汽轮机调节系统根据机组滑压运行曲线的目标压力值，控制主蒸汽调节门的开度，维持主蒸汽压力达到目标值；
当负荷需求下降，锅炉减小给煤量，蒸发量减小，主蒸汽压力同步有下降趋势时，汽轮机调节系统根据机组滑压运行曲线的目标压力值，控制主蒸汽调节门的开度，维持主蒸汽压力达到目标值。
5.根据权利要求4所述的基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法，其特征在于，当主蒸汽压力低于设定值时，汽机主控通过DEH关小主蒸汽调节汽门开度，当主蒸汽压力高于设定值时，汽机主控通过DEH开大主蒸汽调节汽门开度，直到响应结束。
6.根据权利要求1所述的基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法，其特征在于，所述储能系统采用电化学储能系统。
7.根据权利要求1所述的基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法，其特征在于，中间温度控制点控制锅炉各处的温度，使得出水冷壁后的温度即饱和蒸汽温度不超过设定范围。
8.权利要求1-7所述基于储能系统的火电机组CCS-TF控制方法的应用，其特征在于，所述控制方法用于调峰调频火电机组，具体用于机组所有一次调频和AGC的小范围负荷响应；所述火电机组为300～1000MW级机组中的任一种。
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