CN114400681A - 一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统 - Google Patents

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文立斌
胡弘
李俊
孙志媛
吴健旭
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Abstract

本发明涉及供热与发电及其控制分析技术领域，特别是涉及一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统。本发明可以增强火电机组参与电网一次调频功能，解决传统一次调频模式导致的汽轮机高压调门频繁动作导致的锅炉、高压调门和汽轮机本体等设备疲劳损坏事故隐患，防范汽轮机高压调门所控制的高温、高压的过热蒸汽频繁交潜波动变化导致汽轮机动叶级间效率降低的问题。

Description

一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统
技术领域
本发明涉及供热与发电及其控制分析技术领域，特别是涉及一种汽轮机抽 汽参与电网频率调节的系统。
背景技术
2008年以来全国各区域电监局相继出台了《发电厂并网运行管理实施细则》 和《并网发电厂辅助服务管理实施细则》(简称《两个细则》)，根据《两个细则》 要求火电机组的均具备一次调频功能，火电机组的并网后即投入一次调频，发 挥着电网调频主力军的作用。目前汽轮发电机组参与电网频率主要是在电网频 率与50Hz存在偏差并超过死区时，该偏差值通过数字计算转换成汽轮机阀阀位 指令，使汽轮机高压调门相应动作实现机组功率的调节，从而为电网频率稳定 在50Hz作出一份贡献。由于电网频率是围绕50Hz实时波动变化的，汽轮机高 压调门因而频繁动作，锅炉主汽压力和汽轮机通流量也跟随频繁波动变化。汽 轮机高压调门控制着高温、高压的过热蒸汽，其频繁交潜波动变化不仅会引起 锅炉、高压调门和汽轮机本体等设备疲劳损坏风险，还会降低机组设备运行效 率。为了解决汽轮发电机组参与电网调频调节过程出现的这些技术问题，本发 明提出了汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统。
发明内容
为了解决上述问题，降低汽轮发电机组参与电网调频过程中汽轮机高压调 门频繁动作引发的隐患，本发明提供了一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系 统，为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，所述汽轮机包括锅炉、高压缸、 中压缸、低压缸、除氧器、第Ⅰ低压加热器、第Ⅱ低压加热器、第Ⅲ低压加热 器、第Ⅳ低压加热器、凝汽器；所述高压缸通过高压缸排汽逆止阀、高压缸排 汽管与锅炉连接；所述锅炉通过主蒸汽管与高压缸连接；所述主蒸汽管上设置 有高压调阀；所述锅炉通过再热主蒸汽管与中压缸连接，所述再热主蒸汽管上 设置中压调阀；所述高压缸、中压缸、低压缸依次连接；所述低压缸与发电机 转子连接；所述低压缸与凝汽器连接；所述第Ⅰ低压加热器、第Ⅱ低压加热器、 第Ⅲ低压加热器、第Ⅳ低压加热器依次连接；
所述中压缸上设置中压缸排汽口；所述低压缸上分别设置第Ⅳ低压缸抽汽口、 第Ⅲ低压缸抽汽口、第Ⅱ低压缸抽汽口、第Ⅰ低压缸抽汽口；
所述中压缸排汽口通过除氧器进汽管与除氧器连通；所述除氧器进汽管上设置除氧器进汽调节阀；
所述第Ⅰ低压缸抽汽口通过第Ⅰ低压加热器进汽管与第Ⅰ低压加热器连接，所 述第Ⅰ低压加热器进汽管上设置与数据采集与控制装置电连接的第Ⅰ低压加热 器进汽调节阀；所述第Ⅰ低压加热器进汽管用于从第Ⅰ低压缸抽汽口抽出蒸汽 流入第Ⅰ低压加热器；
所述第Ⅱ低压缸抽汽口通过第Ⅱ低压加热器进汽管与第Ⅱ低压加热器连接，所述第Ⅱ低压加热器进汽管上设置与数据采集与控制装置电连接的第Ⅱ低压加热 器进汽调节阀；所述第Ⅱ低压加热器进汽管用于从第Ⅱ低压缸抽汽口抽出蒸汽 流入第Ⅱ低压加热器；
所述第Ⅲ低压缸抽汽口通过第Ⅲ低压加热器进汽管与第Ⅲ低压加热器连接，所述第Ⅲ低压加热器进汽管上设置与数据采集与控制装置电连接的第Ⅲ低压加热 器进汽调节阀；所述第Ⅲ低压加热器进汽管用于从第Ⅲ低压缸抽汽口抽出蒸汽 流入第Ⅲ低压加热器；
所述第Ⅳ低压缸抽汽口通过第Ⅳ低压加热器进汽管与第Ⅳ低压加热器连接，所述第Ⅳ低压加热器进汽管上设置与数据采集与控制装置电连接的第Ⅳ低压加热 器进汽调节阀；所述第Ⅳ低压加热器进汽管用于从第Ⅳ低压缸抽汽口抽出蒸汽 流入第Ⅳ低压加热器；
还包括数据采集与控制装置、三相电力参数测试仪、电流转换器、电压转换器； 所述电流转换器、电压转换器分别与发电机转子连接，分别用于采集发电机转 子的输出的电流和输出的电压，并将采集的电流和电压分别转换后输入至三相 电力参数测试仪；所述三相电力参数测试仪分别与电流转换器、电压转换器、 数据采集与控制装置连接，用于将电流转换器、电压转换器转换后的电流和电 压进行计算，并根据计算结果输出功率和频率信号至数据采集与控制装置；所 述数据采集与控制装置用于根据三相电力参数测试仪输出的功率和频率信号控 制除氧器进汽调节阀、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀、第Ⅱ低压加热器进汽调节 阀、第Ⅲ低压加热器进汽调节阀、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀的开度。
优选地，所述凝汽器通过凝结水泵进水母管与轴封加热器连接；所述轴封 加热器通过Ⅳ低压加热器进水凝结水母管与第Ⅳ低压加热器连接；所述第Ⅳ低 压加热器通过Ⅲ-Ⅳ低压加热器间凝结水母管与第Ⅲ低压加热器连接；所述第Ⅲ 低压加热器通过Ⅱ-Ⅲ低压加热器间凝结水母管与第Ⅱ低压加热器连接；所述第 Ⅱ低压加热器通过Ⅰ-Ⅱ低压加热器间凝结水母管与第Ⅰ低压加热器连接；所述 第Ⅰ低压加热器通过进除氧器凝结水母管与除氧器连接；所述Ⅳ低压加热器进 水凝结水母管上设置有除氧器水位调节阀，所述器水位调节阀用于调节除氧器 的水位；所述凝汽器中的凝结水依次经过轴封加热器、第Ⅳ低压加热器、第Ⅲ 低压加热器、第Ⅱ低压加热器、第Ⅰ低压加热器，最后流入的第Ⅰ低压加热器 的凝结水则通过进除氧器凝结水母管进入除氧器。
优选地，所述凝汽器与轴封加热器连接的凝结水泵进水母管上依次连接有 凝结水泵、凝结水泵出口逆止阀；所述凝结水泵用于将凝汽器中的凝结水升压 后送入轴封加热器。
优选地，所述第Ⅰ低压加热器通过第Ⅰ低压加热器疏水管与第Ⅱ低压加热 器连接；所述第Ⅱ低压加热器通过第Ⅱ低压加热器疏水管与第Ⅲ低压加热器连 接；所述第Ⅲ低压加热器通过第Ⅲ低压加热器疏水管与Ⅳ低压加热器连接；所 述第Ⅳ低压加热器通过第Ⅳ低压加热器疏水管与凝汽器；
所述第Ⅰ低压加热器进汽管内的蒸汽流入第Ⅰ低压加热器经凝结水冷凝后形成 的疏水通过第Ⅰ低压加热器疏水管流入第Ⅱ低压加热器；
所述第Ⅱ低压加热器进汽管内的蒸汽进入第Ⅱ低压加热器经凝结水冷凝后形成的疏水通过第Ⅱ低压加热器疏水管流入第Ⅲ低压加热器；
所述Ⅲ低压加热器进汽管内的蒸汽进入第Ⅲ低压加热器经凝结水冷凝后形成的疏水通过第Ⅲ低压加热器疏水管流入第Ⅳ低压加热器；
所述第Ⅳ低压加热器进汽管内的蒸汽进入第Ⅳ低压加热器经凝结水冷凝后形成的疏水通过第Ⅳ低压加热器疏水管流入凝汽器。
优选地，所述除氧器通过给水泵入口管与给水泵连接；所述给水泵依次通 过给水泵出口逆止阀、给水泵出口管与高压加热器系统连接，所述高压加热器 系统通过给水母管与锅炉连接。
优选地，所述第Ⅰ低压加热器进汽管上从第Ⅰ低压缸抽汽口至第Ⅰ低压加 热器方向上依次设置第Ⅰ低压加热器进汽逆止阀、第Ⅰ低压加热器进汽截止阀、 第Ⅰ低压加热器进汽调节阀；
所述第Ⅱ低压加热器进汽管上从第Ⅱ低压缸抽汽口至第Ⅱ低压加热器方向上依次设置第Ⅱ低压加热器进汽逆止阀、第Ⅱ低压加热器进汽截止阀、第Ⅱ低压加 热器进汽调节阀；
所述第Ⅲ低压加热器进汽管上从第Ⅲ低压缸抽汽口至第Ⅲ低压加热器方向上依次设置第Ⅲ低压加热器进汽逆止阀、第Ⅲ低压加热器进汽截止阀、第Ⅲ低压加 热器进汽调节阀；
所述第Ⅳ低压加热器进汽管上从第Ⅳ低压缸抽汽口至第Ⅳ低压加热器方向上依次设置第Ⅳ低压加热器进汽逆止阀、第Ⅳ低压加热器进汽截止阀、第Ⅳ低压加 热器进汽调节阀。
优选地，所述除氧器进汽管上从中压缸排汽口至除氧器方向上依次设置除 氧器进汽逆止阀、除氧器进汽截止阀、除氧器进汽调节阀。
优选地，所述中压缸通过中低压缸联通管与低压缸连接。
优选地，所述数据采集与控制模块包括数据采集单元、频率差值计算单元、功 率转换单元、功率差值计算单元、控制前馈单元、功率比较单元、PID控制单元、 流量指令生成单元、控制单元；
所述数据采集单元用于采集三相电力参数测试仪输出的汽轮机的功率信号和频率信号，并将采集到的频率信号输入至频率差值计算单元，以及将采集到的功 率信号输入功率差值计算单元；
所述率差值计算单元用于将数据采集单元采集到的频率信号与电网频率信号作差，得到频率差值，并将得到的频率差值输入功率转换单元；
所述功率转换单元用于将频率差值转换为功率，并将转换得到的功率输入功率差值计算单元；
所述功率差值计算单元用于将功率转换单元转换后的功率与数据采集单元采集得到的汽轮机的功率进行作差，并将作差后的功率分别输入控制前馈单元和功 率比较单元；
所述控制前馈单元用于将功率差值计算单元得到的作差后的功率进行转换为前馈功率信号，并将前馈功率信号传输至流量指令生成单元；
所述功率比较单元用于将功率差值计算单元得到的作差后的功率与发电机功率实时值进行比较，得到功率偏差信号，并将功率偏差信号输入至PID控制单元； 所述PID控制单元用于将功率比较单元得到的功率偏差信号转换为PID功率控 制信号，并将转换后的PID功率控制信号输入流量指令生成单元；
所述流量指令生成单元用于根据控制前馈单元得到的前馈功率信号和PID控制单元得到的PID功率控制信号生成流量指令信号，并将生成的流量指令信号输 入至控制单元；
所述控制单元用于根据流量指令生成单元生成的流量指令信号分别控制除氧器进汽调节阀、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀、第Ⅱ低压加热器进汽调节阀、第Ⅲ 低压加热器进汽调节阀、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀的开度。
本发明的有益效果为：本发明是在电网频率偏离50Hz后，通过控制除氧器 进汽调节阀、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀、第Ⅱ低压加热器进汽调节阀、第Ⅲ 低压加热器进汽调节阀、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀的开度，进而调整从中压 缸、低压缸抽出的蒸汽流量，从而进一步调整发电机功率，发电机功率功率的 变化使电网频率向50Hz接近，实现汽轮机抽汽参与电网频率调节功能，维护电 网频率稳定。
本发明可以增强火电机组参与电网一次调频功能，解决传统一次调频模式 导致的汽轮机高压调门频繁动作导致的锅炉、高压调门和汽轮机本体等设备疲 劳损坏事故隐患，防范汽轮机高压调门所控制的高温、高压的过热蒸汽频繁交 潜波动变化导致汽轮机动叶级间效率降低的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将 对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附 图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分 并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的系统结构示意图；
图2为数据采集与控制模块的原理示意图；
图3为本发明的控制逻辑图；
其中，除氧器进汽逆止阀1、除氧器进汽截止阀2、除氧器进汽调节阀3、 除氧器进汽管4、除氧器5、给水泵入口管6、给水泵7、给水泵出口逆止阀8、 给水泵出口管9、进除氧器凝结水母管10、第Ⅰ低压加热器进汽逆止阀11、第 Ⅰ低压加热器进汽截止阀12、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀13、第Ⅰ低压加热器 进汽管14、第Ⅰ低压加热器15、第Ⅰ低压加热器疏水管16、Ⅰ-Ⅱ低压加热器 间凝结水母管17、凝汽器18、第Ⅱ低压加热器进汽逆止阀19、第Ⅱ低压加热器 进汽截止阀20、第Ⅱ低压加热器进汽调节阀21、第Ⅱ低压加热器进汽管22、第 Ⅱ低压加热器23、第Ⅱ低压加热器疏水管24、Ⅱ-Ⅲ低压加热器间凝结水母管 25、第Ⅲ低压加热器进汽逆止阀26、第Ⅲ低压加热器进汽截止阀27、第Ⅲ低压 加热器进汽调节阀28、第Ⅲ低压加热器进汽管29、第Ⅲ低压加热器30、第Ⅲ低 压加热器疏水管31、Ⅲ-Ⅳ低压加热器间凝结水母管32、第Ⅳ低压加热器进汽 逆止阀33、第Ⅳ低压加热器进汽截止阀34、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀35、第 Ⅳ低压加热器进汽管36、第Ⅳ低压加热器37、第Ⅳ低压加热器疏水管38、Ⅳ低 压加热器进水凝结水母管39、凝结水泵进水母管40、凝结水泵41、凝结水泵出 口逆止阀42、凝结水泵出水母管43、轴封加热器44、除氧器水位调节阀45、 发电机定子46、电压转换器47、三相电力参数测试仪48、电流转换器49、发 电机转子50、低压缸51、第Ⅳ低压缸抽汽口52、第Ⅲ低压缸抽汽口53、第Ⅱ 低压缸抽汽口54、第Ⅰ低压缸抽汽口55、中低压缸联通管56、中压缸排汽口 57、中压缸58、中压调阀59、高压调阀60、高压缸61、高压缸排汽逆止阀62、 再热主蒸汽管63、主蒸汽管64、高压缸排汽管65、锅炉66、给水母管67、高 压加热器系统68、数据采集与控制模块69。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包 含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除 一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添 加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例 的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用 的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及 “该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且 包括这些组合。
如图1所示，本发明的具体实施方式提供了一种汽轮机抽汽参与电网频率 调节的系统，所述汽轮机包括锅炉66、高压缸61、中压缸58、低压缸51、除 氧器5、第Ⅰ低压加热器15、第Ⅱ低压加热器23、第Ⅲ低压加热器30、第Ⅳ低 压加热器37、凝汽器18；所述高压缸61通过高压缸排汽逆止阀62、高压缸排 汽管65与锅炉66连接；所述锅炉66通过主蒸汽管64与高压缸61连接；所述 主蒸汽管64上设置有高压调阀60；所述锅炉66通过再热主蒸汽管63与中压缸 58连接，所述再热主蒸汽管63上设置中压调阀59；所述高压缸61、中压缸58、 低压缸51依次连接；所述低压缸51与发电机转子50连接；所述低压缸51与 凝汽器18连接；所述第Ⅰ低压加热器15、第Ⅱ低压加热器23、第Ⅲ低压加热 器30、第Ⅳ低压加热器37依次连接；所述中压缸58通过中低压缸联通管56与 低压缸51连接。
所述中压缸58上设置中压缸排汽口57；所述低压缸51上分别设置第Ⅳ低压缸 抽汽口52、第Ⅲ低压缸抽汽口53、第Ⅱ低压缸抽汽口54、第Ⅰ低压缸抽汽口 55；不同抽汽口压力等级不同，每个抽汽口蒸汽均来自于对称的低压缸同一压 力等级的腔室。
所述中压缸排汽口57通过除氧器进汽管4与除氧器5连通；所述除氧器进汽管 4上设置除氧器进汽调节阀3；
所述第Ⅰ低压缸抽汽口55通过第Ⅰ低压加热器进汽管14与第Ⅰ低压加热器15 汽侧连接，所述第Ⅰ低压加热器进汽管14上设置与数据采集与控制装置69电 连接的第Ⅰ低压加热器进汽调节阀13；所述第Ⅰ低压加热器进汽管14用于从第 Ⅰ低压缸抽汽口55抽出蒸汽流入第Ⅰ低压加热器15；
所述第Ⅱ低压缸抽汽口54通过第Ⅱ低压加热器进汽管22与第Ⅱ低压加热器23 汽侧连接，所述第Ⅱ低压加热器进汽管22上设置与数据采集与控制装置69电 连接的第Ⅱ低压加热器进汽调节阀21；所述第Ⅱ低压加热器进汽管22用于从第 Ⅱ低压缸抽汽口54抽出蒸汽流入第Ⅱ低压加热器23；
所述第Ⅲ低压缸抽汽口53通过第Ⅲ低压加热器进汽管29与第Ⅲ低压加热器30 汽侧连接，所述第Ⅲ低压加热器进汽管29上设置与数据采集与控制装置69电 连接的第Ⅲ低压加热器进汽调节阀28；所述第Ⅲ低压加热器进汽管29用于从第 Ⅲ低压缸抽汽口53抽出蒸汽流入第Ⅲ低压加热器30；
所述第Ⅳ低压缸抽汽口52通过第Ⅳ低压加热器进汽管36与第Ⅳ低压加热器37 汽侧连接，所述第Ⅳ低压加热器进汽管36上设置与数据采集与控制装置69电 连接的第Ⅳ低压加热器进汽调节阀35；所述第Ⅳ低压加热器进汽管36用于从第 Ⅳ低压缸抽汽口52抽出蒸汽流入第Ⅳ低压加热器37；
还包括数据采集与控制装置69、三相电力参数测试仪48、电流转换器49、电压 转换器47；所述电流转换器49、电压转换器47分别与发电机转子50连接，分 别用于采集发电机转子50的输出的电流和输出的电压，并将采集的电流和电压 分别转换后输入至三相电力参数测试仪48；所述三相电力参数测试仪48分别与 电流转换器49、电压转换器47、数据采集与控制装置69连接，用于将电流转 换器49、电压转换器47转换后的电流和电压进行计算，并根据计算结果输出功 率和频率信号至数据采集与控制装置69；所述数据采集与控制装置69用于根据 三相电力参数测试仪48输出的功率和频率信号控制除氧器进汽调节阀3、第Ⅰ 低压加热器进汽调节阀13、第Ⅱ低压加热器进汽调节阀21、第Ⅲ低压加热器进 汽调节阀28、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀35的开度。
其中，凝汽器18通过凝结水泵进水母管40与轴封加热器44连接；所述轴 封加热器44通过Ⅳ低压加热器进水凝结水母管39与第Ⅳ低压加热器37连接； 所述第Ⅳ低压加热器37通过Ⅲ-Ⅳ低压加热器间凝结水母管32与第Ⅲ低压加热 器30连接；所述第Ⅲ低压加热器30通过Ⅱ-Ⅲ低压加热器间凝结水母管25与 第Ⅱ低压加热器23连接；所述第Ⅱ低压加热器23通过Ⅰ-Ⅱ低压加热器间凝结 水母管17与第Ⅰ低压加热器15连接；所述第Ⅰ低压加热器15通过进除氧器凝 结水母管10与除氧器5连接；所述Ⅳ低压加热器进水凝结水母管39上设置有 除氧器水位调节阀45，所述器水位调节阀45用于调节除氧器5的水位；所述凝 汽器18中的凝结水依次经过轴封加热器44、第Ⅳ低压加热器37、第Ⅲ低压加 热器30、第Ⅱ低压加热器23、第Ⅰ低压加热器15，最后流入的第Ⅰ低压加热器 15的凝结水则通过进除氧器凝结水母管10进入除氧器5。
所述凝汽器18与轴封加热器44连接的凝结水泵进水母管40上依次连接有 凝结水泵41、凝结水泵出口逆止阀42；所述凝结水泵41用于将凝汽器18中的 凝结水升压后送入轴封加热器44。
其中，所述第Ⅰ低压加热器15通过第Ⅰ低压加热器疏水管16与第Ⅱ低压 加热器23连接；所述第Ⅱ低压加热器23通过第Ⅱ低压加热器疏水管24与第Ⅲ 低压加热器30连接；所述第Ⅲ低压加热器30通过第Ⅲ低压加热器疏水管31与 Ⅳ低压加热器37连接；所述第Ⅳ低压加热器37通过第Ⅳ低压加热器疏水管38 与凝汽器18；
所述第Ⅰ低压加热器进汽管14内的蒸汽流入第Ⅰ低压加热器15经凝结水冷凝 后形成的疏水通过第Ⅰ低压加热器疏水管16流入第Ⅱ低压加热器23；
所述第Ⅱ低压加热器进汽管22内的蒸汽进入第Ⅱ低压加热器23经凝结水冷凝 后形成的疏水通过第Ⅱ低压加热器疏水管24流入第Ⅲ低压加热器30；
所述Ⅲ低压加热器进汽管29内的蒸汽进入第Ⅲ低压加热器30经凝结水冷凝后 形成的疏水通过第Ⅲ低压加热器疏水管31流入第Ⅳ低压加热器30；
所述第Ⅳ低压加热器进汽管36内的蒸汽进入第Ⅳ低压加热器37经凝结水冷凝 后形成的疏水通过第Ⅳ低压加热器疏水管38流入凝汽器18。
所述除氧器5通过给水泵入口管6与给水泵7连接；所述给水泵7依次通 过给水泵出口逆止阀8、给水泵出口管9与高压加热器系统68连接，所述高压 加热器系统68通过给水母管67与锅炉66连接。
所述第Ⅰ低压加热器进汽管14上从第Ⅰ低压缸抽汽口55至第Ⅰ低压加热 器15方向上依次设置第Ⅰ低压加热器进汽逆止阀11、第Ⅰ低压加热器进汽截止 阀12、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀13；
所述第Ⅱ低压加热器进汽管22上从第Ⅱ低压缸抽汽口54至第Ⅱ低压加热器23 方向上依次设置第Ⅱ低压加热器进汽逆止阀19、第Ⅱ低压加热器进汽截止阀20、 第Ⅱ低压加热器进汽调节阀21；
所述第Ⅲ低压加热器进汽管29上从第Ⅲ低压缸抽汽口53至第Ⅲ低压加热器30 方向上依次设置第Ⅲ低压加热器进汽逆止阀26、第Ⅲ低压加热器进汽截止阀27、 第Ⅲ低压加热器进汽调节阀28；
所述第Ⅳ低压加热器进汽管36上从第Ⅳ低压缸抽汽口52至第Ⅳ低压加热器37 方向上依次设置第Ⅳ低压加热器进汽逆止阀33、第Ⅳ低压加热器进汽截止阀34、 第Ⅳ低压加热器进汽调节阀35。
所述除氧器进汽管4上从中压缸排汽口57至除氧器5方向上依次设置除氧 器进汽逆止阀1、除氧器进汽截止阀2、除氧器进汽调节阀3。
本实施例中，除氧器进汽逆止阀1、给水泵出口逆止阀8、第Ⅰ低压加热器 进汽逆止阀11、第Ⅱ低压加热器进汽逆止阀19、第Ⅲ低压加热器进汽逆止阀26、 第Ⅳ低压加热器进汽逆止阀33、凝结水泵出口逆止阀42采用气动蝶阀。数据采 集与控制模块69采用OVATION分散控制系统；除氧器进汽调节阀3、第Ⅰ低压 加热器进汽调节阀13、第Ⅱ低压加热器进汽调节阀21、第Ⅲ低压加热器进汽调 节阀28、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀35采用液动调节阀或气动调节阀。除氧器 水位调节阀45采用电动调节阀或气动调节阀，除氧器进汽截止阀2采用波纹管 截止阀。
如图2所示，所述数据采集与控制模块69包括数据采集单元、频率差值计 算单元、功率转换单元、功率差值计算单元、控制前馈单元、功率比较单元、 PID控制单元、流量指令生成单元、控制单元；
所述数据采集单元用于采集三相电力参数测试仪48输出的汽轮机的功率信号和频率信号，并将采集到的频率信号输入至频率差值计算单元，以及将采集到的 功率信号输入功率差值计算单元；
所述率差值计算单元用于将数据采集单元采集到的频率信号与电网频率信号作差，得到频率差值，并将得到的频率差值输入功率转换单元；
所述功率转换单元用于将频率差值转换为功率，并将转换得到的功率输入功率差值计算单元；
所述功率差值计算单元用于将功率转换单元转换后的功率与数据采集单元采集得到的汽轮机的功率进行作差，并将作差后的功率分别输入控制前馈单元和功 率比较单元；
所述控制前馈单元用于将功率差值计算单元得到的作差后的功率进行转换为前馈功率信号，并将前馈功率信号传输至流量指令生成单元；
所述功率比较单元用于将功率差值计算单元得到的作差后的功率与发电机功率实时值进行比较，得到功率偏差信号，并将功率偏差信号输入至PID控制单元； 所述PID控制单元用于将功率比较单元得到的功率偏差信号转换为PID功率控 制信号，并将转换后的PID功率控制信号输入流量指令生成单元；
所述流量指令生成单元用于根据控制前馈单元得到的前馈功率信号和PID控制单元得到的PID功率控制信号生成流量指令信号，并将生成的流量指令信号输 入至控制单元；
所述控制单元用于根据流量指令生成单元生成的流量指令信号分别控制除氧器进汽调节阀3、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀13、第Ⅱ低压加热器进汽调节阀21、 第Ⅲ低压加热器进汽调节阀28、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀35的开度。
为了更好的理解本发明，下面以600MW纯凝改抽汽供热机组为案例进一步 说明，汽轮机主要设计参数如表1所示，THA工况抽汽量变化对功率影响系数如 表2所示。
表1汽轮机主要设计参数
Figure BDA0003401377900000141
表2THA工况抽汽量变化对功率影响系数
Figure BDA0003401377900000142
数据采集与控制模块69的控制逻辑图如图3所示，图3中：f为电网频率 信号，由三相电力参数测试仪46实时测试，单位为Hz；Δf为信号频差值，单 位为Hz，由式(1)确定；K0为Δf信号频差值转换为功率指令的转换系数；Ps为 机组当前功率指令，单位MW；K1为控制前馈系数，取1～3之间；PV为功率指令 信号，单位MW，CV为流量指令信号,单位1/MW；Kcq是将功率指令信号转换PV为 流量指令信号CV；f0(CV)、f1(CV)、f2(CV)、f3(CV)、f4(CV)分别为流量分配控制 曲线，确保流量指令与调节阀抽汽流量曾线性关系，分别控制除氧器进汽调节阀3、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀13、第Ⅱ低压加热器进汽调节阀21、第Ⅲ低 压加热器进汽调节阀28、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀35的开度；PE为发电机功 率实时值，由三相电力参数测试仪46实时测试；虑线方框模块为PID控制模型， Kp为比例系数，KD为微分系数，KI为积分系数。
Δf为三相电力参数测试仪(46)测试到的电网频率信号f与50Hz进行计算可得：
Δf＝f-50；(1)
K0为Δf信号频差值转换为功率指令的转换系数,由式(2)计算可得到：
K0＝额定功率/2.5＝600/2.5＝240；(2)
Kcq由式(3)计算可得到：
Kcq＝1/Pcq；(3)
式3中：
Figure BDA0003401377900000151
实施例依表2计算得：
Pcq＝45065(kW)＝45.065(MW)；
Kcq＝1/Pcq＝1/45.065＝0.022(1/MW)；
调节阀指令x在x∈[30，100]的范围内取一系统数据，通过上述方法即可获得对应每一个x对应的y0、y1、y2、y3、y4，从而获得：
除氧器进汽调节阀3控制曲线y0＝f0(x)；
第Ⅰ低压加热器进汽调节阀13控制曲线y1＝f1(x)；
第Ⅱ低压加热器进汽调节阀21控制曲线y2＝f2(x)；
第Ⅲ低压加热器进汽调节阀28控制曲线y3＝f3(x)；
第Ⅳ低压加热器进汽调节阀35控制曲线y4＝f4(x)；
控制曲线的离散数据形式如表3所示。
表3控制曲线数据
x y<sub>0</sub>＝f<sub>0</sub>(x) y<sub>1</sub>＝f<sub>1</sub>(x) y<sub>2</sub>＝f<sub>2</sub>(x) y<sub>3</sub>＝f<sub>3</sub>(x) y<sub>4</sub>＝f<sub>4</sub>(x)
30 25.5 26.3 27.9 27.8 28.2
40 42.1 41.6 41.6 41.9 40.5
50 56.6 53.2 52.2 52.6 50.2
80 85.1 81.4 81.1 81 80.7
90 93.2 91.5 90.5 90.5 90.8
95 97.7 96.7 95.7 96.1 95.9
100 100 100 100 100 100
依据控制逻辑图3进行控制过程介绍，三相电力参数测试仪46实时测试到 的电网频率信号f与50Hz进行计算得到信号频差值Δf，Δf超出死区±Δe，本 案例Δe＝0.033Hz，Δf经过转换系数K0将Δf信号频差值转换为功率指令，机组 当前功率指令Ps减去该功率指令形成新的功率令PN，第一路新的功率令PN立即 经控制前馈系数K1转换成PV，经过Kcq是将功率指令信号转换PV为流量指令信号 CV，流量指令信号CV同时分配到各流量分配控制曲线f0(CV)、f1(CV)、f2(CV)、 f3(CV)、f4(CV)分别使除氧器进汽调节阀3、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀13、第 Ⅱ低压加热器进汽调节阀21、第Ⅲ低压加热器进汽调节阀28、第Ⅳ低压加热器 进汽调节阀35动作。
除氧器进汽调节阀3、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀13、第Ⅱ低压加热器进 汽调节阀21、第Ⅲ低压加热器进汽调节阀28、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀35 动作后，第一路新的功率令PN与发电机功率实时值PE进行比较，其偏差输入PID 环节，PID环节输出与PN第一路经控制前馈系数K1转换的信号求各后形成新的PV指令，经过Kcq是将功率指令信号转换PV为流量指令信号CV，流量指令信号CV同 时分配到各流量分配控制曲线f0(CV)、f1(CV)、f2(CV)、f3(CV)、f4(CV)分别使除 氧器进汽调节阀3、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀13、第Ⅱ低压加热器进汽调节 阀21、第Ⅲ低压加热器进汽调节阀28、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀35再次动 作；直至发电机功率实时值PE与PN偏差为零。出现新的信号频差值Δf时再次重 复动作。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示 例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地 说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示 例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定 应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来 实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑 功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单 元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其 限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术 人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者 对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相 应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明 的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，所述汽轮机包括锅炉（66）、高压缸（61）、中压缸（58）、低压缸（51）、除氧器（5）、第Ⅰ低压加热器（15）、第Ⅱ低压加热器（23）、第Ⅲ低压加热器（30）、第Ⅳ低压加热器（37）、凝汽器（18）；所述高压缸（61）通过高压缸排汽逆止阀（62）、高压缸排汽管（65）与锅炉（66）连接；所述锅炉（66）通过主蒸汽管（64）与高压缸（61）连接；所述主蒸汽管（64）上设置有高压调阀（60）；所述锅炉（66）通过再热主蒸汽管（63）与中压缸（58）连接，所述再热主蒸汽管（63）上设置中压调阀（59）；所述高压缸（61）、中压缸（58）、低压缸（51）依次连接；所述低压缸（51）与发电机转子（50）连接；所述低压缸（51）与凝汽器（18）连接；所述第Ⅰ低压加热器（15）、第Ⅱ低压加热器（23）、第Ⅲ低压加热器（30）、第Ⅳ低压加热器（37）依次连接；
其特征在于：所述中压缸（58）上设置中压缸排汽口（57）；所述低压缸（51）上分别设置第Ⅳ低压缸抽汽口（52）、第Ⅲ低压缸抽汽口（53）、第Ⅱ低压缸抽汽口（54）、第Ⅰ低压缸抽汽口（55）；
所述中压缸排汽口（57）通过除氧器进汽管（4）与除氧器（5）连通；所述除氧器进汽管（4）上设置除氧器进汽调节阀（3）；
所述第Ⅰ低压缸抽汽口（55）通过第Ⅰ低压加热器进汽管（14）与第Ⅰ低压加热器（15）连接，所述第Ⅰ低压加热器进汽管（14）上设置与数据采集与控制装置（69）电连接的第Ⅰ低压加热器进汽调节阀（13）；所述第Ⅰ低压加热器进汽管（14）用于从第Ⅰ低压缸抽汽口（55）抽出蒸汽流入第Ⅰ低压加热器（15）；
所述第Ⅱ低压缸抽汽口（54）通过第Ⅱ低压加热器进汽管（22）与第Ⅱ低压加热器（23）连接，所述第Ⅱ低压加热器进汽管（22）上设置与数据采集与控制装置（69）电连接的第Ⅱ低压加热器进汽调节阀（21）；所述第Ⅱ低压加热器进汽管（22）用于从第Ⅱ低压缸抽汽口（54）抽出蒸汽流入第Ⅱ低压加热器（23）；
所述第Ⅲ低压缸抽汽口（53）通过第Ⅲ低压加热器进汽管（29）与第Ⅲ低压加热器（30）连接，所述第Ⅲ低压加热器进汽管（29）上设置与数据采集与控制装置（69）电连接的第Ⅲ低压加热器进汽调节阀（28）；所述第Ⅲ低压加热器进汽管（29）用于从第Ⅲ低压缸抽汽口（53）抽出蒸汽流入第Ⅲ低压加热器（30）；
所述第Ⅳ低压缸抽汽口（52）通过第Ⅳ低压加热器进汽管（36）与第Ⅳ低压加热器（37）连接，所述第Ⅳ低压加热器进汽管（36）上设置与数据采集与控制装置（69）电连接的第Ⅳ低压加热器进汽调节阀（35）；所述第Ⅳ低压加热器进汽管（36）用于从第Ⅳ低压缸抽汽口（52）抽出蒸汽流入第Ⅳ低压加热器（37）；
还包括数据采集与控制装置（69）、三相电力参数测试仪（48）、电流转换器（49）、电压转换器（47）；所述电流转换器（49）、电压转换器（47）分别与发电机转子（50）连接，分别用于采集发电机转子（50）的输出的电流和输出的电压，并将采集的电流和电压分别转换后输入至三相电力参数测试仪（48）；所述三相电力参数测试仪（48）分别与电流转换器（49）、电压转换器（47）、数据采集与控制装置（69）连接，用于将电流转换器（49）、电压转换器（47）转换后的电流和电压进行计算，并根据计算结果输出功率和频率信号至数据采集与控制装置（69）；所述数据采集与控制装置（69）用于根据三相电力参数测试仪（48）输出的功率和频率信号控制除氧器进汽调节阀（3）、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀（13）、第Ⅱ低压加热器进汽调节阀（21）、第Ⅲ低压加热器进汽调节阀（28）、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀（35）的开度。
2.根据权利要求1所述的一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述凝汽器（18）通过凝结水泵进水母管（40）与轴封加热器（44）连接；所述轴封加热器（44）通过Ⅳ低压加热器进水凝结水母管（39）与第Ⅳ低压加热器（37）连接；所述第Ⅳ低压加热器（37）通过Ⅲ-Ⅳ低压加热器间凝结水母管（32）与第Ⅲ低压加热器（30）连接；所述第Ⅲ低压加热器（30）通过Ⅱ-Ⅲ低压加热器间凝结水母管（25）与第Ⅱ低压加热器（23）连接；所述第Ⅱ低压加热器（23）通过Ⅰ-Ⅱ低压加热器间凝结水母管（17）与第Ⅰ低压加热器（15）连接；所述第Ⅰ低压加热器（15）通过进除氧器凝结水母管（10）与除氧器（5）连接；所述Ⅳ低压加热器进水凝结水母管（39）上设置有除氧器水位调节阀（45），所述器水位调节阀（45）用于调节除氧器（5）的水位；所述凝汽器（18）中的凝结水依次经过轴封加热器（44）、第Ⅳ低压加热器（37）、第Ⅲ低压加热器（30）、第Ⅱ低压加热器（23）、第Ⅰ低压加热器（15），最后流入的第Ⅰ低压加热器（15）的凝结水则通过进除氧器凝结水母管（10）进入除氧器（5）。
3.根据权利要求2述的一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述凝汽器（18）与轴封加热器（44）连接的凝结水泵进水母管（40）上依次连接有凝结水泵（41）、凝结水泵出口逆止阀（42）；所述凝结水泵（41）用于将凝汽器（18）中的凝结水升压后送入轴封加热器（44）。
4.据权利要求1述的一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，其特征在于：
所述第Ⅰ低压加热器（15）通过第Ⅰ低压加热器疏水管（16）与第Ⅱ低压加热器（23）连接；所述第Ⅱ低压加热器（23）通过第Ⅱ低压加热器疏水管（24）与第Ⅲ低压加热器（30）连接；所述第Ⅲ低压加热器（30）通过第Ⅲ低压加热器疏水管（31）与Ⅳ低压加热器（37）连接；所述第Ⅳ低压加热器（37）通过第Ⅳ低压加热器疏水管（38）与凝汽器（18）；
所述第Ⅰ低压加热器进汽管（14）内的蒸汽流入第Ⅰ低压加热器（15）经凝结水冷凝后形成的疏水通过第Ⅰ低压加热器疏水管（16）流入第Ⅱ低压加热器（23）；
所述第Ⅱ低压加热器进汽管（22）内的蒸汽进入第Ⅱ低压加热器（23）经凝结水冷凝后形成的疏水通过第Ⅱ低压加热器疏水管（24）流入第Ⅲ低压加热器（30）；
所述Ⅲ低压加热器进汽管（29）内的蒸汽进入第Ⅲ低压加热器（30）经凝结水冷凝后形成的疏水通过第Ⅲ低压加热器疏水管（31）流入第Ⅳ低压加热器（30）；
所述第Ⅳ低压加热器进汽管（36）内的蒸汽进入第Ⅳ低压加热器（37）经凝结水冷凝后形成的疏水通过第Ⅳ低压加热器疏水管（38）流入凝汽器（18）。
5.据权利要求1述的一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述除氧器（5）通过给水泵入口管（6）与给水泵（7）连接；所述给水泵（7）依次通过给水泵出口逆止阀（8）、给水泵出口管（9）与高压加热器系统（68）连接，所述高压加热器系统（68）通过给水母管（67）与锅炉（66）连接。
6.据权利要求1述的一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述第Ⅰ低压加热器进汽管（14）上从第Ⅰ低压缸抽汽口（55）至第Ⅰ低压加热器（15）方向上依次设置第Ⅰ低压加热器进汽逆止阀（11）、第Ⅰ低压加热器进汽截止阀（12）、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀（13）；
所述第Ⅱ低压加热器进汽管（22）上从第Ⅱ低压缸抽汽口（54）至第Ⅱ低压加热器（23）方向上依次设置第Ⅱ低压加热器进汽逆止阀（19）、第Ⅱ低压加热器进汽截止阀（20）、第Ⅱ低压加热器进汽调节阀（21）；
所述第Ⅲ低压加热器进汽管（29）上从第Ⅲ低压缸抽汽口（53）至第Ⅲ低压加热器（30）方向上依次设置第Ⅲ低压加热器进汽逆止阀（26）、第Ⅲ低压加热器进汽截止阀（27）、第Ⅲ低压加热器进汽调节阀（28）；
所述第Ⅳ低压加热器进汽管（36）上从第Ⅳ低压缸抽汽口（52）至第Ⅳ低压加热器（37）方向上依次设置第Ⅳ低压加热器进汽逆止阀（33）、第Ⅳ低压加热器进汽截止阀（34）、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀（35）。
7.据权利要求1述的一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述除氧器进汽管（4）上从中压缸排汽口（57）至除氧器（5）方向上依次设置除氧器进汽逆止阀（1）、除氧器进汽截止阀（2）、除氧器进汽调节阀（3）。
8.据权利要求1述的一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，其特征在于： 所述中压缸（58）通过中低压缸联通管（56）与低压缸（51）连接。
9.据权利要求1述的一种汽轮机抽汽参与电网频率调节的系统，其特征在于：所述数据采集与控制模块（69）包括数据采集单元、频率差值计算单元、功率转换单元、功率差值计算单元、控制前馈单元、功率比较单元、PID控制单元、流量指令生成单元、控制单元；
所述数据采集单元用于采集三相电力参数测试仪（48）输出的汽轮机的功率信号和频率信号，并将采集到的频率信号输入至频率差值计算单元，以及将采集到的功率信号输入功率差值计算单元；
所述率差值计算单元用于将数据采集单元采集到的频率信号与电网频率信号作差，得到频率差值，并将得到的频率差值输入功率转换单元；
所述功率转换单元用于将频率差值转换为功率，并将转换得到的功率输入功率差值计算单元；
所述功率差值计算单元用于将功率转换单元转换后的功率与数据采集单元采集得到的汽轮机的功率进行作差，并将作差后的功率分别输入控制前馈单元和功率比较单元；
所述控制前馈单元用于将功率差值计算单元得到的作差后的功率进行转换为前馈功率信号，并将前馈功率信号传输至流量指令生成单元；
所述功率比较单元用于将功率差值计算单元得到的作差后的功率与发电机功率实时值进行比较，得到功率偏差信号，并将功率偏差信号输入至PID控制单元；
所述PID控制单元用于将功率比较单元得到的功率偏差信号转换为PID功率控制信号，并将转换后的PID功率控制信号输入流量指令生成单元；
所述流量指令生成单元用于根据控制前馈单元得到的前馈功率信号和PID控制单元得到的PID功率控制信号生成流量指令信号，并将生成的流量指令信号输入至控制单元；
所述控制单元用于根据流量指令生成单元生成的流量指令信号分别控制除氧器进汽调节阀（3）、第Ⅰ低压加热器进汽调节阀（13）、第Ⅱ低压加热器进汽调节阀（21）、第Ⅲ低压加热器进汽调节阀（28）、第Ⅳ低压加热器进汽调节阀（35）的开度。
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