CN114961887A - 带补汽阀汽轮机的一次调频方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种带补汽阀汽轮机的一次调频方法，汽轮机组在中低负荷阶段运行时，机组正常运行过程和一次调频过程中补汽阀均保持关闭状态；汽轮机组在高负荷阶段运行时，机组正常运行过程中补汽阀保持关闭状态，一次调频过程中，在增大高压调阀的开度的同时开启补汽阀，使补汽阀参与一次调频。通过补汽阀同时参与调节，提高了一次调频的响应速度，避免了高压调阀在阀门开度后段流量小、响应慢的问题，满足了一次调频快速响应的需求。

Description

带补汽阀汽轮机的一次调频方法

技术领域

本发明涉及汽轮机技术领域，尤其涉及一种带补汽阀汽轮机的一次调频方法。

背景技术

电网的频率稳定对电网的安全至关重要，并网的发电机组均配有调节系统，如系统负荷发生变化，则每台发电机组的调节系统都将反应系统频率的变化，自动地调节进汽阀门的开度，改变机组出力，使有功功率重新达到平衡，这就是一次调频的作用，机组一次调频响应速度和幅度是电网频率稳定的关键。

对于全周进汽的汽轮机组，主汽门后设高压调阀，将主蒸汽引入高压缸，为了减少机组的节流损失，提高经济性，阀门开度越大越好，如全开阀门节流损失最小，机组效率最高。但是由于阀门全开，机组将无法参与一次调频。为此，机组配置补汽阀，从主汽门后引一路蒸汽，通过补汽阀将蒸汽送入高压缸的某一级。

根据目前的一次调频控制逻辑，补汽阀是在高压调阀逐渐全开后才参与一次调频，存在调频响应速度慢、调节精度不够好的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带补汽阀汽轮机的一次调频方法，能够提高一次调频的响应速度，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种带补汽阀汽轮机的一次调频方法，汽轮机组在中低负荷阶段运行时，机组正常运行过程和一次调频过程中补汽阀均保持关闭状态；汽轮机组在高负荷阶段运行时，机组正常运行过程中补汽阀保持关闭状态，一次调频过程中，在增大高压调阀的开度的同时开启补汽阀，使补汽阀参与一次调频。

优选地，一次调频过程中，转速偏差与额定转速的比值通过一次调频函数转换成功率变量，以功率变量乘以转速偏差前馈系数作为一次调频前馈流量，一次调频前馈流量作用于高压调阀和补汽阀；以功率变量除以转速不等率作为调频负荷设定量。

优选地，转速偏差前馈系数根据当前主汽压力进行补偿，补偿计算公式为：补偿后的转速偏差前馈系数＝当前转速偏差前馈系数×额定压力/当前主汽压力。

优选地，根据一次调频需要调节的频差大小划分有频差依次增大的低频差区间、中等频差区间和大频差区间；低频差区间内的一次调频由高压调阀响应，且高压调阀接收的调频流量指令为根据调频负荷设定量生成的常规调频流量；中等频差区间和大频差区间内的一次调频均由高压调阀和补汽阀响应，且高压调阀接收的调频流量指令为常规调频流量与一部分一次调频前馈流量之和，补汽阀接收的调频流量指令为另一部分一次调频前馈流量；在大频差区间内的一次调频中，减小作用于高压调阀的一分部一次调频前馈流量、增大作用于补汽阀的另一部分一次调频前馈流量。

优选地，机组正常运行过程中允许补汽阀开启的情况下，采用的流量分配为0-80％的进汽流量指令对应于0-100％的高压调阀开度指令，78％-100％的进汽流量指令对应于补汽阀开度指令；机组正常运行过程中不允许补汽阀开启的情况下，切换流量分配为0-100％的进汽流量指令对应于0-100％的高压调阀开度指令。

优选地，补汽阀参与一次调频时，设置补汽阀阀限，补汽阀的开度不超过补汽阀阀限。

与现有技术相比，本发明具有显著的进步：

本发明的带补汽阀汽轮机的一次调频方法，在高负荷阶段发生一次调频时，通过补汽阀同时参与调节，避免了高压调阀在阀门开度后段流量小、响应慢的问题，满足了一次调频快速响应的需求。

本发明的带补汽阀汽轮机的一次调频方法，在计算调频增量时，考虑了注汽压力补偿，解决了低参数运行时调频增量偏小的问题。

附图说明

图1是典型的阀门流量-行程曲线图。

图2是本发明实施例带补汽阀汽轮机的一次调频方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本领域技术人员公知的，汽轮机机组运行中的阀门开度和根据计算确定的汽轮机进汽流量相关，通常，在机组正常运行过程中允许补汽阀开启的情况下，0-80％的进汽流量指令对应于0-100％的高压调阀开度指令，78％-100％的流量指令对应于补汽阀开度指令，即，进汽流量指令达到80％时，高压调阀全开，进汽流量指令接近或超过80％时，补汽阀开启。阀门开度与通过的流量为非线性关系，典型的阀门流量-行程曲线如图1所示，一般50％的阀门行程就可以通过超过90％的流量，而后面50％-100％的阀门行程的流量不到10％，阀门流量-行程曲线在50％的阀门行程处或50％的阀门行程附近存在拐点，称为阀门流量拐点。

本发明中，将汽轮机组的运行划分为中低负荷阶段和高负荷阶段，中低负荷阶段和高负荷阶段的划分根据汽轮机组实际运行时高压调阀在阀门流量拐点处的负荷值作为划分边界来定义：机组实际负荷低于该负荷值时，为中低负荷阶段；机组实际负荷高于该负荷值时，为高负荷阶段。以一个实际运行的汽轮机组为例，运行时高压调阀在阀门流量拐点处的负荷值约为750MW，则机组实际负荷在0-750MW之间的运行阶段为中低负荷阶段，机组实际负荷大于750MW的运行阶段为高负荷阶段。

根据现有技术中的一次调频控制逻辑，补汽阀是在高压调阀全开后才参与一次调频，当在高负荷阶段发生一次调频时，高压调阀从阀门流量拐点对应的阀门行程按常规调节响应速度逐渐增加阀门行程至全开，该过程中产生的高压调阀流量增量缓慢且很小，负荷变化也小，调频响应很慢，且调节精度不够好。

本发明提出一种带补汽阀汽轮机的一次调频方法，通过调整高压调阀和补汽阀的调节方式来提高一次调频的响应速度和调节精度。

如图2所示，为本发明带补汽阀汽轮机的一次调频方法的一种实施例。

本实施例的带补汽阀汽轮机的一次调频方法为：汽轮机组在中低负荷阶段运行时，机组正常运行过程和一次调频过程中补汽阀均保持关闭状态；汽轮机组在高负荷阶段运行时，机组正常运行过程中补汽阀保持关闭状态，一次调频过程中，在增大高压调阀的开度的同时开启补汽阀，使补汽阀参与一次调频，以提高一次调频的响应速度。

具体地，在中低负荷阶段，高压调阀的开度距离阀门流量拐点有较宽的余量，足够满足机组正常运行过程的负荷调节量及一次调频过程的负荷调节量，因此无需补汽阀参与调节机组负荷及一次调频，此时，切除机组正常运行过程的补气阀负荷流量指令，并对补汽阀阀限强置0％，同时补汽阀也不接收一次调频指令，使得补汽阀在机组正常运行过程和一次调频过程中均保持关闭状态。

在高负荷阶段，高压调阀的开度接近或达到阀门流量拐点，高压调阀尚未全开，但向上开启可调节的流量已非常小，此时，仍切除机组正常运行过程的补气阀负荷流量指令，补汽阀不参与机组正常运行过程的负荷调节；当发生一次调频时，增大高压调阀的开度增发调频负荷，并同时开启补汽阀增加负荷，以满足一次调频需求。提高补汽阀提前同时参与一次调频，有效增加了调频响应速度，避免了高压调门在阀门开度后段流量小、响应慢的问题，满足了一次调频快速响应的需求。优选地，补汽阀参与一次调频时，可以设置补汽阀阀限，补汽阀的开度不超过补汽阀阀限。补汽阀阀限的大小可以根据实际机组情况进行设计，如设为20％或30％等。

本实施例中，参见图2，优选地，在一次调频过程中，转速偏差与额定转速的比值通过一次调频函数σN转换成功率变量，其中，转速偏差为一次调频需要达到的转速设定值NSV减去当前的实际转速NT，额定转速为设定值(如3000r/min)，一次调频函数σN为已知的转速-功率函数，功率变量即为一次调频需要增加或减少的功率量。在调频允许的最大范围内，以功率变量乘以转速偏差前馈系数KDN作为一次调频前馈流量，一次调频前馈流量作用于高压调阀和补汽阀，使高压调阀和补汽阀快速响应一次调频需求。以功率变量除以转速不等率作为调频负荷设定量，转速不等率为设定值(如5％)，调频负荷设定量即为一次调频需要的负荷变化量，调频负荷设定量在调频允许的最大范围内。

主汽压力(主蒸汽压力)和功率接近正比关系，在主汽压力较低时，同样的流量变化引起的负荷变化较小，不能满足一次调频变化量的要求，即存在低参数运行时调频增量偏小的问题，为解决这一问题，本实施例在计算调频增量时，考虑了注汽压力补偿，具体为，转速偏差前馈系数KDN根据当前主汽压力进行补偿，补偿计算公式为：补偿后的转速偏差前馈系数＝当前转速偏差前馈系数×额定压力/当前主汽压力，额定压力为设定值。由此，一次调频前馈流量考虑主蒸汽参数，使得实际的调频负荷量能够达到一次调频需求，满足低参数下的一次调频负荷量。

根据一次调频需要调节的频差大小划分有低频差区间、中等频差区间和大频差区间，低频差区间、中等频差区间和大频差区间的频差依次增大，且低频差区间内的一次调频不需要补汽阀参与，中等频差区间和大频差区间内的一次调频需要补汽阀参与。低频差区间、中等频差区间和大频差区间的划分可以根据不同区域的电网实际情况做出调整和设定，例如，低频差区间为2r/min-2.8r/min、中等频差区间为2.8r/min-3.5r/min，大频差区间为3.5r/min-11r/min。

本实施例中，参见图2，低频差区间内的一次调频由高压调阀响应，且高压调阀接收的调频流量指令为根据调频负荷设定量(功率变量除以转速不等率)生成的常规调频流量。中等频差区间和大频差区间内的一次调频均由高压调阀和补汽阀响应，且高压调阀接收的调频流量指令为根据调频负荷设定量生成的常规调频流量与一部分一次调频前馈流量之和，一部分一次调频前馈流量为一次调频前馈流量(功率变量乘以转速偏差前馈系数KDN)乘以比例系数f(σN)，补汽阀接收的调频流量指令为另一部分一次调频前馈流量，另一部分一次调频前馈流量为一次调频前馈流量乘以(1-f(σN))。在大频差区间内的一次调频中，通过调节比例系数f(σN)，减小作用于高压调阀的一分部一次调频前馈流量、增大作用于补汽阀的另一部分一次调频前馈流量，以更好地响应大频差调频。比例系数f(σN)为设定值，比例系数f(σN)的设定和调节可以在机组运行过程中通过一次调频效果进行实时调试调整。由此，在一次调频模式投入后，可以允许补汽阀快速参与一次调频，且补汽阀接收独立的补汽阀流量指令，高压调阀根据一次调频需要调节的频差大小接收变参数调频流量指令，使得调频响应速度更快、调节精度更好。

根据汽轮机组实际运行，存在补汽阀退出控制的情况，即在机组正常运行过程中不允许补汽阀开启。本实施例中，在机组正常运行过程中允许补汽阀开启的情况下，采用的流量分配为0-80％的进汽流量指令YRO对应于0-100％的高压调阀开度指令，78％-100％的进汽流量指令YRO对应于补汽阀开度指令，即，进汽流量指令YRO达到80％时，高压调阀全开，进汽流量指令YRO接近或超过80％时，补汽阀开启。在机组正常运行过程中不允许补汽阀开启的情况下，即补汽阀退出控制时，切换流量分配为0-100％的进汽流量指令YRO对应于0-100％的高压调阀开度指令，即进汽流量指令YRO达到100％时，高压调阀全开，补汽阀不开启；当一次调频指令给到补汽阀时，补汽阀可以响应一次调频指令而开启，参与一次调频。在机组正常运行过程中不允许补汽阀开启的情况下切换流量分配，使0-100％的进汽流量指令YRO对应于0-100％的高压调阀开度指令，可避免负荷控制器积分饱和作用，提高在高流量的工况下高压调阀的响应速度，更快地满足一次调频需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种带补汽阀汽轮机的一次调频方法，其特征在于，汽轮机组在中低负荷阶段运行时，机组正常运行过程和一次调频过程中补汽阀均保持关闭状态；汽轮机组在高负荷阶段运行时，机组正常运行过程中所述补汽阀保持关闭状态，一次调频过程中，在增大高压调阀的开度的同时开启所述补汽阀，使所述补汽阀参与一次调频。

2.根据权利要求1所述的带补汽阀汽轮机的一次调频方法，其特征在于，一次调频过程中，转速偏差与额定转速的比值通过一次调频函数转换成功率变量，以所述功率变量乘以转速偏差前馈系数作为一次调频前馈流量，所述一次调频前馈流量作用于所述高压调阀和所述补汽阀；以所述功率变量除以转速不等率作为调频负荷设定量。

3.根据权利要求2所述的带补汽阀汽轮机的一次调频方法，其特征在于，所述转速偏差前馈系数根据当前主汽压力进行补偿，补偿计算公式为：补偿后的转速偏差前馈系数＝当前转速偏差前馈系数×额定压力/当前主汽压力。

4.根据权利要求2所述的带补汽阀汽轮机的一次调频方法，其特征在于，根据一次调频需要调节的频差大小划分有频差依次增大的低频差区间、中等频差区间和大频差区间；所述低频差区间内的一次调频由所述高压调阀响应，且所述高压调阀接收的调频流量指令为根据所述调频负荷设定量生成的常规调频流量；所述中等频差区间和所述大频差区间内的一次调频均由所述高压调阀和所述补汽阀响应，且所述高压调阀接收的调频流量指令为所述常规调频流量与一部分所述一次调频前馈流量之和，所述补汽阀接收的调频流量指令为另一部分所述一次调频前馈流量；在所述大频差区间内的一次调频中，减小作用于所述高压调阀的一分部所述一次调频前馈流量、增大作用于所述补汽阀的另一部分所述一次调频前馈流量。

5.根据权利要求1所述的带补汽阀汽轮机的一次调频方法，其特征在于，机组正常运行过程中允许补汽阀开启的情况下，采用的流量分配为0-80％的进汽流量指令对应于0-100％的高压调阀开度指令，78％-100％的进汽流量指令对应于补汽阀开度指令；机组正常运行过程中不允许补汽阀开启的情况下，切换流量分配为0-100％的进汽流量指令对应于0-100％的高压调阀开度指令。

6.根据权利要求1所述的带补汽阀汽轮机的一次调频方法，其特征在于，所述补汽阀参与一次调频时，设置补汽阀阀限，所述补汽阀的开度不超过所述补汽阀阀限。

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