基於主蒸汽壓力變化的火電機組負荷控制方法
2023-04-23 05:12:56 2
專利名稱：基於主蒸汽壓力變化的火電機組負荷控制方法
技術領域：
本發明涉及適應智能電網火電機組負荷控制方法，特別是一種基於主蒸汽壓力變化的火電機組負荷控制方法。
背景技術：
隨著新能源併網、負荷增長和電網規模的不斷增大，在特高壓電網和大區電網互聯的新形勢下，各級電網聯繫日漸緊密，電網和機組之間協調配合的要求也越來越高。火電機組作為調峰調頻的主要手段，對負荷的控制要求日益提高，如發電機組一次調頻功能主要是通過調節DHl系統的進汽調節門，利用鍋爐蓄熱，在電網出現異常的情況下，快速響應電網的要求，穩定電網頻率；二次調頻(又稱自動發電控制AGC)是按照電網負荷要求變化 負荷控制目標，以彌補電網負荷差距，維持電網的安全。隨著我國電力工業裝機容量的增加和用電側負荷峰谷差的增大，大型火電機組經常處於寬負荷區間運行，範圍一般在50% 100%額定負荷。隨之而來的問題是變負荷工況下機組的能耗特性和控制特性發生了顯著變化，尤其是基於機組額定工況為主條件下，設計的負荷控制系統，將不能適應未來電網調度高標準運行的要求。主要原因在於傳統的火電機組負荷控制中設置的邏輯參數為固定不變的，也就是基於額定主蒸汽壓力設計的靜態函數，但在實際運營中，機組經常面臨寬負荷區間運行工況，考慮到火電機組在運行過程的動態特性及運行參數的變化，生產過程中實際主蒸汽壓力是一個變化量值，因此不能完全按照預製的額定主蒸汽壓力曲線運行，由此變化帶來的對系統的影響是，火電機組汽輪機負荷響應幅度不夠或調節過大，難以兼顧負荷全程範圍的調峰調頻能力的技術問題。
發明內容
本發明要解決的技術問題是針對實際運行中，主蒸汽壓力變化下，如何解決負荷響應幅度不夠或調節過大，難以兼顧負荷全程範圍的調峰調頻能力的問題，因此，提供一種適應智能電網的基於主蒸汽壓力變化的火電機組負荷控制方法，它能有效改善火電機組負荷控制的性能，確保火電機組對中調負荷響應的快速性和準確性，進而確保其調峰調頻能力。為實現上述目的，本發明採用如下技術方案一種基於主蒸汽壓力變化的火電機組負荷控制方法，在CCS+DH1方式下，針對亞臨界機組，汽機主控PID根據機組給定負荷和機組實際功率值的偏差進行調節，在汽機主控PID調節中增加前饋以及汽機壓力修正迴路，所述前饋包括汽機主控比例前饋和汽機主控微分前饋。具體實現步驟如下I)將機組給定負荷通過比例環節後，作為一個純比例的汽機主控比例前饋輸入量，此比例前饋輸入量佔汽機主控輸出值的40% 70% ;由於不同廠家生產的機組的裝機容量的不同，機組給定負荷和機組實際功率值的量程會有不同，但此比例前饋輸入量佔汽機主控輸出值40% 70%的比例保持不變。
2)將機組給定負荷作為一個汽機主控微分前饋輸入量，實現方式為，機組給定負荷減去自身經機組慣性滯後環節LAG後的差值，LAG的時間常數T設在10 20s，所得差值經微分前饋值超調量的高低限模塊將超調量大小控制在汽機主控輸出的±1. 5% ;(包括兩個端值)其中機組慣性滯後環節的K值為I。3)將步驟I)和步驟2)分別經比例環節和微分環節生成的機組給定負荷動態結果做求和處理，以此提供給汽機主控PID調節環節作為前饋FF的輸入量。 4)增加一模擬量設置模塊A，進行主汽壓力修正，模擬量設置模塊A的值為汽機主控PID中原有的比例值Kp，該比例值通過與額定主汽壓力與實際主汽壓力的比值相乘，作為新的比例值Kp送入汽機主控PID中。前饋中用到的所述機組給定負荷為經負荷速率限制後且未增加一次調頻量的給定負荷值。本發明的工作原理 通常情況下，常規火電機組在自動控制發電模式(AGC)方式時，為協調控制模式(CCS)，分別對汽輪機側進行功率調節，對鍋爐側進行壓力調節，其中DHl看作為一隨動系統；本發明技術方案主要集中在汽輪機側，通常在CCS方式下汽機主控PID根據機組給定負荷和機組實際功率值的偏差進行調節，是不考慮主汽壓力高低對調節速度和精度的影響。由於存在主汽壓力變化的情況，汽輪機不能夠完全按照額定主蒸汽壓力曲線運行，由此帶來了火電機組汽輪機負荷響應幅度不夠或調節過大，難以兼顧火電機組汽輪機負荷全程範圍的調峰調頻能力的技術問題。一次調頻的原理電網的頻率是由發電功率與用電負荷大小決定的，當發電功率與用電負荷大小相等時，電網頻率穩定；發電功率大於用電負荷時，電網頻率升高；發電功率小於用電負荷時，電網頻率降低。一次調頻，是指電網的頻率(周波)一旦偏離額定值時，電網中機組的控制系統就自動地控制機組有功功率的增減，限制電網頻率變化，使電網頻率維持穩定的自動控制過程。當電網頻率升高時，一次調頻功能要求機組利用其蓄熱快速減負荷，反之，機組快速增負荷。一次調頻功能分別設置在DHl和CCS側，DEH側的一次調頻代替原液調系統的功能，但其控制的性能有了很大的提高，而且一次調頻的參數可能方便精確地設置。機組併網後，汽機轉速與電網頻率是一致，DEH中普遍使用汽機轉速信號代表電網頻率。DEH —次調頻是換算成電負荷當量的調門指令A轉速，但由於此換算存在著一定的偏差，而且是開環控制，所以DHl實際一次調頻的負荷響應和一次調頻的負荷要求是有偏差的，而且由於機組的蓄熱只能維護一段時間，所以後期負荷又回到原值。CCS側的一次調頻功能有了 DHl側的一次調頻功能，為何還要在CCS側設置一次調頻功能呢？對於CCBF方式，如沒有一次調頻功能，由DEH —次調頻動作所變化的負荷很快會被CCBF的負荷調節系統拉回，投一次調頻後，CCBF的負荷指令與DEH側同步變化，使二側調節系統對調門的變化一致。CCBF和DEH同時投入一次調頻，這種組合的一次調頻性能是最好的。CCBF單投入一次調頻功能，由於沒有DHl幫助，初期變負荷性能比同時投入慢些，但總體性能還比較好。
對於CCTF方式，如沒有一次調頻功能，由於DEH的一次調頻動作時會引起主蒸汽壓力變化，CCTF的主蒸汽壓力調節系統很快會把調門恢復到原位，也使負荷很快回到原值，CCTF方式下即使投入一次調頻功能，主蒸汽壓力調節迴路也會對一次調頻有較大抑制作用，為此要對CCTF下的一次調頻邏輯進行一些修改，使一次調頻動作時，主蒸汽壓力在允許的範圍內變化；閉鎖與一次調頻反向汽機指令變化，使機組能釋放出一部分蓄熱來滿足一次調頻的變負荷要求。CCTF和DEH同時投入一次調頻功能，這種組合的一次調頻性能比CCBF時差，而且CCTF單投一次調頻功能不能滿足一次調頻要求。以上二種CCS方式都是把一次調頻的負荷要求疊加在原負荷指令上，一方面使調門的動作與DHl側的一次調頻保持一致，另外改變鍋爐指令，使鍋爐與汽機能量上保持平衡。一次調頻的作用應該是短時間內保持用電與供電的 平衡，使電網頻繁穩定，從整體上來看，基本上用電與供電的平衡應由自動發電控制(AGC，又稱二次調頻)完成。本發明的有益效果是(I)併網機組的負荷調節性能的好壞直接影響電網頻率的穩定，通過增加前饋以及壓力修正迴路，可以保證AGC來回反覆增減負荷時，汽機主控及DHl響應的快速性，進而能夠有效確保負荷控制的快速性和準確性，維持電網頻率的穩定，為智能電網的安全穩定運行提供技術支撐。(2)通過壓力修正，對機組的一次調頻能力亦能有效提升，而頻率是電能質量的重要指標，電網的頻率的穩定能提高廣大用戶的電氣設備及電力設備的安全、有效的運行。本發明的實施，可以解決火電機組投入AGC方式時的快速響應等控制難題，能夠有效滿足電網對於機組AGC的要求，滿足調頻調峰需求。
圖I為本發明的控制邏輯圖。其中，I.微分前饋值超調量的高低限模塊。
具體實施例方式下面結合附圖與實施例對本發明做進一步說明。一種基於主蒸汽壓力變化的火電機組負荷控制方法，在CCS+DH1方式下，針對亞臨界機組，具體實現步驟如下(I)根據機組給定負荷生成一個純比例的汽機主控比例前饋，此比例前饋值可佔汽機主控輸出值的40% 70%，具體數值根據機組實際運行情況決定；(2)根據機組給定負荷生成一個汽機主控微分前饋，實現方式為機組給定負荷減去自身經慣性滯後環節(LAG)後的差值，其中機組慣性滯後環節LAG的K取I。LAG的時間常數設在10 20s，後面加以微分前饋值超調量的高低限模塊1，防止微分超調過大，大小控制在汽機主控輸出的±1.5% (含端值)，具體數值根據機組實際運行情況決定；(3)增加一模擬量設置模塊A，將汽機主控PID中原有的比例值Kp置入，然後乘以額定主汽壓力與實際主汽壓力的比值，進行壓力修正。需要注意的是前饋中用到的機組給定負荷為經負荷速率限制後且未增加一次調頻量的機組給定負荷值。
具體實施例I目前我國部分地區電網要求併網發電機組必須具備一次調頻功能，200MW及以上火電機組應具備AGC功能，一次調頻和AGC運行情況已納入日常考核。選取機組的試驗是在CCS+DH1方式下進行的，並且採用了本文提出的方案。試驗對象亞臨界機組，額定出力330MW，高中壓合缸，中間再熱雙缸雙排汽凝汽式汽輪機，機組設計的額定壓力為16. 5Mpa。此機組汽機主控輸出值為標么值(0 100%)，機組給定負荷和機組實際功率值的量程為0 330MW，試驗記錄如下(I)汽機主控比例前饋比例係數K設定為0. 15，若按機組給定負荷0 330MW標 么折算，佔汽機主控輸出值的1WX_ = 49'5%;
330
I/"(2)汽機主控微分前饋機組慣性滯後環節(LAG)公式表達為(如)=^ ,在LAG
Ls +1
中將K設置為1，T設為17s，後面防止微分前饋值超調量的高低限模塊I中高低值分別設為在 +1. 3% 和-I. 3% ；(3)壓力修正迴路模擬量設置模塊A值為汽機主控PID中原有的比例值Kp=O. 9，乘以額定主汽壓力與實際主汽壓力的比值，因為正常控制時壓力波動在0. 7Mp左右，因此，汽機主控PID中Kp實際調節範圍為0. 86 0. 94。本方案最直接的調節效果顯示如下表所示，其為電網調度下發的考核係數及補償費用表，表中I 4行為調整後係數,5 8行為調整前係數。
o* S調節逮率*2*響應時間綜合性能指調節《度 名 m(K3> 標 《p) _)
__ft_______
2012-02-26 SI I. 18112 . 9H9I 13 1.697K52 2.1)444711 HUM. 33! 15. W
2012-02-25#4!.1726I.063H11I. 7001 152. 19；W95912!.ti9WiW. 2ii
2012-02-21SiI. 182101i.C) 18104I. 6911772. 1582!8925. 13115, 79
2012-02-23S<11.2044010,9953131.6858092.0924729524.701416,56
2012-02-IH#40.0818630.89BH991.662828I. H1245734B8. 80234, 93
2012-02-17_U55H440.9409911.66H1071.7437775480. -IMS8.51
2CH2-02-15#40.95787-10.9149991.6BB1291,480157993. 1226L 38
20i2-02-14#40.9932210.9507521.6606281.6483375520.76458.27從表中可以看出，23號調整以前，調節的速率Kl最大為I. 056，而調整後連續多日均在I. 17以上；綜合性能指標Kp也有明顯提聞，均達到2. 0以上；最終使機組的調節深度大幅提高，每日補償費用提高7萬元以上，經濟效果顯著。上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式
進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。
權利要求
1.一種基於主蒸汽壓力變化的火電機組負荷控制方法，其特徵是，在CCS+DH1方式下，針對亞臨界機組，汽機主控PID根據機組給定負荷和機組實際功率值的偏差進行調節，在汽機主控PID調節中增加前饋以及汽機壓力修正迴路，所述前饋包括汽機主控比例前饋和汽機主控微分前饋，具體實現步驟如下 1)將機組給定負荷通過比例環節，作為一個純比例的汽機主控比例前饋輸入量，此比例前饋輸入量佔汽機主控輸出值的40% 70% ； 2)將機組給定負荷作為一個汽機主控微分前饋輸入量，實現方式為，機組給定負荷減去自身經機組慣性滯後環節LAG後的差值，其中，LAG的時間常數T設在10 20s，LAG中的K取1，所得差值經微分前饋值超調量的高低限模塊將超調量大小控制在汽機主控輸出的±1. 5%，包括兩個端值； 3)將步驟I)和步驟2)分別經比例環節和微分環節生成的機組給定負荷動態結果做求和處理，以此提供給汽機主控PID調節環節作為前饋FF的輸入量； 4)增加一模擬量設置模塊A，進行主汽壓力修正，模擬量設置模塊A的值為汽機主控PID中原有的比例值Kp，該比例值通過與額定主汽壓力與實際主汽壓力的比值相乘，作為新的比例值Kp送入汽機主控PID中。
2.如權利要求I所述的基於主蒸汽壓力變化的火電機組負荷控制方法，其特徵是，所述機組給定負荷為經負荷速率限制後且未增加一次調頻量的機組給定負荷值。
全文摘要
本發明公開了一種基於主蒸汽壓力變化的火電機組負荷控制方法，具體實現步驟如下1)將機組給定負荷通過比例環節，作為一個純比例的汽機主控比例前饋輸入量，2)將機組給定負荷作為一個汽機主控微分前饋輸入量，3)將步驟1)和步驟2)分別經比例環節和微分環節生成的機組給定負荷動態結果做求和處理，以此提供給汽機主控PID調節環節作為前饋FF的輸入量。本發明的有益效果，通過實施，可以解決火電機組投入AGC方式時的快速響應等控制難題，能夠有效滿足電網對於機組AGC的要求，滿足調頻調峰需求。
文檔編號F01D19/00GK102748080SQ20121022593
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者李軍 申請人:山東電力研究院