专利名称：一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法
技术领域：
本发明涉及热力发电技术领域，更具体的涉及一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法。
背景技术：
为了提高热力发电机组的一次调频能力与协调控制水平，目前，电厂普遍在改进机组的控制方式，尤其是对于以上汽-西门子合作生产的1000MW汽轮机为代表的超(超) 临界汽轮机机组，由于其使用高压调节汽门全开、全程滑压的运行方式，锅炉蓄能无法快速转化为发电负荷，严重降低了机组的调频能力。为此，寻求一种新的调频方法是当务之急， 正是在这种情况下，凝结水节流调频技术逐渐受到重视。凝结水节流调频实质上是通过迅速改变通过低压加热器的凝结水流量，来瞬时改变汽轮机组相应加热器的抽汽量，从而快速改变机组发电负荷的过程。凝结水节流调频的负荷特性主要是指在凝结水流量突然改变后，机组功率改变量随时间的变化关系，两个方面最为关键，一是机组所能改变的最大功率值，即凝结水节流调频潜力，二是负荷响应速度。凝结水节流所能转化的发电负荷与机组本身结构特点与参数有关，一般理论分析认为其极限值为额定负荷下切除低压加热器与除氧器抽汽、使其返回汽轮机内做功，机组所能获得的功率增加值，但实际试验结果表明，凝结水节流实际能够获得的机组功率的改变量会明显偏离理论值。准确掌握凝结水节流调频负荷特性，既有助于项目决策，也有助于机组调频控制精度的提闻。因此，如何准确掌握凝结水节流调频负荷特性，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通过该方法能够准确地掌握凝结水流调频负荷特性。本发明提供的一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，包括步骤数据采集，在机组负荷指令值保持不变、凝结水流量变化速度指令值保持不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各预设时间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；多次改变机组工况条件，即改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值，每次改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值后，在保持该机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各所述预设时间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；
计算除氧器与热井水位变化速度，根据采集到的除氧器和热井水位初始值、最终值及采集时间，计算机组在各个工况条件下除氧器与热井的水位变化速度U ；确定函数关系，根据公式ΛΝ = ADc- Σ (ki · AHi)及各所述预设时间点机组负荷实际值进行拟合，得出各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间的关系式；根据各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间的关系式推导出机组负荷相对变化量Y与时间T的关系式；依据各个工况条件下除氧器与热井的水位变化速度，推导出除氧器和热井水位变化速度U与凝结水流量变化量Q之间的关系式；根据所述步骤确定函数关系，确定的各个关系式，绘制机组负荷变化量与凝结水流量变化量关系、机组负荷相对变化量与时间关系及除氧器和热井水位变化速度与凝结水流量变化量关系的曲线。优选地，所述步骤数据采集中所述各预设时间点分别为除氧器水位调节阀关小后 15s、lmin、3min、5min0优选地，所述步骤数据采集中，通过手动快速改变除氧器水位调节阀开度以改变凝结水流量变化速度指令值。优选地，所述步骤数据采集中，通过控制凝结水泵转速以改变凝结水流量变化速度指令值。本发明提供的一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，包括步骤 数据采集，在机组负荷指令值保持不变、凝结水流量变化速度指令值保持不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各预设时间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；多次改变机组工况条件，即改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值，每次改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值后，在保持该机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各所述预设时间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；计算除氧器与热井水位变化速度，根据采集到的除氧器和热井水位初始值、最终值及采集时间，计算机组在各个工况条件下除氧器与热井的水位变化速度U ;确定函数关系，根据公式ΛΝ = AD。· Σ (ki · AHi)及各所述预设时间点机组负荷实际值进行拟合，得出各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间的关系式；根据各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间的关系式推导出机组负荷相对变化量Y与时间T的关系式；依据各个工况条件下除氧器与热井的水位变化速度，推导出除氧器和热井水位变化速度U与凝结水流量变化量Q之间的关系式；根据所述步骤确定函数关系，确定的各个关系式，绘制机组负荷变化量与凝结水流量变化量关系、机组负荷相对变化量与时间关系及除氧器和热井水位变化速度与凝结水流量变化量关系的曲线。依据本发明提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通过现场实测，获取不同负荷、不同凝结水流量改变量时的机组功率变化量，观察凝结水节流对除氧器、热井的水位的影响，根据理论推导得出的机组负荷变化量与凝结水流量变化量成正比这一结论，计算不同凝结水流量改变量、不同时刻的机组负荷变化量；或者根据除氧器与热井水位允许的变化区间计算出水位变化的速度，由水位变化速度与凝结水流量变化量之间具有确定的比例关系，确定凝结水流量变化量，从而计算得到在该水位限值下，任意时刻机组可产生的负荷变化量，从而完成凝结水节流调频潜力的评估。因此，本发明提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通过该方法能够准确地掌握凝结水流调频负荷特性。
图I为本发明具体实施方式
中机组负荷变化量与凝结水流量变化量关系曲线示意图；图2为本发明具体实施方式
中机组负荷相对变化量与时间关系示意图；图3为除氧器和热井水位变化速度与凝结水流量变化量关系曲线示意图。其中，图I中，代表15s后，—…代表Imin后，一代表3min后， 代表 5min 后；图3中，代表除氧器，——代表A热井，代表B热井。
具体实施例方式本发明提供了一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通过该方法能够准确地掌握凝结水流调频负荷特性。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，所描述的实施例仅仅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。本具体实施方式
所提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，包括步骤数据采集，在机组负荷指令值保持不变、凝结水流量变化速度指令值保持不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各预设时间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；多次改变机组工况条件，即改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值，每次改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值后，在保持该机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各所述预设时间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；计算除氧器与热井水位变化速度，根据采集到的除氧器和热井水位初始值、最终值及采集时间，计算机组在各个工况条件下除氧器与热井的水位变化速度U ；确定函数关系，根据公式ΛΝ = ADc- Σ (k, · AHi)及各所述预设时间点机组负荷实际值进行拟合，得出各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间的关系式；根据各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间的关系式推导出机组负荷相对变化量Y与时间T的关系式；依据各个工况条件下除氧器与热井的水位变化速度，推导出除氧器和热井水位变化速度U与凝结水流量变化量Q之间的关系式；
根据所述步骤确定函数关系，确定的各个关系式，绘制机组负荷变化量与凝结水流量变化量关系、机组负荷相对变化量与时间关系及除氧器和热井水位变化速度与凝结水流量变化量关系的曲线。依据本发明提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通过现场实测，获取不同负荷、不同凝结水流量改变量时的机组功率变化量，观察凝结水节流对除氧器、热井的水位的影响，根据理论推导得出的机组负荷变化量与凝结水流量变化量成正比这一结论，计算不同凝结水流量改变量、不同时刻的机组负荷变化量；或者根据除氧器与热井水位允许的变化区间计算出水位变化的速度，由水位变化速度与凝结水流量变化量之间具有确定的比例关系，确定凝结水流量变化量，从而计算得到在该水位限值下，任意时刻机组可产生的负荷变化量，从而完成凝结水节流调频潜力的评估。因此，本发明提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通过该方法能够准确地掌握凝结水流调频负荷特性。下面内容将以各预设时间点分别为除氧器水位调节阀关小后15s、lmin、3min、 5min为例，对本发明提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法进行详细介绍。现场采集数据时，要求在机组负荷指令值保持不变、凝结水流量变化速度指令值保持不变，即要求机组AGC、机炉协调、一次调频撤出，汽轮机高压调节汽门全开，负荷稳定运行若干分钟以上以保证机组负荷指令值保持不变；试验时热井补水阀关闭，除氧器水位自动撤出，机组各低压加热器水位自动投入，除氧器水位调节阀有一定的双向调整裕量，以保证凝结水流量变化速度指令值保持不变。采集数据时，手动快速改变除氧器水位调节阀的开度或凝结水泵转速，记录机组负荷、凝结水流量、除氧器与热井水位等参数，至少持续5min或水位参数达到设置控制边界值时，手动调整除氧器与热井水位到正常值。上述试验在不同负荷、不同凝结水流量改变量下分若干个工况进行。机组负荷变化量ΛΝ与凝结水流量变化量AD。之间的理论关系式为ΛΝ = ADc-E (k^AHi)，其中AHi代表第i级抽汽返回汽轮机本体做功时的实际比焓降，1^为比例系数。该式是在各级抽汽比焓、未级加热器疏水比焓、凝结水比焓等不变的情况下得出的，也没有考虑机械效率与发电效率。凝结水节流时，汽轮机热机系统的参数变化较为复杂，过多的假设与简化处理累积起来使理论分析结果会偏离实际情况，在一定程度上降低了理论计算准确度，因此，对凝结水节流调频负荷特性的评估需要结合现场实际测试进行，为此，本具体实施方式
结合现场数据采集结果，对凝结水节流调频潜力进行计算，主要步骤如下(I)整理测试数据以除氧器水位调节阀开始关小时计时，需要根据不同工况下试验结果整理得到以下数据关系曲线凝结水流量改变量与有代表性的时刻(一般为15s、lmin、3min以及 5min)机组负荷改变量之间的关系曲线；以5min时刻负荷改变量为比较基准，其它时刻平均的负荷相对变化量随时间的变化关系；计算Imin到5min内除氧器与热井水位变化速度， 并得到它与凝结水流量改变量之间的关系曲线。(2)使用特定函数关系拟合曲线
根据机组负荷变化量与凝结水流量变化量成正比这一结论，剔除严重偏离这一结论的数据，使用比例关系拟合凝结水流量改变量与有代表性的时刻机组负荷改变量之间的关系曲线；不考虑形状、内部设备占用等因素的影响，除氧器与热井的水位变化一定是负相关的线性关系，两者的水位变化速度也均与凝结水流量变化量成正比关系，因此，使用比例关系拟合凝结水流量改变量与除氧器、热井水位变化速度关系曲线；使用二次函数或三次函数关系拟合平均的负荷相对变化量随时间的变化关系曲线。(3)计算凝结水节流调频潜力根据拟合关系式计算某代表性时刻下的任意凝结水流量变化量所对应的负荷变化量；根据拟合关系式计算任意时刻的负荷变化相对量，由此可计算出任意凝结水流量变化量、任意时刻机组的负荷变化量。为了保证机组的运行安全，除氧器与热井均设置有水位高、低限值，水位正常运行值与高、低限值之间的范围构成了凝结水节流调频可以使用的区间，依据需要调频作用的时间计算出水位变化的速度，由于水位变化速度与凝结水流量变化量之间具有确定的比例关系，可以确定凝结水流量变化量，从而可以计算得到在该水位限值下，任意时刻机组可产生的负荷变化量，从而完成凝结水节流调频潜力的评估。在上述计算结果的基础上，结合现场试验时负荷响应时间的测试结果，可以完成凝结水节流调频负荷特性的评估。应用本发明，可在凝结水节流调频功能实施前，通过试验了解其调频潜力，观察除氧器与热井水位的变化规律，以便于制定行之有效的控制策略，合理确定水位等参数的控制范围，提高调频控制精度，确保机组安全运行。下面内容将针对使用上汽-西门子N660-25/600/600型汽轮机的某660MW超超临界火电机组为例，对本发明提供的方法进行详细介绍。现场进行凝结水节流调频负荷特性试验，主要试验数据下表所示。
权利要求
1.一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，其特征在于，包括步骤数据采集，在机组负荷指令值保持不变、凝结水流量变化速度指令值保持不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各预设时间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；多次改变机组工况条件，即改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值，每次改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值后，在保持该机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各所述预设时间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；计算除氧器与热井水位变化速度，根据采集到的除氧器和热井水位初始值、最终值及采集时间，计算机组在各个工况条件下除氧器与热井的水位变化速度U ；确定函数关系，根据公式AN = AD。
E (ki AHi)及各所述预设时间点机组负荷实际值进行拟合，得出各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间的关系式；根据各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间的关系式推导出机组负荷相对变化量Y与时间T的关系式；依据各个工况条件下除氧器与热井的水位变化速度，推导出除氧器和热井水位变化速度U与凝结水流量变化量Q之间的关系式；根据所述步骤确定函数关系，确定的各个关系式，绘制机组负荷变化量与凝结水流量变化量关系、机组负荷相对变化量与时间关系及除氧器和热井水位变化速度与凝结水流量变化量关系的曲线。
2.如权利要求I所述的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，其特征在于，所述步骤数据采集中所述各预设时间点分别为除氧器水位调节阀关小后15s、lmin、 3min、5min0
3.如权利要求2所述的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，其特征在于，所述步骤数据采集中，通过手动快速改变除氧器水位调节阀开度以改变凝结水流量变化速度指令值。
4.如权利要求2所述的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，其特征在于，所述步骤数据采集中，通过控制凝结水泵转速以改变凝结水流量变化速度指令值。
全文摘要
本发明公开了一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，包括步骤数据采集；计算除氧器与热井水位变化速度；确定函数关系；根据所述步骤确定函数关系。本发明公开的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通过该方法能够准确地掌握凝结水流调频负荷特性。
文档编号F01D17/10GK102588010SQ20121003996
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月21日 优先权日2012年2月21日
发明者吴文健, 张宝, 童小忠, 罗志浩, 顾正皓 申请人:浙江省电力试验研究院