多燃料混烧直流炉发电机组一次调频方法与流程

本发明涉及发电机组调频领域，尤其涉及一种多燃料混烧直流炉发电机组一次调频方法。

背景技术：

电力系统运行的重要任务之一是对电网频率进行监视和控制，电网频率是评价电能质量的重要指标，频率超过允许范围会影响电力系统、发电机组和用户的安全及经济效益，更严重的波动会造成对电网的严重冲击甚至使电网崩溃，发电机组的一次调频功能对维持电网频率的稳定至关重要。

一次调频是当电网负荷改变引起电网频率变化时，并网发电机组的协调控制系统、汽机调节系统自动根据自身的静态特性承担一定负荷的变化，如利用锅炉的蓄能，自动改变汽机调速汽门的开度，即改变发电机的功率，使之适应电网负荷的随机变动，从而达到电网发电与用电负荷之间的平衡，使电网频率稳定在50Hz附近的允许范围内。发电机组的常规运行方式主要有协调控制方式、炉跟踪方式、汽机跟踪方式以及手动方式，其中，协调控制方式如图1所示，汽机以调节机组负荷为主，锅炉以调节主汽压力为主，在稳定工况下，机组的实发功率等于给定功率，主汽压力等于给定压力，偏差均为零，在这种情况下，若要增加机组出力，就要把给定功率信号加大，这样就会出现一个正的功率偏差信号，它加到汽机负荷调节器上，使蒸汽调节阀开大，增加汽机出力；加到锅炉压力调节器上，增加燃料量，提高锅炉出力。即一方面通过开启汽机调速汽门利用锅炉蓄热，另一方面从锅炉侧迅速地补进燃料，使机组负荷迅速跟踪负荷指令，并保持汽压的稳定，因此，协调控制方式是机组最常用的运行方式，当机组正常运行且需参加电网调频时，都采用协调控制方式。在协调控制方式下，一次调频功能的实现方法是一次调频指令作用于在汽机负荷调节回路，通过汽机调速汽门来实现负荷的闭环、快速响应，当负荷变化引起主汽压力的改变后，通过锅炉主汽压力调节回路改变锅炉燃料量，最终达到一次调频的负荷响应目标值。同时，在汽机侧设置一次调频的开环控制回路以提高负荷的初期快速响应。

而对于多燃料混烧，以高炉煤气为主燃料的直流炉发电机组，由于主燃料高炉煤气的供应量受上游产线供应的限制，机组无法运行在协调控制方式下，只能在汽机跟踪方式下闭环控制运行，无法实现对电网频差波动的反馈调节，因此不能承担一次调频，导致了以燃料定电模式的多燃料混烧直流炉发电机组的一次调频能力难以满足电网的基本调频需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供多燃料混烧直流炉发电机组一次调频方法，以解决现有技术多燃料混烧直流炉发电机组存在的燃料供应量限制导致机组长期运行在非协调控制方式下，汽机侧负荷调节回路不投入使用而无法参与闭环一次调频控制、直流锅炉蓄热小、传统的汽机侧开环一次调频调节精度差、滑压运行的汽机调频能力有限等各项问题，在汽机跟踪方式下对汽机主汽压力调节器的目标设定用主汽压力响应需求值进行修正，直接作用于汽机调速汽门，以加快调频的快速响应能力，从而满足电网的基本调频要求。

本发明是这样实现的：一种多燃料混烧直流炉发电机组一次调频方法，在设定最大响应负荷和标准频率后，包括以下步骤：

S1：实时采集电网频率与标准频率的差值，该差值即为电网频差，将电网频差转换为负荷响应要求值；

S2：将负荷响应要求值与最大响应负荷进行比较，当负荷响应要求值小于等于最大响应负荷时，实际负荷要求值等于负荷响应要求值；当负荷响应要求值大于最大响应负荷时，实际负荷要求值等于最大响应负荷；

S3：将实际负荷要求值转换成为汽机的主汽压力响应需求值；

S4：根据汽机的主汽压力响应需求值与锅炉蒸汽压力设定值相结合得到主汽压力调节器的压力目标值，并将压力目标值与实际压力值进行比较得到两者的偏差值；

S5：将偏差值经过速率限制器限制变化速率后作用于主汽压力调节器，通过主汽压力调节器的输出指令调节汽机调速汽门的开度，实现对电网频差的响应。

进行所述步骤S3的同时进行步骤S3.1，所述步骤S3.1为将实际负荷要求值转换成为锅炉的燃料调节值和锅炉给水调节值，对锅炉的燃料量和进水量进行调节。

对于滑压运行的机组，通过热态调整试验，对机组滑压运行曲线参数进行优化调整，在机组不同运行负荷区域的滑压曲线段适当增加偏置，提高机组一次调频的响应能力。

本发明多燃料混烧直流炉发电机组在汽机跟踪方式下的对汽机主汽压力调节器的压力目标设定值用主汽压力响应需求值进行修正，主要利用锅炉蓄热实现对电网频差波动的响应，有效解决了机组在汽机跟踪的运行方式下无法参与一次调频的问题，并克服了开环控制精度差的缺陷，另外通过将电网频差转换的燃料需求值辅助性地直接作用于锅炉的燃料、给水调节器，适量加快锅炉燃料和给水的响应速度，改善了一次调频响应的持续能力，从而满足电网的基本调频要求；特别适合实施于钢铁企业的自备电厂多燃料混烧直流炉发电机组，具有较好的推广价值。

附图说明

图1为现有的发电机组协调控制方式下的一次调频功能框图；

图2为本发明中的发电机组汽机跟踪方式下的一次调频功能框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例

如图2所示，一种多燃料混烧直流炉发电机组一次调频方法，设定最大响应负荷和标准频率，中国的标准频率为50Hz，上海电网的要求为当电网频率波动范围超过50.0Hz+0.033Hz时，发电机组按照4%的不等率进行响应，对于装机容量为350WM的机组，最大响应负荷不超过+14MW，350*4%=14MW；采用分散控制系统DCS的输入端通过实时采集电网频率、机组功率信号，并通过控制汽机调速汽门的开度、锅炉燃料量和锅炉给水量，使机组快速响应以满足电网一次调频的负荷需求；具体包括以下步骤：

S1：通过实时采集的电网频率计算得到电网频差，电网频差=标准频率-实时采集的电网频率；根据上海电网并网发电机组一次调频的参数设置要求，根据上海市给予的标准转换函数，将电网频差转换为负荷响应要求值；

S2：将负荷响应要求值与最大响应负荷进行比较，当负荷响应要求值小于等于最大响应负荷时，实际负荷要求值等于负荷响应要求值；当负荷响应要求值大于最大响应负荷时，实际负荷要求值等于最大响应负荷；

S3：将实际负荷要求值转换成为汽机的主汽压力响应需求值，该转化系数由实际设备决定，通过实验取得；

在本发明中，虽然该多燃料混烧直流炉发电机组的主燃料高炉煤气供应量受限制，但是在小幅度范围内以及辅助燃料仍有调节裕量，因此在本实施例中，通过主汽压力调节器调节汽机调速汽门的动作利用锅炉蓄热参与一次调频同时，为了改善一次调频响应的持续能力，所述步骤S3的同时进行步骤S3.1，所述步骤S3.1为将实际负荷要求值转换成为锅炉的燃料调节值和锅炉给水调节值，作用于锅炉燃料调节器和锅炉给水调节器，适量地直接改变燃料的流量和给水量，使给水、燃料能更快地变化，以及时补充、释放锅炉蓄能，进一步改善一次调频响应的持续能力；

S4：根据汽机的主汽压力响应需求值与锅炉蒸汽压力设定值相结合得到主汽压力调节器的压力目标值，并将压力目标值与实际压力值进行比较得到两者的偏差值；

S5：将偏差值经过速率限制器限制变化速率后作用于主汽压力调节器，通过主汽压力调节器的输出指令调节汽机调速汽门的开度，实现对电网频差的响应；速率限制器控制开度动作速率时既要确保机组及时响应电网频差负荷要求，又不能对机组有太大影响。

在本发明中，对于滑压运行的机组，因为其主汽压力调节器输出的汽机调速汽门的开度指令本身就比较大，机组可利用蓄能相对较小，因此通过热态调整试验，对机组滑压运行曲线参数进行优化调整，在机组不同运行负荷区域的滑压曲线段适当增加偏置，有效提高机组一次调频的响应能力。

本实施例的具体实施数据如下：

该机组为单烧高炉煤气，容量为350WM的机组，最大响应负荷不超过+14MW，保持高炉煤气燃料量总指令不变，在机组当前运行负荷段的滑压曲线增加0.5MPa的压力偏置值，然后投用本方法的一次调频功能，得到实施例1~3的实验数据；

实施例1

DCS分散控制系统的输入端检测到电网频率为49.927Hz，机组实际负荷216.1MW，高炉煤气流量622KNm³/h，主汽压力调节器的当前输出开度指令为36.8%，首先由步骤S1、2计算得到负荷响应要求值为7MW，幅值在+14MW范围内 ，因此实际负荷要求值等于7MW，通过步骤S3、4实际负荷要求值转化成偏差值为降低0.25MPa；然后通过步骤S5得到降低0.25MPa对应的阀门开度指令值为72%，最后经过速率限制器控制变化速率将主汽压力调节器的输出开度指令逐步从36.8%开至72%，根据步骤S3.1将高炉煤气流量同步增加到636KNm³/h。机组负荷在15秒内增至219.2MW，30秒内增至220.9MW，最高增至222.3MW。

实施例2

DCS分散控制系统的输入端检测到电网频率为50.073Hz，机组实际负荷216.3MW，高炉煤气流量617KNm³/h，主汽压力调节器的当前开度为35%，首先由步骤S1、2计算得到负荷响应要求值为-7MW，幅值在+14MW范围内，因此实际负荷要求值等于-7MW，通过步骤S3、4实际负荷要求值转化成偏差值为为增加0.3MPa；然后通过步骤S5得到增加0.3MPa对应的目标开度值为28.9%，最后经过速率限制器控制变化速率将主汽压力调节器的开度逐步从35%关至28.9%，根据步骤S3.1将高炉煤气流量同步减至602KNm³/h。机组负荷在15秒内降至214.3MW，在30秒内降至212.2MW，最低降至209.4MW。

实施例3

DCS分散控制系统的输入端检测到电网频率为49.887Hz，机组实际负荷216.9MW，高炉煤气流量622KNm³/h，主汽压力调节器的当前开度为32%，首先由步骤S1、2计算得到负荷响应要求值为+14MW，幅值在+14MW范围内，因此实际负荷要求值等于14MW，通过步骤S3、4实际负荷要求值转化成偏差值为降低0.6MPa；然后通过步骤S5得到降低0.6MPa对应的目标开度值为100%，最后经过速率限制器控制变化速率将主汽压力调节器的开度逐步从32%开至100%，根据步骤S3.1将高炉煤气流量同步增至652KNm³/h。机组负荷在15秒内增至221.6MW，在30秒内增至225.5MW，最高增至227.6MW。

经上述三次频率扰动试验验证，本发明设计的汽机跟踪方式下的一次调频功能，通过汽机主汽压力调节器直接作用于汽机调速汽门，快速调节汽门开度以响应电网频差要求，有效解决了机组在汽机跟踪的运行方式下无法参与一次调频的问题；同时，一次调频指令同步作用于锅炉燃料调节器，使锅炉燃料高炉煤气流量同步变化，负荷快速响应，且响应变化均能够持续3分钟以上，满足了电网对该机组的一次调频的负荷响应幅度及持续时间的要求。