供热发电机组的三侧一次调频控制方法及系统与流程

本发明属于火力发电厂控制技术领域，具体地涉及一种供热发电机组的三侧一次调频控制方法及系统。

背景技术：

目前电网中的机组大部分属于调频机组，由电网负荷调度中心根据电网频率偏离额定值的大小，调整电网中调频机组的功率，使总发电量与总负荷量相平衡，这是二次调频。一次调频是发电机组自身协调控制系统的一种功能，并网发电机组的控制系统自动控制机组有功功率的增减，限制电网频率的变化，使电网频率维持稳定的自动控制过程。

江苏省自2015年8月起调整了一次调频要求，机组一次调频功能投入时由先前的协调侧调频功能独立一次调频，改为协调侧和汽机侧同时投入，即为ccs+deh双侧，在ccs侧通过协调控制系统及汽轮机功率调节器和主汽调门组成的系统来响应调频功率的动作；其中deh侧通过主汽调门的前馈作用直接响应调频功率。调频函数也发生较大改变，提高了一次调频的能力要求，非供热的机组已经能够基本满足电网要求。现有的双侧一次调频功能对供热的机组，尤其是滑压运行且热电比较大的机组，一次调频满足电网要求的难度还是较大的。

目前现有的提高一次调频性能的方法有：1、对功率控制调节器设定值进行补偿。2、供热压力调节器设定值上的补偿方法。3、提高主汽压力滑压设定的方法提高一次调频能力的裕度，将会增加运行中主汽调门的节流损失。以上方法均采用主汽调门动作实现一次调频，在高负荷区的一次调频增功率动作中，主汽调门有时已经开度较大，功率增量不够或者没有，所以通过对功率控制调节器设定值补偿的方法是相应速度慢、功率增量不足；供热压力调节器设定值上的补偿方法是叠加供热压力调节器设定，虽然功率增量足够，但响应慢，不能完全适应一次调频的快速性、稳定性；主汽调门动作后产生与一次调频反作用的供热压力变化，经供热控制器的自动调节时对一次调频的响应作用比较慢；主汽压力运行滑压曲线设定值提高，以增加功率增量的储备，该方法由于平时运行中主汽调门节流损失增大，将牺牲较大的机组效率，长期运行经济性就差。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的是提出了一种供热发电机组的三侧一次调频控制方法及系统。在原来协调侧和调速侧双侧共同一次调频的基础上，增加了供热侧一次调频（前馈）功能，组成三侧（控制系统）一次调频功能，既能满足一次调频快速和持续功率增量，又能不影响供热品质，最终减少了主汽调门的节流损失，提高了供热机组的发电效率。

本发明的技术方案是：

一种供热发电机组的三侧一次调频控制方法，包括：

s01：在供热系统中采用调频不等率函数作为供热压力调节器的前馈输出，作用于汽轮机的供热调节设备；

s02：利用进入低压汽轮机蒸汽流量的变化，增加形成一次调频功率的变化给供热发电机组，由供热发电机组进行一次调频。

优选的，在步骤s01之前还包括，确定供热压力运行范围与机组发电功率(g)加上供热流量(q)折合发电量的关系；确定中低压连通管调节阀与供热压力的关系；确定热网允许的供热压力暂态变化范围，根据热网能够承受的供热压力快速下降的能力，得到供热压力下降对热网的供热流量、供热压力的暂态特性。

本发明还公开了一种供热发电机组的三侧一次调频控制系统，包括供热系统，所述供热系统包括供热抽汽管道、阀门与供热压力调节器，在供热系统中采用调频不等率函数作为供热压力调节器的前馈输出，作用于汽轮机供热调节设备，利用进入低压汽轮机蒸汽流量的变化，增加形成一次调频功率的变化给供热发电机组，由供热发电机组进行一次调频。

与现有技术相比，本发明的优点是：

在原来协调侧和调速侧双侧共同一次调频的基础上，增加了供热侧一次调频（前馈）功能，组成三侧（控制系统）一次调频功能。由转差经过调频不等率函数，叠加到供热压力控制器输出上，直接动作供热压力调节设备，尽快消除主汽门一次调频动作造成的供热压力变化，稳定供热压力，贡献一次调频功率的增量。当主汽调门在开足时，仍需要增加调频功率时，在供热系统允许范围和时间内及时降低供热压力（热网允许范围内），快速贡献一次调频功率的增量，提高了一次调频的性能。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的原理图；

图2为汽轮机组中排供热系统。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1所示，在原来协调侧和调速侧双侧共同一次调频的基础上，增加了供热侧一次调频（前馈）功能，组成三侧（控制系统）一次调频功能。

由转差经过不等率函数3，叠加到供热压力控制器输出上，直接动作供热压力调节设备。尽快消除主汽门一次调频动作造成的供热压力变化，稳定供热压力，贡献一次调频功率的增量。

当主汽调门在开足时，仍需要增调频功率动作时，在供热系统允许范围和时间内及时加大中低压汽轮机联通门或旋转隔板的开度，降低供热压力，快速贡献一次调频功率的增量，协同完成一次调频的动作。

反之亦然，在减调频功率动作时，在供热系统允许的暂态过程中，减小中低压汽轮机联通门或旋转隔板的开度，从而减少低压汽轮机作功，协同完成一次调频的动作。同时提高供热压力，加大了供热蒸汽流量。

例如某发电厂3号超超临界机组：在95%负荷时，进行的一次调频人工测试，发现机组主汽门已经开足，调频功率增量不能达到要求，还少0.6%pe。如果此时供热35t/h(1.85mpa,302℃)，在45秒时间内减少供热量10t/h，将做功增加0.6%pe，这样就能达到机组一次调频应有的性能。

汽轮机组中排供热系统如图2所示，由低压汽轮机、中压汽轮机、高压汽轮机、中低压连通调节阀、供热管阀以及测量控制系统组成。供热压力调节器用来维持供热汽源压力，是调节供热蒸汽流量和低压汽轮机蒸汽流量分配的主要调节器；供热管压力调节器是辅助供热压力调节的装置，一般情况开足运行。

第一步：将中低压连通调节阀等汽轮机抽汽调节设备实现供热压力的调节，剩余的蒸汽流入到低压汽轮机，经过试验或历史数据可以得到供热压力(p)满足热网需求时的最低锅炉总热能，即供热压力运行范围与机组发电功率(g)加上供热流量(q)折合发电量的关系。

第二步：确定中低压连通管调节阀与供热压力的关系。例如某发电厂在75%汽轮机负荷下，到低压缸流量为1114t/h，中排供热可达200-300t/h。100%汽轮机负荷下,到低压缸流量为1286t/h，中排供热可达200-300t/h。

第三步：确定热网允许的供热压力暂态变化范围，研究并试验热网能够承受的供热压力快速下降的能力，摸索出对热网的供热流量、供热压力的暂态特性。确定在不同供热流量下的供热流量（压力）允许暂态下降值。供热主干网通常长达10-20km之间，其容积相对汽轮机和热用户来说，都是巨大的。

进入低压汽轮机的蒸汽流量对应发电机功率，以本机组为例：满负荷工况下，每100t/h蒸汽做功率为2.8%额定功率。一次调频范围是0-6%额定功率，假设供热系统承担30%的一次调频功率，需要减少0-65t/h低压蒸汽流量。中排供热量设计达300t/h，相对较大容量的供热管线，在45s内减少65t/h流量，即减少供热0.8125t,在巨大容积的供热管线面前，是不会引起热用户的蒸汽压力下降到影响使用；即使承担再多60%的一次调频功率，在45秒内减少1.625t,以供热蒸汽参数（0.09mpa&300℃，密度约为0.38kg/m3）计算相当于4.27m3，供热主干线容积达1000-2000m3,压力下降约0.00038-0.000192mpa,相对于0.09mpa的供热蒸汽压力是可以忽略不计的。

在中低压连通调节阀开度增加5%，需用时4秒，减少供热流量（低压汽轮机增加流量）50t/h，发电机功率将增加1.5%。这样的调整，完全满足机组一次调频的需求。

第四步：采用调频不等率函数作为供热压力调节器的前馈输出，作用于汽轮机供热调节设备（中低压连通调节阀或中压缸旋转隔板），利用进入低压汽轮机蒸汽流量的变化，增加形成一次功率的变化（增量），提高机组一次调频性能。

以超临界机组为例，在没有供热的工况下，根据发电机功率制定了一条滑压曲线，使主汽调门具有5%开度的节流量。如果改造为供热机组后，因为滑压曲线是根据汽轮机说明书中的主汽流量设定的，为了保持节流量不变，需要根据供热量修正这条（以发电机功率为依据）滑压曲线，提高压力。采用本技术方法以后，可以减少修正量，或者还用原来的滑压曲线，本新技术采用供热量的变化，来弥补节主汽流量的不足。相比在同样的一次调频性能下，可以减少主汽调门节流损失，提高机组运行效率。

对于定压运行的机组，采用本技术方法后，可以在保证一次调频性能的前提下减少主汽调门的动作量，降低主汽压力的变化量，进而提高机组效率，同时运行参数稳定也带来运行安全稳定。

供热量的一次调频特性，在机组运行负荷稳定在某个值时，模拟一次调频功率动作供热调节设备，如再热抽汽调门、中低压缸联通管蝶阀、中压缸旋转隔板。找出一次调频做功与供热调节设备的关系。

根据调频功率输出前馈信号与供热压力调节器输出相加，驱动供热调节设备，在考核期内贡献一部分调频功率。使整个机组的一次调频性能合格。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。