汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法与流程

本发明属于汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿技术领域。

背景技术：

近几年来，我国风电和光伏发电迅猛发展，随着国家推进能源结构转型升级，风电和光伏发电将继续保持着强劲的发展势头。然而，当风电、光伏比例较高时，等效负荷将呈现显著的随机波动特性，这将显著影响系统的频率安全，对系统的调频能力也提出了更高的要求。

燃煤汽轮机发电机组一次调频是当电网负荷发生变化时，汽轮机调节系统自动地根据转速的变化调整汽轮机的功率，进而将电网频率的变化限制在一定的限度内。燃煤汽轮机发电机组一次调频在保证电网的安全经济运行、提高电能质量和电网调频的控制水平、迅速消除由于电网负荷变化引起的频率波动等方面有着重要作用。

目前燃煤汽轮机发电机组一次调频因子设置的两个因素，频差死区和转速不等率都采用定值的方式。而燃煤汽轮机高调阀门的流量动态非线性，即燃煤汽轮机高调阀门一次调频动作会引起主蒸汽压力变化，导致高调阀门不仅直接影响汽轮机进汽流量，还通过主蒸汽压力间接影响汽轮机进汽流量，从而使汽轮机进汽流量和负荷变化小于理论值，使得实际转速不等率大于设定的转速不等率，燃煤汽轮机发电机组的实际一次调频能力小于设定值。

技术实现要素：

本发明是为了解决燃煤汽轮机高调阀门的流量动态非线性导致的汽轮机实际转速不等率大于设定的转速不等率的问题，现提供汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法。

汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法，燃煤汽轮机额定转速与实际转速的差值x经函数F(x)转换后生成一次调频因子K，

利用有功功率指令P与一次调频因子K，根据下式获得新的调频因子K^*：

其中，δ_△(P,K)为不等率修正系数，

将新的调频因子K^*叠加到有功功率指令P上，获得补偿后的有功功率指令利用补偿后的有功功率指令控制燃煤汽轮机的调门开度，完成汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿。

燃煤汽轮机高调阀门流量动态非线性对一次调频的影响通过不等率修正系数δ_△(P,K)进行补偿，不等率修正系数δ_△(P,K)的获得方法如下：

不等率修正系数δ_△(P,K)的表达式为：

其中，△G为一次调频动作后主蒸汽流量实际变化量标幺值，△G₀为主蒸汽流量理论变化量标幺值。

补偿后的有功功率指令的表达式如下：

本发明为了解决燃煤汽轮机高调阀门的流量动态非线性导致的汽轮机转速实际不等率大于设定的转速不等率的问题，提出了汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法。该方法具有以下效果：

本发明所述的汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法，根据有功功率指令P和一次调频因子K，针对性修正不等率设置，保证转速变化1％时，通过一次调频使发电功率变化20％，保证燃煤汽轮机发电机组具有设定的一次调频能力。

本发明所述的汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法，适用于亚临界燃煤汽轮机发电机组的一次调频能力补偿。

附图说明

图1为现有燃煤汽轮机发电机组一次调频设置流程图；

图2为本发明所述的汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法流程图；

图3为λ取值随控制燃煤汽轮机高调门开度的有功功率指令P和一次调频因子K的变化关系曲线图。

具体实施方式

如图1所示，目前，燃煤汽轮机发电机组一次调频功能是将汽轮机转速与额定转速的差值直接换算成调频后有功功率指令，具体的：

燃煤汽轮机额定转速(一般为3000r/min)与实际转速的差值x经函数F(x)转换后生成一次调频因子K，

函数F(x)的具体公式如下：

其中，del(x)表示x经过死区，

δ表示转速不等率。

将一次调频因子K直接叠加到燃煤汽轮机的有功功率指令给定值P上，获得调频后有功功率指令P_K，以控制燃煤汽轮机的调门开度。

燃煤汽轮机发电机组一次调频功能，要求转速变化1％，通过一次调频要求发电功率变化20％。燃煤汽轮机发电机组一次调频不等率δ普遍设置为δ＝0.05，在主蒸汽压力不变的情况下，足以满足上述要求。

然而燃煤汽轮机高调阀门一次调频动作会引起主蒸汽压力变化，导致高调阀门不仅直接影响汽轮机进汽流量还通过主蒸汽压力间接影响汽轮机进汽流量，从而使汽轮机进汽流量和负荷变化小于理论值，使得实际转速不等率大于设定的转速不等率，燃煤汽轮机发电机组的实际一次调频能力小于设定值。

因此，提供以下实施方式来解决上述问题。

具体实施方式一：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法，

利用有功功率指令P与一次调频因子K，根据下式获得新的调频因子K^*：

其中，δ_△(P,K)为不等率修正系数，由有功功率指令P与一次调频因子K决定，

将新的调频因子K^*叠加到有功功率指令P上，获得补偿后的有功功率指令利用补偿后的有功功率指令控制燃煤汽轮机的调门开度。

本发明设计的汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法，根据有功功率指令P和一次调频因子K，针对性修正不等率设置，保证转速变化1％时，通过一次调频使发电功率变化20％。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法作进一步说明，本实施方式中，

燃煤汽轮机高调阀门流量动态非线性对一次调频的影响通过不等率修正系数δ_△(P,K)进行补偿，不等率修正系数δ_△(P,K)的获得方法如下：

不等率修正系数δ_△(P,K)的表达式为：

其中，△G为一次调频动作后主蒸汽流量实际变化量标幺值，

△G₀为主蒸汽流量理论变化量标幺值。

在燃煤汽轮机中，主蒸汽流量标幺值G(用主蒸汽流量额定值标幺)的表达式为：

G＝P₀P

其中，控制燃煤汽轮机高调门开度的有功功率指令P的取值范围为0至1，

P₀为主蒸汽压力标幺值，用主蒸汽压力额定值标幺，其表达式为：

P₀＝P_d-κG²

其中，P_d为锅炉汽包压力标幺值，用主蒸汽压力额定值标幺，

κ为过热器压损系数；

综合上述两式，则有：

一次调频的稳定时间一般在60s内，在这一段时间内，假设锅炉汽包压力P_d不变；

一次调频前控制燃煤汽轮机高调门开度的有功功率指令为P，一次调频因子为K，则一次调频动作后主蒸汽流量实际变化量标幺值△G(用主蒸汽流量额定值标幺)为：

而理论上，主蒸汽流量理论变化量标幺值△G₀(用主蒸汽流量额定值标幺)为：

因此，一次调频动作后主蒸汽流量实际变化量标幺值△G是主蒸汽流量理论变化量标幺值△G₀的λ倍；

由于汽轮机负荷变化量标幺值(用汽轮机发电负荷额定值标幺)等于主蒸汽流量变化量标幺值，则汽轮机实际负荷变化量也是蒸汽流量理论变化量的λ倍，则有：

计算λ的具体值：对燃煤汽轮机，κ一般取0.07，P_d取1.07，P分别取0.5至1(间隔0.1)，K分别取-0.08至0.08(间隔0.01，且不取0)，忽略发电机组负荷限幅，则λ取值如图3所示。

不等率修正系数δ_△(P,K)即等于λ，δ_△(P,K)取值随控制燃煤汽轮机高调门开度的有功功率指令P和一次调频因子K变化，因此可利用控制燃煤汽轮机高调门开度的有功功率指令P和一次调频因子K进行二维插值求取δ_△(P,K)，而二维插值函数可通过上述计算公式计算求得，也可以通过工程试验得到：

所述工程试验方法如下：

P分别取0.5至1(间隔0.1)，

K分别取-0.08至0.08(间隔0.01，且不取0)，

P和K取值任意组合共6×16即96组试验，分别进行一次调频试验，一次调频前后主蒸汽流量实际变化量标幺值△G，主蒸汽流量理论变化量标幺值△G₀按照上述数学方法计算，得到

P和K的96种组合以及对应的δ_△(P,K)取值，组成二维插值函数。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的汽轮机高调阀门流量动态非线性的一次调频能力补偿方法作进一步说明，本实施方式中，补偿后的有功功率指令的表达式如下：