利用機組供熱管道蓄能參與負荷調(diào)節(jié)的技術(shù)

1、 利用機組供熱管道蓄能參與負荷調(diào)節(jié)的技術(shù) 當前，為了快速響應(yīng)電網(wǎng)的負荷需求，火電機組大都采用cbf協(xié)調(diào)控制方式。當負荷需求變化時，例如要求加負荷，汽機調(diào)門快速開大（即首先利用鍋爐蓄熱快速響應(yīng)負荷），同時鍋爐燃燒率增加，及時補充被利用的機組蓄能，并維持機組能量與負荷需求間新的平衡。但隨著一批600/1000 mw等級的超（超）臨界火電機組的投運，機組大都全程滑壓運行，汽機調(diào)門的節(jié)流很小，電網(wǎng)快速變化的負荷需求與機組較小的蓄熱之間的矛盾越來越突出。雖然火電機組可以利用鍋爐汽水系統(tǒng)蓄熱，提高負荷響應(yīng)速率，或采用凝結(jié)水節(jié)流技術(shù)利用輔汽熱力系統(tǒng)中原本用于加熱凝結(jié)水的熱量瞬間改變發(fā)電負荷，但隨著電網(wǎng)要求的

2、逐步提高，受蓄熱總量的限制，這些方法的潛力已經(jīng)發(fā)揮到了極致。而供熱機組可以利用供熱管道中較大容量的蓄熱，瞬間改變發(fā)電負荷，提高機組負荷響應(yīng)速率。300mw供熱機組的供熱管道蓄熱負荷調(diào)節(jié)速率可達26mw/min，為額定負荷的8.6%。其它容量供熱機組的供熱管道蓄熱負荷調(diào)節(jié)能力依此類推，具體數(shù)據(jù)還要依據(jù)現(xiàn)場試驗確定。一、利用機組供熱管道蓄熱進行負荷調(diào)節(jié)的基本原理大型供熱機組以抽汽式供熱機組為主，其主要熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是在汽輪機中壓缸至低壓缸連通管道內(nèi)低壓缸側(cè)安裝供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥，在蝶閥前通過三通管道將一部分汽輪機中壓缸排汽引至熱網(wǎng)加熱器，蒸汽在熱網(wǎng)加熱器內(nèi)同熱網(wǎng)循環(huán)水交換熱量后冷卻為熱網(wǎng)疏水，再由熱網(wǎng)

3、疏水泵送至除氧器。熱網(wǎng)循環(huán)水經(jīng)過熱網(wǎng)循環(huán)泵升壓后進入熱網(wǎng)加熱器，吸收熱量后提供供熱熱源。當機組發(fā)電負荷指令增加時，可以先開大供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開度，將原本用于供熱的蒸汽引入汽輪機低壓缸內(nèi)做功，迅速提高機組發(fā)電功率。然后機組在協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)作用下，依靠增加燃料量使機組總功率緩慢增加后，在逐漸關(guān)小供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開度，恢復供熱熱源的穩(wěn)定。由于供熱熱網(wǎng)管道具有非常大的熱慣性，這一過程導致的供熱熱源不穩(wěn)定不會反映到用戶端。這是本技術(shù)方案的基本理論依據(jù)所在。利用供熱管道蓄熱進行負荷調(diào)節(jié)，首先要將供熱管道抽汽蝶閥更換成可頻繁調(diào)整的調(diào)節(jié)蝶閥，以保證抽汽調(diào)節(jié)閥的自動控制功能完善；其次還要對調(diào)節(jié)蝶閥進行全開全關(guān)試驗

4、，確定全開全關(guān)時間以及負荷響應(yīng)幅值和速率。二、利用機組供熱管道蓄熱進行負荷調(diào)節(jié)的控制功能設(shè)計利用供熱管道蓄熱進行負荷調(diào)節(jié)的控制回路功能設(shè)計如下：1. 協(xié)調(diào)控制回路的重新設(shè)計本技術(shù)引入發(fā)電負荷、機前壓力、抽汽流量三個參數(shù)作為協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的被控量，協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)控制機組發(fā)電負荷和汽輪機機前壓力，通過改變供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開度控制供熱抽汽流量。圖1 引入供熱蝶閥開度負荷調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理框圖圖1所示協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一33系統(tǒng)，但是單純應(yīng)用該方框圖作為控制方案的設(shè)計有明顯弊端。首先，負荷指令不是一個常量，通常情況下由高頻量和低頻量疊加構(gòu)成，會對蝶閥開度指令造成頻繁動作，減小執(zhí)行機構(gòu)壽命。其次，蝶閥開度的

5、變化對于原有的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)本身就是一種擾動。改進后供熱機組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中發(fā)電負荷指令進入非線性濾波器，被分解為穩(wěn)態(tài)負荷指令和暫態(tài)負荷指令兩部分。穩(wěn)態(tài)負荷指令進入機組原協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，暫態(tài)負荷指令一方面經(jīng)過慣性環(huán)節(jié)與原供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開度指令相加后對蝶閥開度實施控制，另一方面經(jīng)過蝶閥開度對發(fā)電負荷的傳遞函數(shù)后反向與發(fā)電負荷信號相加，替代原來發(fā)電負荷反饋信號進入原協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。其中，將發(fā)電負荷減去蝶閥開度對發(fā)電負荷的傳遞函數(shù)輸出后，再作為協(xié)調(diào)控制反饋的目的在于：機組發(fā)電負荷信號包含兩部分中的暫態(tài)負荷迭加到基本發(fā)電負荷上對協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)是一種擾動，因此通過增加蝶閥開度對發(fā)電負荷的傳遞函數(shù)環(huán)

6、節(jié)，以前饋方式消除這種擾動。圖2 改進利用供熱蓄熱負荷調(diào)節(jié)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)原理框圖2. 具體實施方案(1) 非線性濾波器的設(shè)計。輸入負荷指令信號經(jīng)過速率變化限制后得到穩(wěn)態(tài)負荷指令信號，輸入負荷指令信號減去穩(wěn)態(tài)負荷信號后得到暫態(tài)負荷指令信號。這樣，非線性濾波器將負荷指令分解為緩慢變化的低頻部分和快速變化的高頻部分，并且分解是可逆的，即將穩(wěn)態(tài)負荷指令信號和暫態(tài)負荷指令信號求和后，可以得到原負荷指令信號。將緩慢變化的穩(wěn)態(tài)負荷送入?yún)f(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，能夠減少燃料量和汽輪機高壓缸進汽調(diào)節(jié)門的擾動，有利于機組安全穩(wěn)定運行；將快速變化的暫態(tài)負荷指令疊加到供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開度指令上，可以快速改變汽輪機低壓缸進汽量從而

7、快速改變機組發(fā)電負荷，提高機組響應(yīng)變負荷能力。采用非線性濾波器的優(yōu)勢在于：當負荷指令變化量較小時，穩(wěn)態(tài)負荷指令包含較多高頻分量，雖然會燃料量和汽輪機高調(diào)門的擾動，但由于指令變化量很小，所以擾動幅度不是很大但可以減少供熱抽汽蝶閥動作幅度以減少磨損；當負荷指令大幅度變化時，大部分高頻分量進入暫態(tài)負荷指令，調(diào)節(jié)蝶閥迅速大幅度動作提高機組發(fā)電負荷響應(yīng)能力。(2) 慣性環(huán)節(jié)的設(shè)計。采取g(s)=k/(1+ts)，k為增益，調(diào)整k的大小可改變單位暫態(tài)負荷指令變化所對應(yīng)的供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開度的變化。k越大，單位暫態(tài)負荷指令變化所對應(yīng)供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥也越大，導致發(fā)電負荷的變化量也越大；t為慣性時間，調(diào)整t大小

8、可改變供熱抽汽蝶閥動作的速度，調(diào)節(jié)供熱抽汽蝶閥動作導致發(fā)電功率變化與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)動作導致發(fā)電功率變化的銜接時間，t越大，供熱抽汽蝶閥動作導致發(fā)電功率變化的滯后也越大。3. 邏輯組態(tài)與現(xiàn)場調(diào)試(1) 非線性濾波器的構(gòu)造與調(diào)試。工程項目中，通常選擇速率變化限制模塊作為非線性濾波器，濾除掉信號中快速變化部分后得到穩(wěn)態(tài)負荷指令信號，輸入信號減去穩(wěn)態(tài)負荷指令后得到暫態(tài)負荷指令信號。機組工作于供熱模式后，逐步將非線性濾波器速率限制值調(diào)至推薦值，一般正壓直吹式制粉系統(tǒng)推薦值取機組額定發(fā)電負荷的1%/min1.5%/min。(2) 蝶閥-負荷模型的獲取。蝶閥開度對發(fā)電負荷的傳遞函數(shù)通過供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開度階躍擾動試驗獲得。具體方法如下：在機組額定供熱負荷工況下，保持機組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)投入運行，待機組發(fā)電負荷、機前壓力穩(wěn)定后，手動階躍增加供熱抽汽調(diào)節(jié)蝶閥開度。這時機組發(fā)電負荷增加而供熱抽汽流量減小，隨著協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)動作，發(fā)電負荷會緩慢恢復到初始值，待發(fā)電負荷穩(wěn)定后，分析發(fā)電負荷對蝶閥開度擾動的響應(yīng)曲線，辨識得到對象傳遞函數(shù)。(3) 慣性環(huán)節(jié)參數(shù)的整定。慣性環(huán)節(jié)增益設(shè)置為0，慣性