本發(fā)明涉及一種提升調整抽汽式汽輪機組一次調頻補償能力的控制方法及系統(tǒng)。

背景技術：

隨著特高壓輸電及風電、核電、太陽能等新能源建設的快速發(fā)展，區(qū)域電網(wǎng)結構變得也越來越復雜，電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行技術要求也越來越高。眾所周知，風電與太陽能等新能源發(fā)電的可預測性相對較差，且風力發(fā)電的高峰負荷大多出現(xiàn)在用電量的波谷處，同時新能源發(fā)電的出力波動較大且可控性相對較差，對電網(wǎng)的調整來說，風電并網(wǎng)負荷越高，電網(wǎng)調度難度越大。如何在保證電網(wǎng)快速發(fā)展的同時，保證電網(wǎng)頻率、電壓等技術指標滿足要求，也將會成為一個重要的技術難題。

在電網(wǎng)實際運行中，電網(wǎng)頻率主要受電網(wǎng)輸入電量與消耗電量的影響，當電量消耗與輸入電量不匹配時，即可引起電網(wǎng)頻率出現(xiàn)變化較小、變動周期較短的微小分量，這種電網(wǎng)頻率擾動主要靠汽輪發(fā)電機組本身的調節(jié)系統(tǒng)直接自動調整汽輪機進汽控制調門完成機組負荷變動，補償電網(wǎng)負荷實時需求，修正電網(wǎng)頻率的波動，這個過程即為發(fā)電機組的一次調頻。一般控制結構如圖1所示，發(fā)電機組汽輪機電液控制系統(tǒng)即DEH系統(tǒng)中將汽輪機轉速與額定轉速的差值直接轉化為功率信號補償或流量補償，直接作用在汽輪機的進汽調門上，完成機組一次調頻修正。

發(fā)電機組的一次調頻指標主要包括：不等率、調頻死區(qū)、快速性、補償幅度、穩(wěn)定時間等。不同區(qū)域的電網(wǎng)公司對各個技術指標要求也不盡相同。下面以國家電網(wǎng)公司2011年下發(fā)的《火力發(fā)電機組一次調頻試驗導則》中的具體要求為例，說明各個技術指標的具體要求。

1)轉速不等率：火電機組轉速不等率應為4％～5％，該技術指標不計算調頻死區(qū)影響部分。該指標一般作為邏輯組態(tài)參考應用，機組實際不等率需根據(jù)一次調頻實際動作進行動態(tài)計算。

2)調頻死區(qū)：機組參與一次調頻死區(qū)應不大于|±0.033|Hz或|±2|r/min。

3)快速性：機組參與一次調頻的響應時間應小于3s。燃煤機組達到75％目標負荷的時間應不大于15s，達到90％目標負荷的時間應不大于30s。對于高壓油電液調節(jié)機組響應時間一般在1-2s。電網(wǎng)頻率波動越頻繁，該技術指標越重要。

4)穩(wěn)定時間：機組參與一次調頻的穩(wěn)定時間應小于1min。該技術指標對于發(fā)電機組及電網(wǎng)穩(wěn)定運行都十分重要。

5)補償幅度，機組參與一次調頻的調頻負荷變化幅度不應設置下限；一次調頻的調頻負荷變化幅度上限可以加以限制，但限制幅度不應過小，規(guī)定如下：

a)250MW＞Po的火電機組，限制幅度≥10％Po；

b)350MW≥Po≥250MW的火電機組，限制幅度≥8％Po；

c)500MW≥Po＞350MW的火電機組，限制幅度≥7％Po；

d)Po＞500MW的火電機組，限制幅度≥6％Po。

大部分調整抽氣式汽輪機組設計發(fā)電的同時，承擔一定的對外供熱抽汽功能。由于抽汽位置一般設置于高中壓缸，抽出蒸汽只在汽輪機內完成部分做功，未進行再低壓缸內的做功過程，相對來說降低了進入汽輪機蒸汽的做功能力，因此，部分調整抽汽式汽輪機的一次調頻功能的快速性受到較大影響，機組一次調頻快速性指標不能滿足電網(wǎng)的技術要求。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種提升調整抽汽式汽輪機組一次調頻補償能力的控制方法及系統(tǒng)，該發(fā)明在一次調頻動作，需要機組快速補償負荷時，不再單一依靠調整汽輪機組的進汽調門，完成一次調頻補償，而是采用進汽調門與抽汽調門協(xié)調控制，同時動作，快速調整汽輪機內做功蒸汽量，達到提升機組一次調頻快速補償?shù)哪康摹?/p>

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種提升調整抽汽式汽輪機組一次調頻補償能力的控制方法，當電網(wǎng)實時運行頻率超出機組設置調頻死區(qū)時，根據(jù)電網(wǎng)實時頻率與基準頻率形成的頻差，分別計算出機組對應的進汽調門和抽汽調門的一次調頻補償指令，當進汽調門與抽汽調門一次調頻功能都投入時，如果電網(wǎng)實時頻率高于基準頻率，計算出減小進汽調門的開度指令，同時增大抽汽調門開度；當電網(wǎng)實時頻率低于電網(wǎng)基準頻率時，計算出增大進汽調門的開度指令和減小抽氣調門的開度指令，完成機組一次調頻補償調節(jié)過程。

一種提升調整抽汽式汽輪機組一次調頻補償能力的控制方法，包括以下步驟：

(1)測量電網(wǎng)的實時頻率，將其與一次調頻動作的電網(wǎng)基準頻率進行比較，計算電網(wǎng)頻率有效波動值；

(2)根據(jù)電網(wǎng)頻率的實時波動值和機組不等率要求，計算機組一次調頻動作時進汽調門補償動作值和抽汽調門補償動作值；

(3)判斷是否存在投入或退出抽汽輔助一次調頻動作指令，如果有投入指令，轉入步驟(4)，如果有退出指令，轉入步驟(5)；

(4)將機組一次調頻動作前抽汽調門控制指令的動作值與機組一次調頻動作時抽汽調門補償動作值疊加后控制機組抽汽控制調門；

(5)抽汽調門一次調門補償指令取零，機組抽汽控制調門執(zhí)行機組一次調頻動作前抽汽調門控制指令；

(6)判斷是否存在投入或退出進汽調門一次調頻指令，如果有投入指令，轉入步驟(7)，如果有退出指令，轉入步驟(8)；

(7)將機組一次調頻動作前進汽調門控制指令的動作值與機組一次調頻動作時進汽調門補償動作值疊加后控制機組進汽控制調門；

(8)進汽調門一次調門補償指令取零，機組進汽控制調門執(zhí)行機組一次調頻動作前進汽調門控制指令。

所述步驟(2)中，一次調頻動作的電網(wǎng)基準頻率取電網(wǎng)基準頻率50Hz。

所述步驟(2)中，利用分段函數(shù)F1(X)計算出機組一次調頻動作時進汽調門補償動作指令：

其中

f：電網(wǎng)實時運行頻率；

P₀：機組額定負荷；

δ：機組不等率；

f_Δ：機組調頻死區(qū)。

所述步驟(2)中，利用分段函數(shù)F2(X)計算出機組一次調頻動作時抽汽調門補償動作指令，設抽汽調門最大補償指令F_MAX，分段函數(shù)F2(X)根據(jù)電網(wǎng)頻率波動大小進行設置，在電網(wǎng)頻率波動值小于死區(qū)設定時，抽汽調門不參與調頻補償，在電網(wǎng)頻率波動值在±0.067Hz時，對應抽汽調頻開度取為50％F_MAX-70％F_MAX，電網(wǎng)頻率波動值達±0.1Hz時，對應抽汽調頻開度取最大值100％F_MAX，在每兩個頻率波動值刻度點之間，根據(jù)分段函數(shù)線性關系自動計算出實時電網(wǎng)頻率波動值對應的抽汽調門對應開度。

所述步驟(2)中，進汽調門補償動作值計算時，機組調頻死區(qū)設為±0.02Hz-±0.033Hz，不等率設置為3％-6％，最大調頻幅度為4％-10％。

所述步驟(2)中，抽汽調門一次調頻補償指令計算時，機組調頻死區(qū)設為±0.02Hz-±0.033Hz，機組抽汽調門最大補償指令為±2％-±5％。

所述步驟(3)中，當機組供熱抽汽量大于機組額定供熱抽汽量的量超過設定值時，送出抽汽調門一次調頻補償投入指令；當機組供熱抽汽量小于機組額定供熱抽汽量的量超過預定閾值時，送出抽汽調門一次調頻補償退出指令。

所述步驟(3)中，設定值為15-25％的機組額定供熱抽汽量。

所述步驟(3)中，預定閾值為10-20％的機組額定供熱抽汽量。

所述步驟(6)中，當機組發(fā)電負荷大于機組額定負荷的值超過設定值時，送出進汽調門一次調頻補償投入指令；當機組發(fā)電負荷小于機組額定負荷超過設定閾值時，送出進汽調門一次調頻補償退出指令。

所述步驟(6)中，設定值為15-25％的機組額定負荷值。

所述步驟(6)中，預定閾值為10-20％的機組額定負荷值。

一種提升調整抽汽式汽輪機組一次調頻補償能力的控制系統(tǒng)，包括采集電網(wǎng)實時運行頻率的采集模塊，計算模塊和控制模塊，當電網(wǎng)實時運行頻率超出機組設置調頻死區(qū)時，根據(jù)電網(wǎng)實時頻率與基準頻率形成的頻差，計算模塊分別計算出機組對應的進汽調門和抽汽調門的一次調頻補償指令，當進汽調門與抽汽調門一次調頻功能都投入時，如果電網(wǎng)實時頻率高于基準頻率，控制模塊發(fā)出減小進汽調門開度指令，同時增大抽汽調門開度；當電網(wǎng)實時頻率低于電網(wǎng)基準頻率時，控制模塊發(fā)出增大進汽調門的開度指令和減小抽氣調門的開度指令，完成機組一次調頻補償調節(jié)過程。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)如果電網(wǎng)實時頻率高于基準頻率，本發(fā)明會自動計算出減小進汽調門開度指令，同時增大抽汽調門開度，快速減少汽輪機內部做功的蒸汽量，進而快速降低機組發(fā)電負荷；

(2)當電網(wǎng)實時頻率低于電網(wǎng)基準頻率時，本發(fā)明會自動計算出增大進汽調門的開度指令和減小抽氣調門的開度指令，快速增加汽輪機內部做功的蒸汽量，快速提升機組發(fā)電負荷，完成機組一次調頻補償調節(jié)過程，穩(wěn)定電網(wǎng)運行頻率；

(3)本發(fā)明在一次調頻動作，需要機組快速補償負荷時，不再單一依靠調整汽輪機組的進汽調門，完成一次調頻補償，而是采用進汽調門與抽汽調門協(xié)調控制，同時動作，快速調整汽輪機內做功蒸汽量，達到提升機組一次調頻快速補償?shù)哪康?，可以明顯提升調整抽汽式汽輪機組的一次調頻快速補償能力。

附圖說明

圖1是DEH系統(tǒng)一次調頻控制結構原理圖；

圖2是本發(fā)明的控制原理圖。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

調整抽汽式機組一次調頻動作補償調整時間較短(一般不超過1分鐘)，而抽汽部分在一次調頻動作短時間內適量改變抽汽量不會影響供汽品質，但改變機組抽汽量可以快速改變汽輪機內蒸汽做功，針對于調整抽汽式汽輪機組的上述技術特點及其在一次調頻快速補償環(huán)節(jié)上的不足，本發(fā)明提出一種協(xié)調控制汽輪機組進汽調門與抽汽調門的技術方案，在一次調頻動作，需要機組快速補償負荷時，不再單一依靠調整汽輪機組的進汽調門，完成一次調頻補償，而是采用進汽調門與抽汽調門協(xié)調控制，同時動作，快速調整汽輪機內做功蒸汽量，達到提升機組一次調頻快速補償?shù)哪康??？刂圃韴D如圖2所示。

塊1：電網(wǎng)頻率測量裝置，測量出電網(wǎng)的實時頻率，送塊3。

塊2：一次調頻動作的電網(wǎng)基準頻率，一般取電網(wǎng)基準頻率50Hz，送塊3.

塊3：頻率比較器，將塊1測量的電網(wǎng)實時頻率與塊2的基準電網(wǎng)頻率比較，計算出電網(wǎng)頻率有效波動值，送塊4和塊5。

塊4：機組進汽調門一次調頻補償指令F1(X)計算模塊。該模塊根據(jù)電網(wǎng)頻率的實時波動值和機組不等率要求，利用分段函數(shù)F1(X)計算出機組一次調頻動作時進汽調門補償動作指令，送塊7。

其中

f：電網(wǎng)實時運行頻率

P₀：機組額定負荷

δ：機組不等率，一般設為3％-6％

f_Δ：機組調頻死區(qū)，一般設為±0.02Hz-±0.033Hz

以額定負荷300MW機組為例，機組調頻死區(qū)設為±0.033Hz，不等率設置為5％，最大調頻幅度為8％，具體計算函數(shù)如表1所示。

表1機組一次調頻進汽調門補償動作指令計算表

塊5：機組抽汽調門一次調頻補償指令F2(X)計算模塊。該模塊根據(jù)電網(wǎng)頻率的實時波動值，利用分段函數(shù)F2(X)計算出機組一次調頻動作時抽汽調門補償動作指令，送塊6。

假設抽汽調門最大補償指令F_MAX，分段函數(shù)F2(X)根據(jù)電網(wǎng)頻率波動大小進行設置，在電網(wǎng)頻率波動值小于死區(qū)設定時，抽汽調門不參與調頻補償，在電網(wǎng)頻率波動值在±0.067Hz時，對應抽汽調頻開度取為50％F_MAX-70％F_MAX，電網(wǎng)頻率波動值達±0.1Hz時，對應抽汽調頻開度取最大值100％F_MAX。在每兩個頻率波動值刻度點之間，根據(jù)分段函數(shù)線性關系自動計算出實時電網(wǎng)頻率波動值對應的抽汽調門對應開度。

以額定負荷300MW機組為例，機組額定抽汽量為200噸，機組調頻死區(qū)設為±0.033Hz，機組抽汽調門最大補償指令F_MAX為±3％(可根據(jù)機組實際情況進行調整)，具體計算函數(shù)折線如表2所示。

表2機組一次調頻抽汽調門補償動作指令計算表

塊6：機組抽汽調門一次調頻投入切換塊。當塊9送出投入抽汽輔助一次調頻指令投入時，將塊5計算出的抽汽調門一次調頻補償指令與塊11疊加后送塊13；當塊9送出退出指令時，抽汽調門一次調門補償指令取常數(shù)0，與塊11疊加后送塊13。

塊7：機組進汽調門投入一次調頻切換塊。當塊8送出投入進汽調門一次調頻指令投入時，將塊4計算出的進汽調門一次調頻補償指令與塊10疊加后送塊12；當塊8送出退出指令時，進汽調門一次調門補償指令取常數(shù)0，與塊10疊加后送塊12。

塊8：機組進汽調門一次調門補償投入/退出指令開關。當機組發(fā)電負荷大于機組20％額定負荷(根據(jù)電網(wǎng)要求，該值可修改)時，送出進汽調門一次調頻補償投入指令；當機組發(fā)電負荷小于機組15％額定負荷(根據(jù)電網(wǎng)要求，該值可修改)時，送出進汽調門一次調頻補償退出指令。

塊9：機組抽汽調門一次調門補償投入/退出指令開關。當機組供熱抽汽量大于機組20％額定供熱抽汽量(根據(jù)機組實際情況，該值可修改)時，送出抽汽調門一次調頻補償投入指令；當機組供熱抽汽量小于機組15％額定供熱抽汽量(根據(jù)機組實際情況，該值可修改)時，送出抽汽調門一次調頻補償退出指令。

塊10：機組一次調頻動作前進汽調門控制指令。

塊11：機組一次調頻動作前抽汽調門控制指令。

塊12：機組進汽控制調門。

塊13：機組抽汽控制調門。

工作過程：當電網(wǎng)實時運行頻率超出機組設置調頻死區(qū)時，根據(jù)電網(wǎng)實時頻率與基準頻率形成的頻差，分別計算出機組對應的進汽調門和抽汽調門的一次調頻補償指令，通常當進汽調門與抽汽調門一次調頻功能都投入時，如果電網(wǎng)實時頻率高于基準頻率，系統(tǒng)會自動計算出減小進汽調門開度指令，同時增大抽汽調門開度，快速減少汽輪機內部做功的蒸汽量，進而快速降低機組發(fā)電負荷。與之相反，當電網(wǎng)實時頻率低于電網(wǎng)基準頻率時，系統(tǒng)會自動計算出增大進汽調門的開度指令和減小抽氣調門的開度指令，快速增加汽輪機內部做功的蒸汽量，快速提升機組發(fā)電負荷，完成機組一次調頻補償調節(jié)過程，穩(wěn)定電網(wǎng)運行頻率。

為兼顧提升發(fā)電機組的經(jīng)濟效益與機組對外供熱的社會效益，調整抽汽式汽輪機組在電網(wǎng)發(fā)展過程中，裝機容量越來越大，而該類機組在電網(wǎng)頻率小幅值波動時，一次調頻快速補償調節(jié)能力相對較差。本發(fā)明提出的協(xié)調控制該類機組進汽調門與抽汽調門同時參與一次調頻補償調節(jié)的技術方案，可以明顯提升調整抽汽式汽輪機組的一次調頻快速補償能力。

上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。