本發(fā)明涉及電廠自動(dòng)化控制領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻方法。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要任務(wù)之一是對(duì)電網(wǎng)頻率進(jìn)行監(jiān)視和控制，電網(wǎng)頻率是評(píng)價(jià)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，頻率超過允許范圍會(huì)影響電力系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組和用戶的安全及經(jīng)濟(jì)效益，更嚴(yán)重的波動(dòng)會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)的嚴(yán)重沖擊甚至使電網(wǎng)崩潰，發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻功能對(duì)維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定至關(guān)重要。

電網(wǎng)一次調(diào)頻是通過發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)自身對(duì)電網(wǎng)的頻率變化進(jìn)行自動(dòng)控制，通過改變機(jī)組的負(fù)荷來適應(yīng)電網(wǎng)頻率的波動(dòng)，從而達(dá)到電網(wǎng)發(fā)電與用電負(fù)荷之間的平衡，使電網(wǎng)頻率穩(wěn)定在50hz附近的允許范圍內(nèi)。國內(nèi)大中型常規(guī)的火電機(jī)組基本都具備一次調(diào)頻功能，而特殊類型的機(jī)組如燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組等由于過去單機(jī)容量小、在電網(wǎng)所占的比例小、受到燃料的限制、以及燃機(jī)核心控制方法被國外廠家技術(shù)封鎖等原因，極少具備一次調(diào)頻功能。隨著電網(wǎng)安全重要性的日益凸現(xiàn)，以及國家對(duì)環(huán)保的要求逐漸提高，近年來燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的裝機(jī)容量不斷增加，在電網(wǎng)中所占比例也越來越高，燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組是否能快速地響應(yīng)電網(wǎng)頻率的變化并安全參與電網(wǎng)一次調(diào)頻變得日益重要。

對(duì)于單燒低熱值高爐煤氣的單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，機(jī)組的主燃料為低熱值高爐煤氣，燃燒不容易穩(wěn)定，為確保穩(wěn)定燃燒，通過設(shè)計(jì)專門結(jié)構(gòu)的燃燒室，及配置高、低壓煤氣壓縮機(jī)來提高進(jìn)入燃燒室的高爐煤氣壓力等方式來滿足燃料穩(wěn)定燃燒的要求。單軸的設(shè)計(jì)使同一軸上布置了汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、高壓煤氣壓縮機(jī)、低壓煤氣壓縮機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)、空氣壓縮機(jī)等設(shè)備，其中高、低壓煤氣壓縮機(jī)在提供機(jī)組所需壓力的主燃料的同時(shí)，又消耗相當(dāng)大的功率，這使得機(jī)組設(shè)備的組成及控制功能極為復(fù)雜，該類型機(jī)組原不具備一次調(diào)頻功能，無法滿足電網(wǎng)的基本調(diào)頻需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種單燒低熱值高爐煤氣單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組一次調(diào)頻方法，該方法針對(duì)單燒低熱值高爐煤氣的單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組存在的主燃料高爐煤氣熱值偏低，燃燒不易穩(wěn)定的特性，利用修正后的負(fù)荷差值對(duì)燃?xì)鈮嚎s機(jī)的全程靜葉的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)的需求，滿足了電網(wǎng)對(duì)該機(jī)組的一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)的要求。

申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，和常規(guī)的火電機(jī)組汽機(jī)側(cè)一次調(diào)頻快速響應(yīng)配合鍋爐側(cè)一次調(diào)頻共同完成負(fù)荷增、減不同，聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的燃燒室燃燒生成的高溫氣體進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)做功，燃?xì)廨啓C(jī)的排氣進(jìn)入余熱鍋爐，加熱給水形成高溫高壓蒸汽進(jìn)入汽機(jī)做功，在發(fā)生電網(wǎng)頻率擾動(dòng)時(shí)，由于汽機(jī)的負(fù)荷時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)大于燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷時(shí)間常數(shù)，汽機(jī)基本上處于調(diào)門全開的滑壓運(yùn)行方式，只能在發(fā)生一次調(diào)頻擾動(dòng)后逐漸跟隨，因此，一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)功能主要由燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)來完成。

單燒低熱值高爐煤氣的單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組主要通過調(diào)節(jié)機(jī)組的燃料流量來改變負(fù)荷，機(jī)組的主控制系統(tǒng)由通過最小值選擇的多個(gè)控制回路組成，包括轉(zhuǎn)速控制、燃機(jī)系統(tǒng)負(fù)荷控制和燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度控制等回路。機(jī)組正常運(yùn)行發(fā)電時(shí)，燃機(jī)系統(tǒng)負(fù)荷控制回路指令低選起作用，通過低壓煤氣壓縮機(jī)的全程靜葉調(diào)節(jié)主燃料高爐煤氣的流量以調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，由燃燒室前的煤氣調(diào)節(jié)閥精確調(diào)節(jié)進(jìn)入燃燒室的高爐煤氣壓力，通過空氣壓縮機(jī)的入口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)燃?xì)廨啓C(jī)的排氣溫度。當(dāng)夏季環(huán)境溫度較高時(shí)，一旦發(fā)生燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度高保護(hù)動(dòng)作，排氣溫度調(diào)節(jié)器控制指令低選起作用，會(huì)限制機(jī)組增加負(fù)荷，不利于機(jī)組一次調(diào)頻能力的實(shí)現(xiàn)。

基于上述設(shè)備特性及負(fù)荷控制原理，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種單燒低熱值高爐煤氣單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組一次調(diào)頻方法，設(shè)定空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉的最大開度、燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度上限值和負(fù)荷設(shè)定值后，包括以下步驟：

s1：實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率的差值，該差值即為電網(wǎng)頻差，將電網(wǎng)頻差轉(zhuǎn)換為負(fù)荷響應(yīng)要求值；

s2：將負(fù)荷響應(yīng)要求值與最大響應(yīng)負(fù)荷進(jìn)行比較，當(dāng)負(fù)荷響應(yīng)要求值小于等于最大響應(yīng)負(fù)荷時(shí)，實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值等于負(fù)荷響應(yīng)要求值；當(dāng)負(fù)荷響應(yīng)要求值大于最大響應(yīng)負(fù)荷時(shí)，實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值等于最大響應(yīng)負(fù)荷；

s3：將實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值與負(fù)荷設(shè)定值進(jìn)行疊加得到機(jī)組實(shí)際負(fù)荷要求值，根據(jù)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷要求值與實(shí)際負(fù)荷值的差值經(jīng)燃機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)器計(jì)算得到全程靜葉角度的調(diào)整值，根據(jù)全程靜葉角度的調(diào)整值對(duì)全程靜葉角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料流量的調(diào)節(jié)以改變機(jī)組的負(fù)荷；

備注：負(fù)荷調(diào)節(jié)器是pi調(diào)節(jié)器，一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)需求值疊加在負(fù)荷設(shè)定值上，與實(shí)際負(fù)荷形成偏差，通過pi調(diào)節(jié)器計(jì)算輸出全程靜葉的角度。

s4：當(dāng)滿足以下兩種條件中的一種時(shí)，完成本次一次調(diào)頻的操作；

1)燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度上限值同時(shí)空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉角度值達(dá)到最大開度；

2)全程靜葉角度根據(jù)調(diào)整值調(diào)整完畢。

該一次調(diào)頻方法還包括根據(jù)環(huán)境溫度設(shè)定空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉最大開度的步驟，本單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中燃燒室所用的助燃空氣由空氣壓縮機(jī)供應(yīng)。

所述根據(jù)環(huán)境溫度設(shè)定空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉最大開度的具體參數(shù)為；

當(dāng)環(huán)境溫度大于26℃時(shí)，入口導(dǎo)葉最大開度設(shè)定為-30°；

當(dāng)環(huán)境溫度小于24℃時(shí)，入口導(dǎo)葉最大開度設(shè)定為-33°；

當(dāng)環(huán)境溫度為24℃~26℃時(shí)，入口導(dǎo)葉最大開度設(shè)定為-33°+(a-24℃)×1.5°/℃，a為環(huán)境溫度，℃。

所述步驟s2中實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值的輸出變化率由速率限制器限制。

所述步驟s2與步驟s3之間還包括對(duì)實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值進(jìn)修正的步驟，通過對(duì)機(jī)組進(jìn)行熱態(tài)試驗(yàn)獲取函數(shù)轉(zhuǎn)換的參數(shù)對(duì)實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值進(jìn)行修正，以避免負(fù)荷調(diào)整時(shí)對(duì)機(jī)組影響太大，影響機(jī)組的安全性。

本發(fā)明單燒低熱值高爐煤氣單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組一次調(diào)頻方法針對(duì)單燒低熱值高爐煤氣的單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組存在的主燃料高爐煤氣熱值偏低，燃燒不易穩(wěn)定的特性，利用修正后的負(fù)荷差值對(duì)燃?xì)鈮嚎s機(jī)的全程靜葉的角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)的需求；另外，為了能夠提高在夏季環(huán)境溫度偏高的情況下機(jī)組一次調(diào)頻的能力，通過增大空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉最大開度的方式，提高入口導(dǎo)葉的調(diào)節(jié)能力，適度增加空氣進(jìn)氣量來降低燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度。經(jīng)過多次擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)有效解決了機(jī)組對(duì)一次調(diào)頻的響應(yīng)能力，使負(fù)荷快速響應(yīng)，且響應(yīng)變化均能夠持續(xù)3分鐘以上，滿足了電網(wǎng)對(duì)該機(jī)組的一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)幅度及持續(xù)時(shí)間的要求。

附圖說明

圖1為應(yīng)用本發(fā)明方法進(jìn)行控制的單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的系統(tǒng)運(yùn)行原理框圖；

圖2為本發(fā)明單燒低熱值高爐煤氣單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組一次調(diào)頻方法；

圖3為本發(fā)明本實(shí)施例中對(duì)空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉的最大開度進(jìn)行設(shè)定的參數(shù)圖。

圖中：1燃?xì)鈮嚎s機(jī)、2燃燒室、3燃?xì)廨啓C(jī)、4汽輪機(jī)、5空氣壓縮機(jī)、6發(fā)電機(jī)、7全程靜葉、8入口導(dǎo)葉。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明表述的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實(shí)施例1

如圖1所示，為本發(fā)明應(yīng)用的單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的系統(tǒng)運(yùn)行原理框圖，高爐煤氣經(jīng)過除塵后經(jīng)過多級(jí)燃?xì)鈮嚎s機(jī)1壓縮后送入到燃燒室2內(nèi)燃燒后再由燃?xì)廨啓C(jī)3做功，燃?xì)廨啓C(jī)3的高溫排氣送到余熱鍋爐加熱給水生成蒸汽后進(jìn)入汽輪機(jī)4做功，燃燒室2所用的助燃空氣由空氣壓縮機(jī)5供應(yīng)，通過調(diào)節(jié)燃?xì)鈮嚎s機(jī)1的全程靜葉7的角度實(shí)現(xiàn)燃?xì)饬髁康恼{(diào)節(jié)；通過調(diào)節(jié)空氣壓縮機(jī)5的入口導(dǎo)葉8的角度實(shí)現(xiàn)對(duì)助燃空氣量的調(diào)節(jié)；當(dāng)燃?xì)鈮嚎s機(jī)1為多級(jí)時(shí)，調(diào)節(jié)燃?xì)饬客ǔ＠玫谝患?jí)燃?xì)鈮嚎s機(jī)的全程靜葉進(jìn)行調(diào)節(jié)；

如圖2所示，一種單燒低熱值高爐煤氣單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組一次調(diào)頻方法，設(shè)定空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉的最大開度、燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度上限值和負(fù)荷設(shè)定值后，包括以下步驟：

s1：實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)頻率與標(biāo)準(zhǔn)頻率的差值，該差值即為電網(wǎng)頻差，將電網(wǎng)頻差轉(zhuǎn)換為負(fù)荷響應(yīng)要求值；根據(jù)上海電網(wǎng)并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻的參數(shù)設(shè)置要求，根據(jù)上海市給予的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換函數(shù)將電網(wǎng)頻差轉(zhuǎn)換為對(duì)單臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)要求，即當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)范圍超過50.0hz+0.033hz時(shí)，機(jī)組按照4%的不等率進(jìn)行響應(yīng)，本實(shí)施例中的機(jī)組裝機(jī)容量為150mw，最大響應(yīng)負(fù)荷不超過+6mw；采用分散控制系統(tǒng)dcs的輸入端通過實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)頻率、機(jī)組實(shí)際負(fù)荷信號(hào)、燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度信號(hào)，并通過控制燃?xì)鈮嚎s機(jī)的全程靜葉角度、空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉的角度，使機(jī)組快速響應(yīng)以滿足電網(wǎng)一次調(diào)頻的負(fù)荷需求；

s2：將負(fù)荷響應(yīng)要求值與最大響應(yīng)負(fù)荷進(jìn)行比較，當(dāng)負(fù)荷響應(yīng)要求值小于等于最大響應(yīng)負(fù)荷時(shí)，實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值等于負(fù)荷響應(yīng)要求值；當(dāng)負(fù)荷響應(yīng)要求值大于最大響應(yīng)負(fù)荷時(shí)，實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值等于最大響應(yīng)負(fù)荷；

然后通過對(duì)機(jī)組進(jìn)行熱態(tài)試驗(yàn)獲取函數(shù)轉(zhuǎn)換的參數(shù)，用該參數(shù)對(duì)實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值進(jìn)行修正，以避免負(fù)荷調(diào)整時(shí)對(duì)機(jī)組影響太大，影響機(jī)組的安全性；

另外，在本發(fā)明中，所述實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值的輸出變化率由速率限制器限制，以避免機(jī)組負(fù)荷變化過于劇烈，影響安全性，即要保證及時(shí)響應(yīng)電網(wǎng)頻差負(fù)荷要求，又不能對(duì)機(jī)組有太大影響；

s3：將實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值與負(fù)荷設(shè)定值進(jìn)行疊加得到機(jī)組實(shí)際負(fù)荷要求值，根據(jù)機(jī)組實(shí)際負(fù)荷要求值與實(shí)際負(fù)荷值的差值經(jīng)燃機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)器計(jì)算得到全程靜葉角度的調(diào)整值，根據(jù)全程靜葉角度的調(diào)整值對(duì)全程靜葉角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃料流量的調(diào)節(jié)以改變機(jī)組的負(fù)荷；

s4：當(dāng)滿足以下兩種條件中的一種時(shí)，完成本次一次調(diào)頻的操作；

1)燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度上限值同時(shí)空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉角度值達(dá)到最大開度；

2)全程靜葉角度根據(jù)調(diào)整值調(diào)整完畢。

在本發(fā)明中，該一次調(diào)頻方法還包括根據(jù)環(huán)境溫度設(shè)定空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉最大開度的步驟，本單軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中燃燒室所用的助燃空氣由空氣壓縮機(jī)供應(yīng)。當(dāng)大氣環(huán)境溫度較高，尤其是夏季時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度易達(dá)到上限值，此時(shí)因?yàn)榘踩刂频囊蛩兀瑹o法再增加機(jī)組的負(fù)荷，因此也限制了機(jī)組一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)能力；因此本發(fā)明通過增加進(jìn)入燃燒室的助燃空氣量，達(dá)到降低燃?xì)廨啓C(jī)排氣溫度，以提高一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)能力的目的；在本實(shí)施例中，如圖3所示，原入口導(dǎo)葉最大開度為-33°，現(xiàn)在根據(jù)環(huán)境溫度設(shè)定空氣壓縮機(jī)入口導(dǎo)葉最大開度的具體參數(shù)為；

當(dāng)環(huán)境溫度大于26℃時(shí)，入口導(dǎo)葉最大開度設(shè)定為-30°；

當(dāng)環(huán)境溫度小于24℃時(shí)，入口導(dǎo)葉最大開度設(shè)定為-33°；

當(dāng)環(huán)境溫度為24℃~26℃時(shí)，入口導(dǎo)葉最大開度設(shè)定為-33°+(a-24℃)×1.5°/℃，a為環(huán)境溫度值，℃。

實(shí)施例1

dcs分散控制系統(tǒng)的輸入端檢測(cè)到電網(wǎng)頻率為49.927hz，機(jī)組處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài),機(jī)組負(fù)荷設(shè)定值和機(jī)組實(shí)際負(fù)荷值都為100mw，全程靜葉角度為60.74°，首先計(jì)算得到負(fù)荷響應(yīng)要求值為+3mw，小于+6mw，因此實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值等于3mw，燃機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)器的輸出增加燃?xì)鈮嚎s機(jī)的全程靜葉角度的指令，使全程靜葉的角度從60.74°開至61.4°，對(duì)應(yīng)的全程靜葉角度實(shí)際調(diào)整值為0.66°。機(jī)組負(fù)荷在30秒內(nèi)增加2.5mw，最高增加3.1mw。

備注：燃機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)器是pi調(diào)節(jié)器，pi調(diào)節(jié)器是對(duì)輸入的負(fù)荷設(shè)定值和負(fù)荷實(shí)際值間的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，負(fù)荷調(diào)節(jié)器前的減法器就是用于計(jì)算負(fù)荷設(shè)定值和負(fù)荷實(shí)際值的偏差，其中負(fù)荷設(shè)定值包括了原負(fù)荷設(shè)定值和一次調(diào)頻負(fù)荷響應(yīng)需求值兩部分。一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)要求值是根據(jù)上海市給予的頻差經(jīng)函數(shù)轉(zhuǎn)換生成。

實(shí)施例2

dcs分散控制系統(tǒng)的輸入端檢測(cè)到電網(wǎng)頻率為50.073hz，全程靜葉的角度為62°，首先計(jì)算得到負(fù)荷響應(yīng)要求值為-3mw，幅值小于6mw，因此實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值等于-3mw，燃機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)器的輸出減小燃?xì)鈮嚎s機(jī)的全程靜葉角度的指令，使全程靜葉的角度從62°關(guān)小至60.5°，對(duì)應(yīng)的全程靜葉角度實(shí)際調(diào)整值為1.5°。機(jī)組負(fù)荷在30秒內(nèi)減小2.6mw，最高減少3mw。

實(shí)施例3

dcs分散控制系統(tǒng)的輸入端檢測(cè)到電網(wǎng)頻率為49.887hz，全程靜葉的角度為72.2°，首先計(jì)算得到負(fù)荷響應(yīng)要求值為+6mw，幅值等于6mw，因此實(shí)際負(fù)荷響應(yīng)值等于+6mw，燃機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)器的輸出增加燃?xì)鈮嚎s機(jī)的全程靜葉角度的指令，使全程靜葉的角度從72.2°開至74.8°，對(duì)應(yīng)的全程靜葉角度實(shí)際調(diào)整值為2.6°。機(jī)組負(fù)荷在30秒內(nèi)增加4.2mw，最高增加6.3mw。