電網(wǎng)頻率是電能質(zhì)量的主要指標之一，是衡量發(fā)電功率與用電負荷平衡的標志?；痣姍C組響應(yīng)一次調(diào)頻的本質(zhì)是在電網(wǎng)頻率出現(xiàn)擾動時快速改變機組有功出力，維護電網(wǎng)功率平衡和頻率穩(wěn)定。超臨界、超超臨界機組由于沒有汽包作為機爐側(cè)緩沖，受協(xié)調(diào)系統(tǒng)能力限制的影響，普遍存在調(diào)頻能力不足、機組運行參數(shù)尤其是主蒸汽壓力波動大等問題。因此，如何進一步提高該類機組一次調(diào)頻能力是亟待解決的問題。

 

2論文所解決的問題及意義

 

凝結(jié)水節(jié)流的調(diào)節(jié)負荷作用具有速率快，幅度小，暫時性的特點，符合一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)特性。本文在深入研究凝結(jié)水節(jié)流對機組功率影響的熱力學(xué)機理基礎(chǔ)上，提出基于凝結(jié)水節(jié)流的一次調(diào)頻控制方法。通過計算凝結(jié)水節(jié)流蓄能對凝結(jié)水節(jié)流參與一次調(diào)頻的調(diào)節(jié)能力進行定值分析，提出多尺度分解理論對一次調(diào)頻指令進行分解，由凝結(jié)水節(jié)流系統(tǒng)和機爐側(cè)一次調(diào)頻系統(tǒng)分擔一次調(diào)頻任務(wù)，共同調(diào)節(jié)實現(xiàn)火電機組一次調(diào)頻的快速安全穩(wěn)定控制。

 

3論文重點內(nèi)容

 

（1）凝結(jié)水節(jié)流系統(tǒng)蓄能計算

 

凝結(jié)水節(jié)流原理可概括為利用除氧器上水閥調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量，影響低壓加熱器熱平衡從而改變低壓缸抽汽量，進而改變機組負荷。然而，受除氧器尺寸的制約凝結(jié)水系統(tǒng)蓄能容量有限。為方便描述凝結(jié)水節(jié)流系統(tǒng)蓄能，參考容積蓄熱系數(shù)概念，定義節(jié)流蓄能系數(shù)如下：除氧器中的蓄能介質(zhì)在單位水位變化時，變化體積部分造成的汽輪機低壓缸側(cè)抽汽量變化中攜帶的熱量能夠轉(zhuǎn)化為電能的部分，單位(kJ/m)。

 

對“功率增量-節(jié)流量”增益系數(shù)進行計算過程如下：機組凝結(jié)水流量的變化會導(dǎo)致除氧器和各級低壓加熱器抽汽做功份額發(fā)生改變，即4~8級加熱器做功份額?；谶\行數(shù)據(jù)分析，可以將凝結(jié)水節(jié)流引起的5號低加抽汽做功變化作為節(jié)流引起的機組功率變化的表征量。對抽汽流量等無測點參數(shù)進行軟測量計算后，整理獲得凝結(jié)水節(jié)流功率的非線性計算模型。

 

利用凝結(jié)水節(jié)流擾動實驗數(shù)據(jù)對節(jié)流蓄能系數(shù)進行驗證。90%額定負荷下節(jié)流量238kg/s，計算機組功率增量16.47MW，實際機組功率增量16.2MW，相對誤差1.67%，說明建立的功率增量-節(jié)流量增益模型能夠反映出凝結(jié)水節(jié)流量對機組功率增量的影響情況。

 

定義機組功率增量與凝結(jié)水節(jié)流量的增益系數(shù)。

節(jié)流增益系數(shù)與當前運行工況關(guān)系密切，為方便計算將該系數(shù)擬合為機組工況的函數(shù)，擬合結(jié)果如圖1所示。

 

 

圖1 節(jié)流增益系數(shù)與機組工況關(guān)系曲線

 

處于安全因素考慮需要對凝結(jié)水系統(tǒng)蓄能容量進行計算。根據(jù)除氧器內(nèi)工質(zhì)質(zhì)量平衡對除氧器內(nèi)工質(zhì)容量進行計算并擬合為除氧器水位的二階函數(shù)，結(jié)合功率增益系數(shù)計算獲得除氧器水位變化單位高度引起的抽汽量改變轉(zhuǎn)化成汽輪機側(cè)熱量的變化關(guān)系，利用該關(guān)系系數(shù)可以評估當前狀態(tài)下凝結(jié)水節(jié)流系統(tǒng)參與機組負荷調(diào)節(jié)的能力大小。

 

（2）基于多尺度分解的一次調(diào)頻聯(lián)合控制方法

 

現(xiàn)有的火電機組一般采用一次調(diào)頻“CCS+DEH”控制策略。設(shè)計利用凝結(jié)水節(jié)流參與一次調(diào)頻方法的思路是將超出現(xiàn)有協(xié)調(diào)控制所能接受的變負荷速率范圍外的功率指令分解出來，送入凝結(jié)水節(jié)流系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)。針對凝結(jié)水節(jié)流參與機組功率的調(diào)節(jié)過程中只能有限度被利用的特點，提出基于多尺度分解的一次調(diào)頻指令分配方法，對凝結(jié)水節(jié)流系統(tǒng)和主機一次調(diào)頻系統(tǒng)定值進行優(yōu)化。

 

基于變化速率的多尺度信號分解的過程可看做是：首先將一個信號分解為通過速率限制的部分（慢變部分）和剩余部分（快變部分），然后再對快變部分繼續(xù)分解，如此反復(fù)n次，將信號分解為不同速率變化的分量。每個限速環(huán)節(jié)對應(yīng)被控對象變負荷調(diào)節(jié)速率能力：其中慢變的、持續(xù)的第1層信號適用于燃料能量，快變的、暫時性的第2層信號適用于凝結(jié)水蓄能。如圖2所示。由于凝結(jié)水節(jié)流蓄能有限，因此需要對節(jié)流功率指令進行限幅，使節(jié)流調(diào)頻負荷指令包圍面積不超過節(jié)流可利用蓄能。

 

 

圖2 階躍指令信號的多尺度分解

 

（3）仿真與結(jié)果分析

 

將基于多尺度分解的一次調(diào)頻聯(lián)合控制方案應(yīng)用于被控機組，優(yōu)化前后的機組一次調(diào)頻響應(yīng)情況如圖3所示。

 

 

圖3 優(yōu)化前后的機組一次調(diào)頻響應(yīng)情況

 

凝結(jié)水節(jié)流方式下誤差絕對值積分IAE=333.897，傳統(tǒng)控制方式下IAE=497.216。可見凝結(jié)水節(jié)流與機爐側(cè)相比響應(yīng)速度更快，其可以通過快速調(diào)節(jié)凝結(jié)水流量對節(jié)流蓄能利用進行精確控制，同時分解指令緩解了機爐側(cè)控制的壓力，從而獲得更好的動態(tài)控制效果。仿真中體現(xiàn)凝結(jié)水節(jié)流參與一次調(diào)頻控制的另一優(yōu)勢在于：優(yōu)化后的機組參數(shù)尤其是主蒸汽壓力在調(diào)頻過程中更加穩(wěn)定，這是由于優(yōu)化后由于凝結(jié)水節(jié)流控制系統(tǒng)承擔了調(diào)頻負荷指令中快變的部分，機爐協(xié)調(diào)側(cè)承擔的負荷指令更加緩和，平衡了汽機側(cè)與鍋爐側(cè)的動態(tài)特性，從而提高了機爐側(cè)參數(shù)的控制質(zhì)量。

 

另外，基于尺度分解的節(jié)流一次調(diào)頻指令通過對凝結(jié)水節(jié)流量進行約束，保證了除氧器水位運行在安全區(qū)間內(nèi)（一般為水位設(shè)定中值±200mm），且一次調(diào)頻功率指令具有小幅雙向波動的特點，短時反復(fù)的凝結(jié)水流量變化避免了除氧器水位的劇烈波動，因此其能夠保證凝結(jié)水節(jié)流系統(tǒng)參與一次調(diào)頻控制的投入率。

 

4結(jié)論

 

凝結(jié)水節(jié)流本質(zhì)是一種利用汽輪機回熱系統(tǒng)蓄能影響機組出力的方法。本文提出節(jié)流蓄能系數(shù)概念，通過對凝結(jié)水節(jié)流系統(tǒng)蓄能進行分析，定量評估了凝結(jié)水節(jié)流在參與一次調(diào)頻過程中的能量貢獻能力，結(jié)合所提出的基于多尺度分解的一次調(diào)頻聯(lián)合控制方法，使機組在提高一次調(diào)頻動態(tài)響應(yīng)能力、改善運行參數(shù)穩(wěn)定性的同時保證了凝結(jié)水節(jié)流系統(tǒng)的投入率，具有可觀的實際應(yīng)用價值。