[发明专利]一种超临界机组参与一次调频的控制方法及控制系统模型

说明书

本发明公开了一种超临界机组参与一次调频的控制方法及控制系统模型，包括以下步骤：超临界机组在给定工况稳定运行时，中压调节阀全开，高压调节阀调至预设开度；机组负荷增加时，高压调节阀的开度增加，中压调节阀开度保持不变；负荷降低导致电网频率增加时，高压调节阀与中压调节阀开度同时关小，高压调节阀和中压调节阀同时参与一次调频；调节完毕后，中压调节阀调至全开状态。本发明能够实现中间再热式汽轮机组高、中压调节阀同时参与电网一次调频，可改善超临界机组一次调频的能力。

技术领域

本发明属于超临界机组一次调频技术领域，特别涉及一种超临界机组参与一次调频的控制方法及控制系统模型。

背景技术

电力生产对于发电用汽轮机的调节系统提出了两个基本要求，就是保证机组能够满足用户对电能的要求和保证机组本身的安全。发电用汽轮机有两种基本的运行方式，一种是单机运行，用一台机组向用户供电，负荷与机组的功率一一对应，其转速调节系统采用比例-积分(PI)调节；另一种是并网运行，此时在电网中同时有两台或多台机组向用户供电，由于电网容量远大于单机容量，因此其转速调节系统一般采用比例(P)调节。单机运行时，机组负荷等于用户的耗电量，机组的转速决定了供电频率；并网运行时，多台机组同时向用户供电，各台机组的总发电量等于用户的总耗电量。目前的汽轮发电机均为同步发电机，机组与电网之间有很强的电磁联系，即发电机并入电网工作时，其转速受到电网频率的强烈牵制而与电网频率在稳态时保持一致。

对于汽轮发电机组来说，为了提高机组运行的安全性，一般均是并网运行。并网运行时，电力系统中的所有发电机组及负载都有密切的电气联系，构成了一个复杂的大系统。并网运行时的负荷分配和频率调节比较复杂，各机组转速随负荷分配变化严格遵循该机组调节系统的静态特性曲线。

一次调频是并列运行的所有同步发电机共同参与，是电力系统的整体行为。并列运行于同一电力系统中的每台同步发电机的调速系统可能具有不同的参数或传递函数，电力系统的一次调频特性与每台发电机调速系统特性均有关，是每台机组调速系统特性在某种意义下的“平均特性”或“综合特性”。实际电力系统中，凝汽式汽轮机、再热式汽轮机、水轮机等多种原动机同时存在，总有一些机组处于满载或限载状态，相当于这些机组的调速不等率等于无穷大，在电力系统频率变化时这些机组不参与一次调频。但是，从电力系统调频的角度来看，一次调频的作用是在电网负荷变化的过程中，通过机组调节系统的自动调节，快速响应负荷的变化，阻止频率的变化；然后靠电网的二次调频使得电网的频率精确回复到原来的额定频率。当二次调频作用完成之后，原来参与一次调频的机组其负荷回复到原来给定的负荷，阀门开度回复到原来的开度。

由于中间再热机组具有较高的经济性，我国生产的占总容量70％以上大功率汽轮机均为中间再热汽轮机。中间再热式汽轮机一般采用单元制运行，一台(或两台)锅炉向一台汽轮机供汽，由于汽轮机的空负荷流量远远小于锅炉的最低蒸发量，所以机炉的相互配合问题有别于母管制机组。中间再热式汽轮机需要很长的管道将高压缸的排汽返送到锅炉进行再热，然后送回汽轮机的中低压缸做功。因为管道很长，其中存在有相当数量的蒸汽，在汽轮机甩负荷以后，即使高压缸调节阀和主汽阀完全关闭，中间再热容积中所包含的蒸汽若继续膨胀做功，将会使汽轮机严重超速，甚至会远高于汽轮机零件的强度极限，这将带来严重的安全问题，因此在中间再热式汽轮机的中压缸前，均设有主汽阀和调节阀，并接受转速信号控制。

如果在负荷变动时，中压缸调节阀和高压缸调节阀均参与调节，则在运行过程中会发生经常性的节流作用，给汽轮机带来不必要的附加节流损耗，为了避免这种损耗，在汽轮机负荷高于30％时，中压缸调节阀全开，只有在负荷低于30％时，中压缸调节阀才开始参与调节。但随着并网运行机组容量的增加网架构建的复杂化，电网负荷变化对电网频率的冲击越来越大，同时电网或者大用户的事故解列也对电网的稳定性与安全性造成很大影响，严重威胁机组频率的稳定性；此外，新型间歇式电源的大量引入以及北方地区冬季供热需求与电功率的不平衡等问题，均严重影响电网的频率稳定性。因此，如何提高改善大容量并网机组的一次调频能力是亟需解决的关键技术问题。

发明内容