本發(fā)明涉及發(fā)電機(jī)組調(diào)頻領(lǐng)域，尤其涉及一種多燃料混燒直流爐發(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(guò)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。

一次調(diào)頻是當(dāng)電網(wǎng)負(fù)荷改變引起電網(wǎng)頻率變化時(shí)，并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)、汽機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)自身的靜態(tài)特性承擔(dān)一定負(fù)荷的變化，如利用鍋爐的蓄能，自動(dòng)改變汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)的開(kāi)度，即改變發(fā)電機(jī)的功率，使之適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的隨機(jī)變動(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)。發(fā)電機(jī)組的常規(guī)運(yùn)行方式主要有協(xié)調(diào)控制方式、爐跟蹤方式、汽機(jī)跟蹤方式以及手動(dòng)方式，其中，協(xié)調(diào)控制方式如圖1所示，汽機(jī)以調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷為主，鍋爐以調(diào)節(jié)主汽壓力為主，在穩(wěn)定工況下，機(jī)組的實(shí)發(fā)功率等于給定功率，主汽壓力等于給定壓力，偏差均為零，在這種情況下，若要增加機(jī)組出力，就要把給定功率信號(hào)加大，這樣就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)正的功率偏差信號(hào)，它加到汽機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)器上，使蒸汽調(diào)節(jié)閥開(kāi)大，增加汽機(jī)出力；加到鍋爐壓力調(diào)節(jié)器上，增加燃料量，提高鍋爐出力。即一方面通過(guò)開(kāi)啟汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)利用鍋爐蓄熱，另一方面從鍋爐側(cè)迅速地補(bǔ)進(jìn)燃料，使機(jī)組負(fù)荷迅速跟蹤負(fù)荷指令，并保持汽壓的穩(wěn)定，因此，協(xié)調(diào)控制方式是機(jī)組最常用的運(yùn)行方式，當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行且需參加電網(wǎng)調(diào)頻時(shí)，都采用協(xié)調(diào)控制方式。在協(xié)調(diào)控制方式下，一次調(diào)頻功能的實(shí)現(xiàn)方法是一次調(diào)頻指令作用于在汽機(jī)負(fù)荷調(diào)節(jié)回路，通過(guò)汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的閉環(huán)、快速響應(yīng)，當(dāng)負(fù)荷變化引起主汽壓力的改變后，通過(guò)鍋爐主汽壓力調(diào)節(jié)回路改變鍋爐燃料量，最終達(dá)到一次調(diào)頻的負(fù)荷響應(yīng)目標(biāo)值。同時(shí)，在汽機(jī)側(cè)設(shè)置一次調(diào)頻的開(kāi)環(huán)控制回路以提高負(fù)荷的初期快速響應(yīng)。

而對(duì)于多燃料混燒，以高爐煤氣為主燃料的直流爐發(fā)電機(jī)組，由于主燃料高爐煤氣的供應(yīng)量受上游產(chǎn)線供應(yīng)的限制，機(jī)組無(wú)法運(yùn)行在協(xié)調(diào)控制方式下，只能在汽機(jī)跟蹤方式下閉環(huán)控制運(yùn)行，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻差波動(dòng)的反饋調(diào)節(jié)，因此不能承擔(dān)一次調(diào)頻，導(dǎo)致了以燃料定電模式的多燃料混燒直流爐發(fā)電機(jī)組的一次調(diào)頻能力難以滿足電網(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(wèn)題是提供多燃料混燒直流爐發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)多燃料混燒直流爐發(fā)電機(jī)組存在的燃料供應(yīng)量限制導(dǎo)致機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行在非協(xié)調(diào)控制方式下，汽機(jī)側(cè)負(fù)荷調(diào)節(jié)回路不投入使用而無(wú)法參與閉環(huán)一次調(diào)頻控制、直流鍋爐蓄熱小、傳統(tǒng)的汽機(jī)側(cè)開(kāi)環(huán)一次調(diào)頻調(diào)節(jié)精度差、滑壓運(yùn)行的汽機(jī)調(diào)頻能力有限等各項(xiàng)問(wèn)題，在汽機(jī)跟蹤方式下對(duì)汽機(jī)主汽壓力調(diào)節(jié)器的目標(biāo)設(shè)定用主汽壓力響應(yīng)需求值進(jìn)行修正，直接作用于汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)，以加快調(diào)頻的快速響應(yīng)能力，從而滿足電網(wǎng)的基本調(diào)頻要求。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種多燃料混燒直流爐發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，在設(shè)定最大響應(yīng)負(fù)荷和標(biāo)準(zhǔn)頻率后，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)荷要求值等于負(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)荷要求值等于最大響應(yīng)負(fù)荷；

S3：將實(shí)際負(fù)荷要求值轉(zhuǎn)換成為汽機(jī)的主汽壓力響應(yīng)需求值；

S4：根據(jù)汽機(jī)的主汽壓力響應(yīng)需求值與鍋爐蒸汽壓力設(shè)定值相結(jié)合得到主汽壓力調(diào)節(jié)器的壓力目標(biāo)值，并將壓力目標(biāo)值與實(shí)際壓力值進(jìn)行比較得到兩者的偏差值；

S5：將偏差值經(jīng)過(guò)速率限制器限制變化速率后作用于主汽壓力調(diào)節(jié)器，通過(guò)主汽壓力調(diào)節(jié)器的輸出指令調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻差的響應(yīng)。

進(jìn)行所述步驟S3的同時(shí)進(jìn)行步驟S3.1，所述步驟S3.1為將實(shí)際負(fù)荷要求值轉(zhuǎn)換成為鍋爐的燃料調(diào)節(jié)值和鍋爐給水調(diào)節(jié)值，對(duì)鍋爐的燃料量和進(jìn)水量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

對(duì)于滑壓運(yùn)行的機(jī)組，通過(guò)熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)，對(duì)機(jī)組滑壓運(yùn)行曲線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在機(jī)組不同運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域的滑壓曲線段適當(dāng)增加偏置，提高機(jī)組一次調(diào)頻的響應(yīng)能力。

本發(fā)明多燃料混燒直流爐發(fā)電機(jī)組在汽機(jī)跟蹤方式下的對(duì)汽機(jī)主汽壓力調(diào)節(jié)器的壓力目標(biāo)設(shè)定值用主汽壓力響應(yīng)需求值進(jìn)行修正，主要利用鍋爐蓄熱實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻差波動(dòng)的響應(yīng)，有效解決了機(jī)組在汽機(jī)跟蹤的運(yùn)行方式下無(wú)法參與一次調(diào)頻的問(wèn)題，并克服了開(kāi)環(huán)控制精度差的缺陷，另外通過(guò)將電網(wǎng)頻差轉(zhuǎn)換的燃料需求值輔助性地直接作用于鍋爐的燃料、給水調(diào)節(jié)器，適量加快鍋爐燃料和給水的響應(yīng)速度，改善了一次調(diào)頻響應(yīng)的持續(xù)能力，從而滿足電網(wǎng)的基本調(diào)頻要求；特別適合實(shí)施于鋼鐵企業(yè)的自備電廠多燃料混燒直流爐發(fā)電機(jī)組，具有較好的推廣價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有的發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制方式下的一次調(diào)頻功能框圖；

圖2為本發(fā)明中的發(fā)電機(jī)組汽機(jī)跟蹤方式下的一次調(diào)頻功能框圖。

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(shuō)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(shū)所限定的范圍。

實(shí)施例

如圖2所示，一種多燃料混燒直流爐發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻方法，設(shè)定最大響應(yīng)負(fù)荷和標(biāo)準(zhǔn)頻率，中國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)頻率為50Hz，上海電網(wǎng)的要求為當(dāng)電網(wǎng)頻率波動(dòng)范圍超過(guò)50.0Hz+0.033Hz時(shí)，發(fā)電機(jī)組按照4%的不等率進(jìn)行響應(yīng)，對(duì)于裝機(jī)容量為350WM的機(jī)組，最大響應(yīng)負(fù)荷不超過(guò)+14MW，350*4%=14MW；采用分散控制系統(tǒng)DCS的輸入端通過(guò)實(shí)時(shí)采集電網(wǎng)頻率、機(jī)組功率信號(hào)，并通過(guò)控制汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)的開(kāi)度、鍋爐燃料量和鍋爐給水量，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；具體包括以下步驟：

S1：通過(guò)實(shí)時(shí)采集的電網(wǎng)頻率計(jì)算得到電網(wǎng)頻差，電網(wǎng)頻差=標(biāo)準(zhǔn)頻率-實(shí)時(shí)采集的電網(wǎng)頻率；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)荷要求值等于負(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)荷要求值等于最大響應(yīng)負(fù)荷；

S3：將實(shí)際負(fù)荷要求值轉(zhuǎn)換成為汽機(jī)的主汽壓力響應(yīng)需求值，該轉(zhuǎn)化系數(shù)由實(shí)際設(shè)備決定，通過(guò)實(shí)驗(yàn)取得；

在本發(fā)明中，雖然該多燃料混燒直流爐發(fā)電機(jī)組的主燃料高爐煤氣供應(yīng)量受限制，但是在小幅度范圍內(nèi)以及輔助燃料仍有調(diào)節(jié)裕量，因此在本實(shí)施例中，通過(guò)主汽壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)的動(dòng)作利用鍋爐蓄熱參與一次調(diào)頻同時(shí)，為了改善一次調(diào)頻響應(yīng)的持續(xù)能力，所述步驟S3的同時(shí)進(jìn)行步驟S3.1，所述步驟S3.1為將實(shí)際負(fù)荷要求值轉(zhuǎn)換成為鍋爐的燃料調(diào)節(jié)值和鍋爐給水調(diào)節(jié)值，作用于鍋爐燃料調(diào)節(jié)器和鍋爐給水調(diào)節(jié)器，適量地直接改變?nèi)剂系牧髁亢徒o水量，使給水、燃料能更快地變化，以及時(shí)補(bǔ)充、釋放鍋爐蓄能，進(jìn)一步改善一次調(diào)頻響應(yīng)的持續(xù)能力；

S4：根據(jù)汽機(jī)的主汽壓力響應(yīng)需求值與鍋爐蒸汽壓力設(shè)定值相結(jié)合得到主汽壓力調(diào)節(jié)器的壓力目標(biāo)值，并將壓力目標(biāo)值與實(shí)際壓力值進(jìn)行比較得到兩者的偏差值；

S5：將偏差值經(jīng)過(guò)速率限制器限制變化速率后作用于主汽壓力調(diào)節(jié)器，通過(guò)主汽壓力調(diào)節(jié)器的輸出指令調(diào)節(jié)汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)的開(kāi)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)頻差的響應(yīng)；速率限制器控制開(kāi)度動(dòng)作速率時(shí)既要確保機(jī)組及時(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。

在本發(fā)明中，對(duì)于滑壓運(yùn)行的機(jī)組，因?yàn)槠渲髌麎毫φ{(diào)節(jié)器輸出的汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)的開(kāi)度指令本身就比較大，機(jī)組可利用蓄能相對(duì)較小，因此通過(guò)熱態(tài)調(diào)整試驗(yàn)，對(duì)機(jī)組滑壓運(yùn)行曲線參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，在機(jī)組不同運(yùn)行負(fù)荷區(qū)域的滑壓曲線段適當(dāng)增加偏置，有效提高機(jī)組一次調(diào)頻的響應(yīng)能力。

本實(shí)施例的具體實(shí)施數(shù)據(jù)如下：

該機(jī)組為單燒高爐煤氣，容量為350WM的機(jī)組，最大響應(yīng)負(fù)荷不超過(guò)+14MW，保持高爐煤氣燃料量總指令不變，在機(jī)組當(dāng)前運(yùn)行負(fù)荷段的滑壓曲線增加0.5MPa的壓力偏置值，然后投用本方法的一次調(diào)頻功能，得到實(shí)施例1~3的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

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)組實(shí)際負(fù)荷216.1MW，高爐煤氣流量622KNm³/h，主汽壓力調(diào)節(jié)器的當(dāng)前輸出開(kāi)度指令為36.8%，首先由步驟S1、2計(jì)算得到負(fù)荷響應(yīng)要求值為7MW，幅值在+14MW范圍內(nèi) ，因此實(shí)際負(fù)荷要求值等于7MW，通過(guò)步驟S3、4實(shí)際負(fù)荷要求值轉(zhuǎn)化成偏差值為降低0.25MPa；然后通過(guò)步驟S5得到降低0.25MPa對(duì)應(yīng)的閥門(mén)開(kāi)度指令值為72%，最后經(jīng)過(guò)速率限制器控制變化速率將主汽壓力調(diào)節(jié)器的輸出開(kāi)度指令逐步從36.8%開(kāi)至72%，根據(jù)步驟S3.1將高爐煤氣流量同步增加到636KNm³/h。機(jī)組負(fù)荷在15秒內(nèi)增至219.2MW，30秒內(nèi)增至220.9MW，最高增至222.3MW。

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，機(jī)組實(shí)際負(fù)荷216.3MW，高爐煤氣流量617KNm³/h，主汽壓力調(diào)節(jié)器的當(dāng)前開(kāi)度為35%，首先由步驟S1、2計(jì)算得到負(fù)荷響應(yīng)要求值為-7MW，幅值在+14MW范圍內(nèi)，因此實(shí)際負(fù)荷要求值等于-7MW，通過(guò)步驟S3、4實(shí)際負(fù)荷要求值轉(zhuǎn)化成偏差值為為增加0.3MPa；然后通過(guò)步驟S5得到增加0.3MPa對(duì)應(yīng)的目標(biāo)開(kāi)度值為28.9%，最后經(jīng)過(guò)速率限制器控制變化速率將主汽壓力調(diào)節(jié)器的開(kāi)度逐步從35%關(guān)至28.9%，根據(jù)步驟S3.1將高爐煤氣流量同步減至602KNm³/h。機(jī)組負(fù)荷在15秒內(nèi)降至214.3MW，在30秒內(nèi)降至212.2MW，最低降至209.4MW。

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，機(jī)組實(shí)際負(fù)荷216.9MW，高爐煤氣流量622KNm³/h，主汽壓力調(diào)節(jié)器的當(dāng)前開(kāi)度為32%，首先由步驟S1、2計(jì)算得到負(fù)荷響應(yīng)要求值為+14MW，幅值在+14MW范圍內(nèi)，因此實(shí)際負(fù)荷要求值等于14MW，通過(guò)步驟S3、4實(shí)際負(fù)荷要求值轉(zhuǎn)化成偏差值為降低0.6MPa；然后通過(guò)步驟S5得到降低0.6MPa對(duì)應(yīng)的目標(biāo)開(kāi)度值為100%，最后經(jīng)過(guò)速率限制器控制變化速率將主汽壓力調(diào)節(jié)器的開(kāi)度逐步從32%開(kāi)至100%，根據(jù)步驟S3.1將高爐煤氣流量同步增至652KNm³/h。機(jī)組負(fù)荷在15秒內(nèi)增至221.6MW，在30秒內(nèi)增至225.5MW，最高增至227.6MW。

經(jīng)上述三次頻率擾動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明設(shè)計(jì)的汽機(jī)跟蹤方式下的一次調(diào)頻功能，通過(guò)汽機(jī)主汽壓力調(diào)節(jié)器直接作用于汽機(jī)調(diào)速汽門(mén)，快速調(diào)節(jié)汽門(mén)開(kāi)度以響應(yīng)電網(wǎng)頻差要求，有效解決了機(jī)組在汽機(jī)跟蹤的運(yùn)行方式下無(wú)法參與一次調(diào)頻的問(wèn)題；同時(shí)，一次調(diào)頻指令同步作用于鍋爐燃料調(diào)節(jié)器，使鍋爐燃料高爐煤氣流量同步變化，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。