一种火电机组高速升负荷调峰系统的制作方法

1.本实用新型涉及火电站自动控制技术领域，具体涉及一种火电机组极限升负荷调峰系统。


背景技术：

2.我国三北地区具有丰富的风、光资源，近年来风电、光伏装机容量持续飞速增长，逐渐形成了大量清洁能源外送电源点或能源基地，并采用大容量、远距离输电方式向中、东部用电负荷中心供电，这些接收大功率输电的本地电网被称为受端电网。
3.受端电网有一个重要的特点，即本地机组发电功率远小于本地的用电负荷，虽然由外来发电功率补充，但这带来一个电网运行的巨大风险，即大功率远距离送电线路的故障跳闸、输电端大规模风场低电压穿越故障切除等，将导致受端电网发电功率大幅低于用电负荷，从而产生巨大的电功率不平衡，这种不平衡会导致受端电网的频率出现快速降低，如无法瞬时补充足够的发电功率，将导致电网被迫切除部分用电负荷等极端手段以组织电网频率的进一步下降。由于切负荷过程属紧急动作，不仅造成被切除负荷的巨大经济损失，而且很容易在动态过程中因负荷切除过多过快，引起电网功率振荡甚至解列等重大事故。
4.因此，大功率长距离受端电网非常重视电网功率稳定的控制。目前应对联络线失功率的问题，火电机组常规快速降升负荷调节包括一次调频、二次调频、三次调频功能。
5.(1)一次调频
6.一次调频是机组主动根据电网频率的变化进行负荷调节，当联络线失去功率并引起受端电网网频快速下降时，机组会自动快速升高功率运行，是机组的短时快速调频功能。其调节能力要求一般是15s达到调节目标的70％，30s达到调节目标的90％，调节幅度对300mw以上大功率火电机组一般是5
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8％pe(额定功率)。这样按调频上限6％pe折算下来，15s内一次调频速率约16.8％pe/min，30s平均一次调频速率为10.8％pe/min，但如此高速的调频过程注定了其调节持续时间和幅度都较小，累计幅度上限约6％。此外，一般对机组额定负荷运行时，一次调频要求升负荷，此时一般要求调频上限为5％pe，但实际机组在满负荷时基本都不具备足够的升负荷调频能力，不仅升负荷速率慢，而且升负荷幅度很小，尤其对于空冷机组在夏季用电高峰时，本身受冷端换热能力的下降达到额定功率发电都已十分困难，更不具备额定负荷时的进一步升负荷能力。
7.(2)agc(自动发电控制)
8.电网二次调频一般指agc，是电网调度根据网频与联络线功率交易情况通过控制系统自动下发负荷调节指令至机组侧，由机组控制系统响应agc指令，从而实现负荷调节的目标。由于agc调节范围要求较大，一般是45％
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100％pe，且下一个指令周期的调节方向随机，因此调节速率较低，电网要求一般高于1.5％pe/min，实际机组大部分在1％pe/min
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1.5％pe/min之间。与一次调频不同，机组在额定负荷运行时，agc不会继续发升负荷指令，因此，机组额定负荷运行时，agc没有进一步升负荷能力。
9.(3)三次调频
10.电网三次调频一般是指电网调度员根据电网调峰和潮流需要，通过电话告知机组运行人员，执行所需的大幅升降负荷需求，相当于是agc调节的补充，除启/停机要求外，因为不涉及性能考核，因此响应速率和幅度不高于agc指标要求。
11.现有技术潜在的可用于高速升负荷调峰的技术对比如下表所示。
12.方式降负荷速率pe％/min负荷降幅额定负荷的升负荷能力一次调频10.8％pe/min
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16.8％pe/min5
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8％pe部分有，但弱agc1％pe/min
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2％pe/min55％pe无三次调频≤1.5pe/min55％pe或100％pe无
13.综合以上分析可以发现，高速的一次调频能力不能持久，而大幅且持久的agc与三次调频作用又无法实现高速调峰，且夏季用电高峰等高负载工况，大量机组额定负荷运行，此时升负荷调峰能力非常弱，这也是目前受端电网负荷调度面临的最大难题，即缺乏一种应对大幅负荷扰动的高速大幅升负荷调峰手段。


技术实现要素：

14.为了解决上述问题，本实用新型目的在于提出一种火电机组高速升负荷调峰系统，触发条件由机组根据所接入电网的终端频率测量结果主动执行，无需电网调度的远程触发，响应速度和可靠性较好，用于电网调度在紧急情况下使用，尤其对于我国特高压大功率长距离输电落地的中东部受端区域电网具有重要的现实意义。
15.为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
16.一种火电机组高速升负荷调峰系统，包括用于测量主变高压侧电网频率的高精度电网侧频率表12，高精度电网侧频率表12连接越下限触发模块13的输入端，越下限触发模块13的输出端连接升负荷调峰动作与门14的输入端，同时来自火电机组的高速升负荷允许指令15也接入升负荷调峰动作与门14的输入端，升负荷调峰动作与门14的输出端连接高速升负荷调峰控制作用选择开关组11的输入端，高速升负荷调峰控制作用选择开关组11的输出端连接并控制火电机组回热系统中低加旁路阀3和高加旁路阀7的切换。
17.所述的一种火电机组高速升负荷调峰系统的火电机组高速升负荷调峰方法，采用高精度电网侧频率表12测量主变高压侧的电网频率，电网频率输入越下限触发模块13，当电网频率低于越下限触发模块13设置的频率动作下限f
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时，则越下限触发模块13输出高速升负荷需求信号，送入升负荷调峰动作与门14，当高速升负荷需求信号与来自火电机组的高速升负荷允许指令15同时为ture或1时，则升负荷调峰动作与门14输出最终的高速升负荷动作指令，进入高速升负荷调峰控制作用选择开关组11，高速升负荷调峰控制作用选择开关组11根据可复选的动作组的开关配置，切换对应的旁路阀，实现火电机组的高速升负荷调峰。
18.本实用新型一种火电机组高速升负荷调峰系统具有以下特点：
19.(1)高速升负荷调峰系统的触发条件由机组根据所接入电网的终端频率测量结果主动执行，无需电网调度的远程触发，响应速度和可靠性较好。
20.(2)高速升负荷调峰系统的调节速率与机组当前负荷水平有关，但均远高于agc功能，调节幅度也与机组当前负荷水平有关，均远高于一次调频功能，为电网提供了一种新的升负荷调峰手段，尤其适用于我国长距离大功率输电受端电网，一旦发生大功率输电线路
闭锁跳闸事故，高比例的发电功率缺口是常规一次调频无法应对的，agc控制则远远无法满足事故处置的要求。高速升负荷调峰系统的应用将大幅改善送端电网的事故响应能力，对应对我国能源与用电负荷中心的长距离差异，改善特高压大功率长距离输电体系的安全性都具有重要的战略意义。
21.(3)高速升负荷调峰系统基于目前机组现有硬件工艺系统，无需做高成本的升级改造，可快速、低成本的有效提升电网应对大幅低频扰动的能力。
附图说明
22.图1为本实用新型火电机组高速升负荷调峰系统结构示意图。
23.图中：1——凝汽器；2——凝结水泵；3——低加旁路阀；4——低压加热器；5——除氧器；6——给水泵；7——高加旁路阀；8——高压加热器；9——锅炉；10——高温汽轮机抽汽；11——高速升负荷调峰控制作用选择开关组；12——高精度电网侧频率表；13——越下限触发模块；14——升负荷调峰动作与门；15——高速升负荷允许指令。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
25.常规火电机组回热系统如附图1所示，来自凝汽器1的冷凝水，由凝结水泵2送入凝结水系统管道，流经多个(多为4个)低压加热器4及其低加旁路阀3，由来自汽轮机的汽轮机抽汽10进行加热后，流入除氧器5，在除氧器5中利用高温汽轮机抽汽10进行除氧，进而由给水泵6泵入给水系统管道，流经多个(一般是3个)高压加热器8及其高加旁路阀7，最终进入锅炉9。
26.多个低加旁路阀3和高加旁路阀7都是三通切换阀，机组正常运行时各旁路管道都是闭合的，也即按上述工艺流程工作，只有在对应的设备(如低压加热器4或高压加热器8)发生故障时，控制系统会根据系统保护设计的逻辑，切换旁路管道投入运行。其中，多个高压加热器8由于管道压力和温度较高，管道和阀门成本高，故只采用一个大旁路，也就是当高加旁路阀7切换至旁路时，多个高压加热器8将同时被旁路掉，给水直接通过旁路管道流入锅炉而不流经多个高加加热器8。多个低压加热器4的压力相对较低，因此，一般设置独立的旁路，即每个低压加热器4可以由对应的低加旁路阀3切除运行，使凝结水通过旁路管道直接流入下一级低压加热器或除氧器，而不经过该低压加热器。
27.如图1所示，本实用新型所述一种火电机组高速升负荷调峰系统，在现有系统及其工作流程基础上，包括用于测量主变高压侧电网频率的高精度电网侧频率表12，高精度电网侧频率表12连接越下限触发模块13的输入端，越下限触发模块13的输出端连接升负荷调峰动作与门14的输入端，同时来自火电机组的高速升负荷允许指令15也接入升负荷调峰动作与门14的输入端，升负荷调峰动作与门14的输出端连接高速升负荷调峰控制作用选择开关组11的输入端，高速升负荷调峰控制作用选择开关组11的输出端连接并控制火电机组回热系统中低加旁路阀3和高加旁路阀7的切换。
28.本实用新型所述一种火电机组高速升负荷调峰系统的火电机组高速升负荷调峰方法，采用高精度电网侧频率表12测量主变高压侧的电网频率，电网频率输入越下限触发模块13，当电网频率低于越下限触发模块13设置的频率动作下限f
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时，则越下限触发模块
13输出高速升负荷需求信号，送入升负荷调峰动作与门14，当高速升负荷需求信号与来自火电机组的高速升负荷允许指令15同时为ture(或1)时，则升负荷调峰动作与门14输出最终的高速升负荷动作指令，进入高速升负荷调峰控制作用选择开关组11，高速升负荷调峰控制作用选择开关组11根据可复选的动作组的开关配置，切换对应的旁路阀，实现火电机组的高速升负荷调峰。
29.火电机组高速升负荷调峰的具体原理分为高加旁路和低加旁路两类，具体如下：
30.高加旁路：当高速升负荷调峰控制作用选择开关组11中高加旁路被选中时，高速升负荷动作指令会切换高加旁路阀7至旁路状态，使给水泵6流出的给水经高加旁路阀7通过旁路管道直接进入锅炉9。由于给水不再流经高压加热器8，无法带走高压加热器8的热量，这样进入高压加热器8的高温汽轮机抽汽10无法在高压加热器8中凝结排出，只能返回到汽轮机，增加做功蒸汽流量，提高机组功率。以某300mw火电机组为例，不同负荷工况切换高加旁路阀7的升负荷能力如下表：
31.负荷工况旁路升负荷幅度旁路升负荷比最大旁路升负荷速率50％pe23.6mw7.9％pe16％pe/min75％pe38.9mw13.0％pe26％pe/min100％pe58.1mw19.4％pe38.8％pe/min
32.低加旁路：当高速升负荷调峰控制作用选择开关组11中多路低加旁路被选中时，高速升负荷动作指令会切换低加旁路阀3至旁路状态，使凝结水泵2流出的凝结水经各低加旁路阀3通过旁路管道而不经过对应的低压加热器4直接进入下一级低压加热器4或除氧器5。由于给水不再流经对应的低压加热器4，无法带走低压加热器4的热量，这样进入低压加热器4的高温汽轮机抽汽10无法在低压加热器4中凝结排出，只能返回到汽轮机，增加做功蒸汽流量，提高机组功率。以某300mw火电机组为例，不同负荷工况切换低加旁路阀3的升负荷能力如下表：
33.负荷工况旁路升负荷幅度旁路升负荷比旁路升负荷速率50％pe10.2mw3.4％pe6.8％pe/min75％pe16.1mw5.4％pe10.8％pe/min100％pe22.6mw7.5％pe15％pe/min
34.两类旁路作用合计响应能力如下表：
35.负荷工况旁路升负荷比最大旁路升负荷速率50％tha11.3％pe22.8％pe/min75％tha18.4％pe36.8％pe/min100％tha26.9％pe53.8％pe/min
36.本实用新型所述一种火电机组高速升负荷调峰方法，为不同的并网发电机组宜在越下限触发模块13中采用不同的频率动作下限f
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，这样当电网事故等造成大幅发电功率缺额的水平不同，所引起的电网频率降低幅度也不同，触发机组的高速升负荷调峰功能所对应的机组数量和作用则不同，这样可以更加灵活的应对受端电网频率降低的风险，也更有利于消除本实用新型高速升负荷调峰过程不可中断和短时间不可逆的局限。
37.本实用新型所述一种火电机组高速升负荷调峰方法，可通过高速升负荷调峰控制
作用选择开关组11配置不同火电机组响应高速升负荷调峰的能力和幅度。高加旁路作用能力最强，但对锅炉9入口水温存在一定的影响，因此，对配置较低的频率动作下限f
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的机组可投入高加旁路动作，这样既避免了火电机组频繁动作的风险，也保证了极端大型事故的响应能力。低加旁路为独立旁路，因此可单独配置每个低压加热器4的旁路回路是否响应高速升负荷调峰。其中越靠近除氧器5下游的低压加热器4对应的高温汽轮机抽汽10的能量品质越高，升负荷调峰能力越强，反之，越靠近凝汽器1上游的低压加热器4对应的汽轮机抽汽10的能量品质越低，升负荷调峰能力越弱。因此，靠近凝汽器1的最后2
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3级低压加热器4的调峰能力较弱，可不参与高速升负荷调峰动作。由于低加旁路对机组的影响较小，因此，可对大多数火电机组都配置低加旁路的响应动作。