李文輝 何振東 萬杰 王林道 丁明青 劉金龍

摘 要：火電汽輪機順序閥方式下，正常運行時除在調門重疊度區(qū)域內，基本都是依靠單個調門進行調頻。然而，配置六調門汽輪機由于單個調門分擔的蒸汽流量較四高調門汽輪機單個調門所承擔的流量要少很多，因此，調門動作量相同時六高調門機組調頻能力較差。針對此問題，本文提出了一種六高調門機組調頻能力的綜合改善方法：在正常利用流量特性優(yōu)化的同時，利用背壓調節(jié)來提高機組一次調頻能力。實際機組應用效果十分顯著，這對實際工程具有一定的參考價值。

關鍵詞：六調門 汽輪機 調頻能力 流量特性 背壓控制

中圖分類號：TK26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2018）02（a）-0096-02

近幾年，我國風電和光伏發(fā)電迅猛發(fā)展，隨著國家能源結構轉型升級推進，風電和光伏發(fā)電將繼續(xù)保持著強勁的發(fā)展勢頭[1]。然而，由于風電、光伏等電源負荷呈現顯著的隨機波動不確定特性[2]，顯著影響了電力系統(tǒng)的頻率安全，這也對系統(tǒng)的調頻能力提出了更高的要求[3]。

燃煤汽輪機發(fā)電機組一次調頻是當電網負荷發(fā)生變化時，汽輪機調節(jié)系統(tǒng)自動地根據轉速的變化調整汽輪機的功率，進而將電網頻率的變化限制在一定的限度內。燃煤汽輪機發(fā)電機組一次調頻在保證電網的安全經濟運行、提高電能質量和電網調頻的控制水平、迅速消除由于電網負荷變化引起的頻率波動等方面有著重要作用[4]。其中，高調門是最重要的調頻功能部件。因此，目前大多數研究主要針對調門特性曲線進行綜合優(yōu)化技術研究，主要涉及兩個主要方面：一是流量特性曲線的線性度優(yōu)化，二是進汽順序優(yōu)化[5，6]。不僅進行了大量的理論建模及計算仿真，而且還進行了許多實際試驗測試[7，8]?？梢哉f該方面國內研究已經比較充分。然而，上述研究絕大多數公開文獻都是針對配置4個高調門的汽輪機展開的，而針對6個高調門汽輪機的研究成果較少。同時，從6調門調頻能力進行展開的研究更少。

因此，本文針對六高調門配置汽輪機調頻能力綜合改善方法進行研究，具有一定的實際工程意義。

1 六高調門汽輪機調頻能力問題分析

1.1 存在的問題分析

高調門是火電汽輪機的關鍵調頻部件之一，在順序閥方式下，正常運行時除在調門重疊度區(qū)域內，基本都是依靠單個調門進行調頻。然而，配置六調門汽輪機由于單個調門分擔的蒸汽流量較四高調門汽輪機單個調門所承擔的流量要少很多，因此，調門動作量相同時六高調門機組調頻能力較差。并且，目前的燃煤汽輪機發(fā)電機組一次調頻因子一般設置的兩個因素，頻差死區(qū)和轉速不等率都采用定值的方式，在燃煤汽輪機發(fā)電機組滑壓運行的時候，這兩個因素并不改變。在這種情況下，主蒸汽壓力偏離額定設計工況后，機組一次調頻能力也會改變。

1.2 應對策略提出

由于調門是最關鍵調頻部件，因此，首先想到的進行調門特性曲線；實際調研結果表明：機組自投產后，從未進行專門的流量特性曲線優(yōu)化。同時，為了解決目前燃煤汽輪機發(fā)電機組主蒸汽壓力偏離額定設計工況后，機組一次調頻能力也會改變的問題，本文還進一步提出了燃煤汽輪機發(fā)電機組滑壓運行一次調頻能力的補償方法。從而實現調頻能力綜合改善的目的。

2 跳門特性曲線綜合優(yōu)化

如圖1所示，未機組高調門噴嘴布置圖。鑒于機組高調門特性曲線目前未進行有效優(yōu)化的問題，對機組進行特性試驗及規(guī)律設計。如圖2所示，為調頻能力不足的調門特性曲線，機組低負荷局部進汽時下半缸進汽，存在很大的配汽不平衡汽流力。如圖2所示，為進行特性測試修正后的順序閥配汽規(guī)律。從圖2中可以看出：機組進行了調門進汽順序重組，采用對角進汽方式可以有效解決了機組原順序閥進汽順序下的局部進汽配汽不平衡汽流力較大的安全隱患。此外，從圖4中看出，兩臺機組的軸系穩(wěn)定性不同，因此開啟順序略有差異。

3 背壓調節(jié)的控制策略優(yōu)化

目前，燃煤汽輪機發(fā)電機組一次調頻功能是將汽輪機轉速與額定轉速的差值直接換算成調頻后有功功率指令。汽輪機額定轉速（一般為3000r/min）與實際轉速的差值x經函數F（x）轉換后生成一次調頻因子K，函數的具體公式如下：

，

其中，表示經過死區(qū)，為轉速不等率。

將一次調頻因子K直接疊加到燃煤汽輪機的有功功率指令給定值M上，獲得調頻后有功功率MK指令，以控制燃煤汽輪機的調門開度。

燃煤汽輪機發(fā)電機組一次調頻功能，要求轉速變化1%，通過一次調頻要求發(fā)電功率變化20%。燃煤汽輪機發(fā)電機組一次調頻不等率δ普遍設置為δ=0.05，在額定設計工況下，足以滿足上述要求。但是，當主蒸汽壓力發(fā)生改變，偏離額定設計工況時，不等率δ=0.05就不足以滿足上述要求。需要針對機組滑壓運行時利用背壓控制來進一步補償機組一次調頻能力。

4 結論

本文針對六高調門配置的火電汽輪機順序閥方式下的調頻能力綜合改善策略進行研究，并結合實際改造案例得到的結論如下。

（1）分析了六調門汽輪機調頻能力存在的問題，指出配置六調門汽輪機由于單個調門分擔的蒸汽流量較四高調門汽輪機單個調門所承擔的流量要少很多，因此，調門動作量相同時六高調門機組調頻能力較差；

（2）提出了一種六高調門機組調頻能力的綜合改善方法：在正常利用流量特性優(yōu)化的同時，利用背壓調節(jié)來提高機組一次調頻能力。

實際機組應用效果十分顯著，該方法這對實際工程具有一定的參考價值。

參考文獻

[1] 劉吉臻，王瑋，胡陽，等.新能源電力系統(tǒng)控制與優(yōu)化[J]. 控制理論與應用，2016，33（12）：1555-1561.

[2] 薛禹勝，雷興，薛峰，等.關于風電不確定性對電力系統(tǒng)影響的評述[J].中國電機工程學報，2014，34（29）：5029-5040.

[3] 曾博，楊雍琦，段金輝，等.新能源電力系統(tǒng)中需求側響應關鍵問題及未來研究展望[J].電力系統(tǒng)自動化， 2015（17）：10-18.

[4] 王琦.高風電滲透率區(qū)域電網火電機組調頻能力研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2015.

[5] 趙婷，薄利明，萬杰，等.由高調門特性問題引發(fā)的汽輪機負荷失控故障診斷[J].汽輪機技術，2017，59（1）：70-74.

[6] 俞金樹.大流量抽汽工況下汽輪機運行方式綜合優(yōu)化策略[J].熱能動力工程，2017，32（6）：123-128.

[7] 唐貴基，張文德，盧盛陽，等.600MW汽輪機部分進汽條件下配汽策略優(yōu)化[J].中國電力，2015，48（2）：14-20.

[8] 萬忠海，晏濤，吳楊輝，等.汽輪機流量特性試驗原理及偏差、要點分析[J].汽輪機技術，2015（4）：285-288.