一种改进联合循环发电机组一次调频性能的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种改进联合循环发电机组一次调频性能的系统及方法，通过改进联合循环机组的控制系统，增加蒸汽轮机转速信号对调节阀开度的控制，使蒸汽轮机在外界负荷和频率变化时改变阀门开度，参与频率调节，改善蒸汽轮机的负荷响应能力和调频能力，以应对电网负荷和频率的变化，改善大规模可再生能源接入条件下火电机组的调频性能，提高可再生能源的接入率

【技术实现步骤摘要】
一种改进联合循环发电机组一次调频性能的系统及方法


[0001]本专利技术属于火电机组控制
，具体涉及一种改进联合循环发电机组一次调频性能的系统及方法
。

技术介绍

[0002]燃气
‑
蒸汽联合循环发电机组有着高效低耗
、
启动快速
、
调节灵活
、
建设周期短与环境污染小等优点，是公认应对环境恶化问题的一种途径
。
在电网容量逐渐增大与光伏
、
风电等新能源机组的大规模发展之下，电网频率
、
负荷的稳定受到了挑战，为保证电网负荷变化时的频率稳定以确保高质量的电力供应，凭借燃气
‑
蒸汽联合循环机组的特点，可以快速投入电网一次调频以增强整个电网的稳定性
。
[0003]燃气
‑
蒸汽联合循环发电机组分为燃气轮机循环与蒸汽动力循环两部分，燃气轮机循环为大气经过压气机压缩后进入燃烧室燃烧，生成高温燃气在透平中膨胀做功带动发电机发电；蒸汽动力循环利用燃气轮机透平排气进入余热锅炉中与给水换热，生成过热蒸汽在蒸汽轮机中膨胀做功带动发电机发电，排汽经冷凝器回到余热锅炉
。
蒸汽动力循环利用燃机循环排气余热以增加动力循环的效率
。
[0004]现有燃气
‑
蒸汽联合循环发电机组的一次调频控制方法主要是以燃气轮机进行一次调频动作，燃气轮机以控制燃料流量为主控方式
。
当机组受到电网负荷扰动时，机组负荷与实际负荷信号产生了一个差值，使得机组的转速发生变化，燃气轮机的控制系统根据此转速变化信号使得燃料控制信号变化，改变燃料调节阀的开度，使得燃料流量变化，最终使燃气轮机输出功率快速变化以应对电网负荷扰动
。
蒸汽轮机采用前压调节，蒸汽轮机根据锅炉出口压力控制蒸汽轮机调节阀的开度，燃气轮机排气余热使余热锅炉中产生的蒸汽压力变化，蒸汽压力变化后利用这个压力变化信号改变调节阀的开度，跟随燃气轮机的负荷而变化，进行负荷跟随动作，不主动参与机组的一次调频
。
此种控制方法下仅有燃气轮机参与机组的一次调频，使得机组在电网负荷扰动下的一次调频能力有限
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种改进联合循环发电机组一次调频性能的系统及方法，该系统和方法可以在电网负荷扰动下，机组功率快速调节，利用锅炉的蓄热参与电网的一次调频，解决常规联合循环机组蒸汽轮机部分不参与一次调频的问题，改善联合循环机组的一次调频性能，提升联合循环机组一次调频的能力
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种改进联合循环发电机组一次调频性能的方法，以机组运行状态选择控制方式，
[0008]机组稳定运行时，根据主蒸汽压力信号与压力给定信号求差，获得压差；压差经过压力偏差死区环节，在压差大于死区幅度之后，通过压力回路
PID
控制器，再经过阀门开度限速和限幅环节，获得蒸汽轮机调节阀开度控制信号
P
CV
；以燃气轮机余热充分利用为原则，
蒸汽轮机根据余热锅炉出口压力控制蒸汽轮机调节阀的开度；
[0009]蒸汽轮机转速与频率一一对应，联合循环发电机组在电网频率发生变化时，蒸汽轮机转速信号参与调节；根据蒸汽轮机给定转速和机组实际转速的偏差信号，经过转速死区环节，在转速偏差大于死区幅度之后，通过调速不等率倒数环节，再经过阀门开度限速和限幅环节，获得蒸汽轮机调节阀开度控制信号
P
CV
，控制蒸汽轮机调节阀的开度，利用锅炉蓄热，参与电网的一次调频，改善联合循环机组的调频性能
。
[0010]本专利技术的进一步改进在于：
[0011]优选的，机组稳定运行时，当燃气轮机排气热量增加时，余热锅炉吸热量增加，水蒸汽的蒸发量增加，使得余热锅炉出口压力增加；压力变送器测量获得余热锅炉出口压力的变化，与给定压力进行比较，以二者差值信号控制蒸汽轮机调节阀的开度，改变蒸汽轮机的功率，以利用燃气轮机排气的余热
。
[0012]优选的，电网频率发生变化时，蒸汽轮机转速信号参与调节且电网频率变化时，根据蒸汽轮机给定转速与实际转速的偏差控制蒸汽轮机阀门的开度，在余热锅炉出口蒸汽压力还没有变化时就开始改变蒸汽轮机的功率，使蒸汽轮机参与电网的一次调频，改善电网的一次调频性能
。
[0013]优选的，电网频率发生变化时，蒸汽轮机进汽流量变化改变蒸汽轮机的功率，蒸汽轮机功率通过转子环节改变蒸汽轮机的转速，蒸汽轮机的转速直接与电网的频率一致，实现电网频率的调整，利用余热锅炉的蓄热参与电网的一次调频
。
[0014]优选的，电网频率发生变化时，根据机组运行状态，以主蒸汽压力控制或转速控制方式输出信号，通过蒸汽轮机调节阀开度限速和限幅环节处理后，输出阀门开度控制信号，改变蒸汽轮机调节阀的开度，实现蒸汽轮机功率的控制
。
[0015]优选的，所述主蒸汽压力控制方式为根据压差信号输出控制信号，转速控制方式为根据转速偏差信号输出控制信号
。
[0016]优选的，蒸汽轮机调节阀开度指令与阀门行程反馈信号求差后通过阀门电液转换
PI
控制器处理，阀门电液转换
PI
控制器的输出信号通过油动机积分限幅环节后获得蒸汽轮机调节阀开度信号，将蒸汽轮机调节阀开度输出至阀门行程反馈环节
。
[0017]一种改进联合循环发电机组一次调频性能的系统，包括：
[0018]蒸汽动力模块，用于获取燃气轮机排气热量，通过燃气轮机排气量热量和余热锅炉的热惯性，获得主蒸汽压力信号，所述余热锅炉的热惯性包括水冷壁热惯性
、
汽包热惯性和过热器的热惯性；通过主蒸汽压力信号获得蒸汽轮机进汽阀门开度信号；通过阀门开度信号获得蒸汽轮机进汽流量信号；通过蒸汽轮机进汽流量信号获得蒸汽轮机功率信号；
[0019]蒸汽轮机阀门开度控制模块，用于通过改变蒸汽轮机阀门开度改变进入蒸汽轮机的蒸汽流量，从而改变蒸汽轮机功率；
[0020]执行机构，用于执行蒸汽轮机调节阀开度控制信号
。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术一种改进联合循环发电机组一次调频性能的系统及方法，通过改进联合循环机组的控制系统，增加转速信号对蒸汽轮机阀门开度的控制，使蒸汽轮机在外界负荷和频率变化时改变阀门开度，参与功率调节，改善蒸汽轮机的负荷响应能力，以应对电网负荷和频率的变化，改善大规模可再生能源接入条件下火电机组的调频性能，提高可再生能源
的接入率，机组转速变化后，利用燃气轮机排气量热量和余热锅炉的蓄热产生蒸汽，可以满足电网一次调频性能的要求
。
正常运行时通过主蒸汽压力信号调整蒸汽轮机进汽流量信号；通过蒸汽轮机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种改进联合循环发电机组一次调频性能的方法，其特征在于，以机组运行状态选择控制方式，机组稳定运行时，根据主蒸汽压力信号与压力给定信号求差，获得压差；压差经过压力偏差死区环节，在压差大于死区幅度之后，通过压力回路
PID
控制器，再经过阀门开度限速和限幅环节，获得蒸汽轮机调节阀开度控制信号
P
CV
；以燃气轮机余热充分利用为原则，蒸汽轮机根据余热锅炉出口压力控制蒸汽轮机调节阀的开度；蒸汽轮机转速与频率一一对应，联合循环发电机组在电网频率发生变化时，蒸汽轮机转速信号参与调节；根据蒸汽轮机给定转速和机组实际转速的偏差信号，经过转速死区环节，在转速偏差大于死区幅度之后，通过调速不等率倒数环节，再经过阀门开度限速和限幅环节，获得蒸汽轮机调节阀开度控制信号
P
CV
，控制蒸汽轮机调节阀的开度，利用锅炉蓄热，参与电网的一次调频，改善联合循环机组的调频性能
。2.
根据权利要求1所述的一种改进联合循环发电机组一次调频性能的方法，其特征在于，机组稳定运行时，当燃气轮机排气热量增加时，余热锅炉吸热量增加，水蒸汽的蒸发量增加，使得余热锅炉出口压力增加；压力变送器测量获得余热锅炉出口压力的变化，与给定压力进行比较，以二者差值信号控制蒸汽轮机调节阀的开度，改变蒸汽轮机的功率，以利用燃气轮机排气的余热
。3.
根据权利要求1所述的一种改进联合循环发电机组一次调频性能的方法，其特征在于，电网频率发生变化时，蒸汽轮机转速信号参与调节且电网频率变化时，根据蒸汽轮机给定转速与实际转速的偏差控制蒸汽轮机阀门的开度，在余热锅炉出口蒸汽压力没有变化时开始改变蒸汽轮机的功率，改善蒸汽轮机对参与电网一次调频的性能
。4.
根据权利要求1所述的一种改进联合循环发电机组一次调频性能的方法，其特征在于，电网频率发生...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴义平，傅子隽，张嘉耕，党少佳，杨彦平，张谦，霍红岩，贾斌，周磊，赵炜，
申请(专利权)人：内蒙古电力集团有限责任公司内蒙古电力科学研究院分公司，
类型：发明
国别省市：