储热装置参与下的火电机组孤网带电、热负荷运行方法与流程

本发明属于火电机组安全运行，特别是涉及到一种储热装置参与下的火电机组孤网带电、热负荷运行方法。

背景技术：

1、高寒地区易出现极端天气，极端天气下电网事故发生概率增大，事故发生后故障电路中火电机组会从电网中解列。但由于高寒地区居民供热需求大，承担供热任务的热电联产火电机组众多，这类火电机组存在热电耦合现象，一旦发生电网故障，甚至会造成大规模停电停热。因此在电网故障时保证热电联产火电机组孤网稳定运行是亟需解决的问题。电锅炉作为一种以电为驱动的负载，既可以充当孤网的电负荷，又能协同汽轮机共同供热满足热负荷需求，在协同火电机组孤网带电、热负荷方面有极大的应用前景，能有效保障电网的运行稳定及满足居民的供热需求，是一种极具经济性的调节策略。

2、关于火电机组孤网运行的控制技术，目前最为经典的是火电机组快速甩负荷技术(fast cut break，简称fcb技术)。fcb技术可以使得火电机组在电网故障，自电网中解列后切入孤岛运行状态。针对此，国内外学者做出了大量研究，关于火电机组自身的控制，有学者证明一些大容量火电机组具有在额定负荷下实现fcb运行的能力；并已有研究者在1000mw火电机组实现fcb功能，验证了技术的有效性；关于火电机组部件如何更好运行，目前已有学者设计了突甩负荷多执行机构协调控制策略，实现了转速的平稳控制；关于在fcb过程中的opc控制，有研究者利用某发电火电机组的实际运行故障，分析了opc超速保护整定值对电网运行的影响，并给出故障解决措施。对于电锅炉的应用，已有研究者提出了有电锅炉参与的热电联产系统优化运行策略，目标函数选取为系统的运行成本最小，并基于此建立了优化调度模型，验证了电锅炉的加入确实降低热电耦合程度的有效性。

3、综上，目前关于火电机组应急过程控制技术，国内外研究都主要以fcb技术为主，但无论国外还是国内，对于fcb技术的研究还主要局限于针对传统火电机组自身，研究如何改变其结构或火电机组部件如何运行如研究磨煤机的关停顺序等，对于热电联产火电机组的热电耦合问题解决能力有限。而辅助设备如电锅炉的加入能降低热电耦合程度，有效提高电网运行稳定性，但目前对于辅助设备如电锅炉加入后，如何协同火电机组孤网带电热负荷运行，运行过程中各系统如何控制等问题相关研究较少，对于火电机组在辅助设备参与下控制策略的研究仍然处于较初级阶段。

4、因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种储热装置参与下的火电机组孤网带电、热负荷运行方法用于解决目前对于辅助设备加入后，如何协同火电机组孤网带电热负荷运行，运行过程中各系统如何控制，火电机组在辅助设备参与下的控制策略等问题研究的技术问题。

2、储热装置参与下的火电机组孤网带电、热负荷运行方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：

3、步骤一、建立含火电机组模型与电锅炉功率简化模型的联合系统模型

4、所述火电机组模型包括主汽轮机、汽包炉以及相应的转速调节系统；其中，主汽轮机的输出功率由两种方式获得：一种是主汽轮机的主蒸汽压力一定的条件下，汽轮机的输出功率与高压缸前调节汽阀阀门开度成正比，另一种是主汽轮机通过汽轮机高、中、低压缸的输出功率相加来获得输出功率；

5、所述汽包炉包括燃烧室模型、锅炉压力模型和燃烧器摆角模型；

6、所述转速调节系统包括一次调频以及二次调频与调峰；所述一次调频以频差为反馈信号；所述二次调频与调峰以调度中心下达的自动发电控制agc指令为控制信号；一次调频以及二次调频与调峰共同形成综合阀位指令，实现转速调节；

7、所述电锅炉功率简化模型采用喷射电极式电锅炉功率模型；

8、步骤二、获得电锅炉加入后，联合系统模型在电负荷以及热负荷方面的平衡关系

9、电负荷平衡关系为火电机组所带电负荷等于汽轮机实际输出功率与电锅炉耗电功率之差，电负荷平衡关系如下式所示：

10、pdfh＝pqljgl-pdglgl

11、式中，pdfh为火电机组所带电负荷；pqljgl为汽轮机实际输出功率；pdglgl为电锅炉耗电功率；pdfh、pqljgl以及pdglgl均为以额定采暖工况下对应参数做标幺后的数值；

12、汽轮机实际输出功率与火电机组运行功率以及抽汽阀门开度有关，如下式所示：

13、pqljgl＝phd+phd(1-fcq)krd

14、式中，fcq为抽汽阀门开度标幺值；phd为火电机组运行功率；krd为热电转换系数；

15、热负荷平衡关系为火电机组所带热负荷等于机组抽汽供热、电锅炉供热与蓄热罐换热之和，其中蓄热为正、放热为负，热负荷平衡关系如下式所示：

16、prfh＝pcq+pdglgr-pxrggr

17、式中，prfh为火电机组所带热负荷；pcq为采暖抽汽供热量；pdglgr为电锅炉供热量；pxrggr为蓄热罐供热量；pcq、pdglgr以及pxrggr均为以额定采暖工况下对应参数做标幺后的数值；

18、其中，采暖抽汽供热量pcq由火电机组运行功率phd以及抽汽阀门开度计算并获得，如下式所示：

19、pcq＝phdfcq

20、电锅炉耗电功率pdglgl与电锅炉供热量pdglgr关系如下：

21、pdglgr＝pdglglλkby

22、式中，λ为电锅炉效率；kby为标幺所用系数，其与额定抽汽供热量有关；

23、步骤三、针对电锅炉电功率连续可调的情况，设置其与火电机组配合时的孤网稳定运行策略

24、针对电功率连续可调的情况，设置了以下运行方法：

25、以火电机组承担的电负荷与热负荷为输入，经过判断和执行，最终输出不同情况下的机组设定运行功率、电锅炉投入功率和抽汽阀门开度，其中，热负荷与电负荷之间的转换关系通过两个过程的转换系数来连接；

26、所述判断与执行的流程如下：

27、仅有火电机组孤网运行条件下所带负荷主要有以下三种情形：

28、情况一：火电机组所带电负荷和热负荷都很小，均低于锅炉最低运行负荷极限；

29、情况二：火电机组所带电负荷大于等于满足热负荷所需最小电负荷；

30、情况三：火电机组所带电负荷小于满足热负荷所需最小电负荷；

31、利用条件1判断火电机组所带负荷情况是否满足情况一，条件1表示如下：

32、pdfh≤pmin

33、∧prfh≤-kdrpdfh+(1+kdr)pmin

34、∨pmin≤pdfh≤pmin(1+krd)

35、

36、公式中，pmin为电锅炉最低负荷功率，取0.3；kdr为电热转化系数，此处取0.9；krd为热电转化系数，此处取0.1263；∧表示且，∨表示或；

37、满足情况一，则电锅炉投入运行，通过调整电锅炉功率使得火电机组以最低负荷运行，电锅炉作为用电设备既是火电机组的电负荷同时又作为供热设备，与火电机组共同满足热负荷需求，按照如下所示的执行1进行调整：

38、phd＝pmin

39、pdgl＝phd-pdfh

40、

41、公式中，pdgl为电锅炉运行功率，fcq为抽汽阀门开度；

42、不满足情况一，则将机组运行功率暂设为满足电负荷所需最低功率，通过执行2进行调整，执行2表示如下：

43、phd＝pdfh

44、再通过条件2判断，确定火电机组带负荷情况属于情况二还是情况三，条件2表示如下：

45、prfh≤phd

46、满足条件2则判定为属于情况二，通过执行3进行调整，即电锅炉不需要投入，调整抽汽阀门开度，使得火电机组的主蒸汽流量减小量与采暖抽汽量同时减小，但对外体现出为输出功率增加，直至火电机组以满足电、热负荷要求的最低功率运行，执行3表示如下：

47、

48、pdgl＝0

49、

50、不满足条件2则判定为属于情况三，通过执行4进行调整，即电锅炉投入运行，抽汽阀门开度保持最大，电锅炉的供热量加上机组功率增加供热量增量之和满足供热负荷需求，且为了经济性，需使机组在保证热负荷前提下以最低功率运行，执行4表示如下：

51、

52、pdgl＝phd-pdfh

53、fcq＝1

54、其中，pmin取0.3；kdr取0.9；krd取0.1263。

55、所述步骤一中的燃烧室模型在理想情况下，燃烧放热过程是一个带有延迟的一阶惯性环节，燃烧室模型表示如下：

56、

57、式中，sg(s)为燃烧室输出热量；μr(s)为实际燃料量；s为微分算子；tf为燃烧室时间常数，并且sg(s)、μr(s)以及tf均为标幺值。

58、所述步骤一中的压力计算模型中进入汽轮机内的主蒸汽流量与汽包压力满足以下关系：

59、

60、式中，pd为汽包压力；pt为主蒸汽压力；ksh为阻力系数；sf为主蒸汽流量；并且pd、pt、sf以及ksh均为标幺值。

61、所述步骤一中的燃烧器摆角模型中摆角指令μp与实际角度ap之间存在一个带有延迟的惯性环节，表示如下：

62、sy＝kyμr

63、qz＝f1(ap)sy

64、qg＝f2(ap)sy

65、式中，μr为燃料指令；ky为比例系数；f1为实际角度与再热蒸汽换热量占总热量比例之间的映射关系；f2为实际角度与过热蒸汽换热量占总热量比例之间的映射关系；sy为锅炉总热量；qz为再热蒸汽与烟气换热量；qg为过热蒸汽与烟气换热量，并且μr、sy、qz以及qg均为标幺值。

66、通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

67、本发明以准确的联合系统模型为基础，通过分析孤网运行时发电火电机组所带电热负荷的情形及功率连续变化电锅炉运行特性，建立了电锅炉加入后系统的电热负荷平衡关系，最终设计了一种电锅炉参与下的火电机组孤网带电、热负荷运行方法。该方法从经济性的角度出发，提出了不同的调度需求下电锅炉参与电网调节的调度方法，充分发挥了电锅炉作为电负荷参与供热的双重潜力，并验证电锅炉的协同可使联合系统在孤网下带不同热、电负荷时保证自身处于最低运行功率。本发明能切实提高火电机组—电锅炉联合系统在电网发生故障时的保电、保热能力，对于解决高寒地区电网抵抗极端天气灾害能力不足等实际问题具有重大现实意义。