一种利用机前过热蒸汽储能进行快速负荷调整的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用机前过热蒸汽储能进行快速负荷调整的方法，所述方法通过一种新的计算方式分别获得实时负荷点以及目标负荷点上的过热蒸汽储能，并计算出蒸汽储能偏差；然后，将此储能偏差等价转换为负荷偏差以及压力偏差，并将此偏差引入协调控制系统前馈中去，从而实现利用过热蒸汽储能快速调整负荷的目的。本发明专利技术避免了现场机组的实验，通过历史数据等价计算出典型负荷点的储能系数，在此基础上设计汽轮机前馈控制，通过充分利用机组机前过热蒸汽段储能的基础上，提升机组负荷调整的快速性。的快速性。的快速性。

【技术实现步骤摘要】
一种利用机前过热蒸汽储能进行快速负荷调整的方法


[0001]本专利技术属于火电厂控制
，涉及一种火电机组CCS系统控制优化方法，具体涉及一种利用机前过热蒸汽储能进行快速负荷调整的方法。

技术介绍

[0002]随着对火电机组动态性能研究的深入，基于锅炉储能利用的控制策略成为一种较为有效的协调控制系统优化方法。此方法利用机组自身的能量储备用于负荷的快速调节，可提升整个电源侧在新能源扰动下的调峰调频能力，降低弃风弃光率，是未来我国火电机组适应“碳达峰，碳中和”政策的主要研究课题之一。针对此问题，目前研究重点主要是锅炉储能系数的精确计算，因为，如何确定机组准确的储能量是进行机组协调优化设计的重要前提。现有计算锅炉储能系数的传统方法是机组汽轮机高压调门的扰动实验，通过此方法可以获得机组在特定负荷下的储能系数；与此方法类似，还有研究在不需要考虑动态模型的前提下，仅通过研究机组一次调频时主汽阀门动作前后两个稳态对象，进而获得了锅炉蓄热量；为避免大量实验，也可通过在搭建的仿真模型中进行类似的扰动实验，同样可以获得理想的储能系数。所以，首先建立机组非线性模型，并在简化模型的基础上计算机组的动态储能系数，将此系数加入协调控制优化中成为了一种较为现实的锅炉储能计算方法。
[0003]在传统计算锅炉蓄热的方法中，蒸汽流量的阶跃增量与锅炉的蓄热量大小有关，通常使用高调门扰动实验，此实验过程的基本理论依据是在保持机组主控处于手动控制前提下，给水系统、燃烧系统等系统可维持机组的基本的稳定运行。在上述状态下阶跃调节汽轮机侧高调门开度，由此获得机组的负荷与压力的改变量，通过下式计算锅炉在此负荷条件下的储能系数：
[0004][0005]上式中，机组在t0时刻调门开始阶跃动作，在t1时刻结束调门动作。其中，C
b
(t0)为在t0时刻锅炉储能系数，N
E
(t0)、N
E
(t1)分别为机组在t0、t1的负荷值，p
d
(t0)、p
d
(t1)分别为机组在t0、t1的机前压力值。
[0006]上式的计算是基于理想状态的实验，其主要存在以下问题：
[0007](1)理想状态的获取问题，在此实验之前，机组需要根据此时的负荷调整机组的压力、温度等到达额定负荷的对应值。然而在实际运行过程中，特定负荷下的压力及温度并非固定值，而是一个区间，以300MW机组为例，温度值只要在535℃～545℃之间都属于合理范围，在大流量过热蒸汽的运行状态下，10℃的温差必然带来较大的储能偏差。
[0008](2)机组的扰动实验所付出的代价较高，并且机组运行过程中，性能将发生改变，在目前火电运行状况下，很难做到对每一个机组各个运行工况均进行扰动实验。
[0009](3)传统的储能系数是由水冷壁段、汽包段、过热蒸汽段的所有汽水、金属储能来加和，由于汽包、水冷壁的能量变化最大驱动力来自于炉膛燃烧，所以，滞后性较大，在快速调整的过程中实际效果不佳。

技术实现思路

[0010]基于上述原因，本专利技术提供了一种利用机前过热蒸汽储能进行快速负荷调整的方法。该方法通过一种新的计算方式分别获得实时负荷点以及目标负荷点上的过热蒸汽储能，并计算出蒸汽储能偏差；然后，将此储能偏差等价转换为负荷偏差以及压力偏差，并将此偏差引入协调控制系统前馈中去，从而实现利用过热蒸汽储能快速调整负荷的目的。本专利技术避免了现场机组的实验，通过历史数据等价计算出典型负荷点的储能系数，在此基础上设计汽轮机前馈控制，通过充分利用机组机前过热蒸汽段储能的基础上，提升机组负荷调整的快速性。
[0011]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0012]一种利用机前过热蒸汽储能进行快速负荷调整的方法，包括如下步骤：
[0013]步骤一：分别采集机组在平稳运行状态下的历史数据以及在连续变负荷状态下的机前过热蒸汽参数，并采用大量数据取平均的方法由此获得典型负荷点所对应的主蒸汽压力、主蒸汽流量、主蒸汽温度参数；
[0014]步骤二：处理步骤一所采集的数据，采用分段、分工质计算方法计算出每个典型负荷点稳定状态下机前过热蒸汽段蒸汽的有效能，具体步骤如下：
[0015]步骤二一、负荷从N
i
变化至N
s
时，其主汽流量q
i
变化为q
s
，变化量Δq为：
[0016]Δq＝q
s
‑
q
i
；
[0017]步骤二二、计算过热蒸汽的有效能E
si
(N
i
,P
i
)，其计算方式如下所示：
[0018]E
si
(N
i
,P
i
)＝(H
i
‑
H0)
‑
T0(S
i
‑
S0)；
[0019]式中，H
i
为初始状态下的焓值，H0为基态焓值，S
i
为初始状态的熵值，S0为基态熵值，T0为基态温度；
[0020]步骤二三、结合负荷点N
i
的流量q
i
，获得蒸汽可做工能量Q
ssi
：
[0021]Q
ssi
＝q
i
·
E
si
(N
i
,P
i
)；
[0022]步骤二四、按照步骤二二和二三的方法，结合负荷点N
s
的流量q
s
，获得蒸汽可做工能量Q
sss
；
[0023]步骤二五、由Δq计算两点间过热蒸汽储能量变化ΔQ
SS
(N
i
,N
s
)：
[0024]ΔQ
ss
(N
i
,N
s
)＝Q
sss
‑
Q
ssi
；
[0025]步骤三：在步骤二的基础上，将过热蒸汽有效能转化为瞬时的等价负荷，具体步骤如下：
[0026]步骤三一、在获得目标负荷后，机组加减负荷过程中，将过热蒸汽总能量的差值近似转化为瞬时的等价负荷差值，计算两个负荷点的有效能得差值，同时将两个负荷差值转换为能量，获取两个负荷点之间能量差值，其计算如下：
[0027]ΔQ(N
i
,N
s
)＝ΔQ
N
(N
i
,N
s
)+ΔQ
ss
(N
i
,N
s
)
[0028]式中，ΔQ(N
i
,N
s
)为负荷从N
i
至N
s
之间负荷增加所需能量ΔQ
N
(N
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用机前过热蒸汽储能进行快速负荷调整的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：步骤一：分别采集机组在平稳运行状态下的历史数据以及在连续变负荷状态下的机前过热蒸汽参数，并采用大量数据取平均的方法由此获得典型负荷点所对应的主蒸汽压力、主蒸汽流量、主蒸汽温度参数；步骤二：处理步骤一所采集的数据，采用分段、分工质计算方法计算出每个典型负荷点稳定状态下机前过热蒸汽段蒸汽的有效能；步骤三：在步骤二的基础上，将过热蒸汽有效能转化为瞬时的等价负荷；步骤四：在步骤三的基础上得到负荷点N
i
在不同调整状态下协调控制系统负荷偏差优化值，并将此优化值作为前馈加入协调控制系统，以实现快速负荷响应。2.根据权利要求1所述的利用机前过热蒸汽储能进行快速负荷调整的方法，其特征在于所述步骤二的具体步骤如下：步骤二一、负荷从N
i
变化至N
s
时，其主汽流量q
i
变化为q
s
，变化量Δq为：Δq＝q
s
‑
q
i
；步骤二二、计算过热蒸汽的有效能E
si
(N
i
,P
i
)，其计算方式如下所示：E
si
(N
i
,P
i
)＝(H
i
‑
H0)
‑
T0(S
i
‑
S0)；式中，H
i
为初始状态下的焓值，H0为基态焓值，S
i
为初始状态的熵值，S0为基态熵值，T0为基态温度；步骤二三、结合负荷点Nx的流量q
i
，获得蒸汽可做工能量Q
ssi
：Q
ssi
＝q
i
·
E
si
(N
i
,P
i
)；步骤二四、按照步骤二二和二三的方法，结合负荷点N
s
的流量q
s
，获得蒸汽可做工能量Q
sss<...

【专利技术属性】
技术研发人员：万杰，石家魁，郑翔宇，程江南，鄂鹏，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：