多燃料混燒直流爐發電機組一次調頻方法與流程
本發明涉及發電機組調頻領域，尤其涉及一種多燃料混燒直流爐發電機組一次調頻方法。
背景技術：
電力系統運行的重要任務之一是對電網頻率進行監視和控制，電網頻率是評價電能質量的重要指標，頻率超過允許范圍會影響電力系統、發電機組和用戶的安全及經濟效益，更嚴重的波動會造成對電網的嚴重沖擊甚至使電網崩潰，發電機組的一次調頻功能對維持電網頻率的穩定至關重要。
一次調頻是當電網負荷改變引起電網頻率變化時，并網發電機組的協調控制系統、汽機調節系統自動根據自身的靜態特性承擔一定負荷的變化，如利用鍋爐的蓄能，自動改變汽機調速汽門的開度，即改變發電機的功率，使之適應電網負荷的隨機變動，從而達到電網發電與用電負荷之間的平衡，使電網頻率穩定在50Hz附近的允許范圍內。發電機組的常規運行方式主要有協調控制方式、爐跟蹤方式、汽機跟蹤方式以及手動方式，其中，協調控制方式如圖1所示，汽機以調節機組負荷為主，鍋爐以調節主汽壓力為主，在穩定工況下，機組的實發功率等于給定功率，主汽壓力等于給定壓力，偏差均為零，在這種情況下，若要增加機組出力，就要把給定功率信號加大，這樣就會出現一個正的功率偏差信號，它加到汽機負荷調節器上，使蒸汽調節閥開大，增加汽機出力；加到鍋爐壓力調節器上，增加燃料量，提高鍋爐出力。即一方面通過開啟汽機調速汽門利用鍋爐蓄熱，另一方面從鍋爐側迅速地補進燃料，使機組負荷迅速跟蹤負荷指令，并保持汽壓的穩定，因此，協調控制方式是機組最常用的運行方式，當機組正常運行且需參加電網調頻時，都采用協調控制方式。在協調控制方式下，一次調頻功能的實現方法是一次調頻指令作用于在汽機負荷調節回路，通過汽機調速汽門來實現負荷的閉環、快速響應，當負荷變化引起主汽壓力的改變后，通過鍋爐主汽壓力調節回路改變鍋爐燃料量，最終達到一次調頻的負荷響應目標值。同時，在汽機側設置一次調頻的開環控制回路以提高負荷的初期快速響應。
而對于多燃料混燒，以高爐煤氣為主燃料的直流爐發電機組，由于主燃料高爐煤氣的供應量受上游產線供應的限制，機組無法運行在協調控制方式下，只能在汽機跟蹤方式下閉環控制運行，無法實現對電網頻差波動的反饋調節，因此不能承擔一次調頻，導致了以燃料定電模式的多燃料混燒直流爐發電機組的一次調頻能力難以滿足電網的基本調頻需求。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是提供多燃料混燒直流爐發電機組一次調頻方法，以解決現有技術多燃料混燒直流爐發電機組存在的燃料供應量限制導致機組長期運行在非協調控制方式下，汽機側負荷調節回路不投入使用而無法參與閉環一次調頻控制、直流鍋爐蓄熱小、傳統的汽機側開環一次調頻調節精度差、滑壓運行的汽機調頻能力有限等各項問題，在汽機跟蹤方式下對汽機主汽壓力調節器的目標設定用主汽壓力響應需求值進行修正，直接作用于汽機調速汽門，以加快調頻的快速響應能力，從而滿足電網的基本調頻要求。
本發明是這樣實現的：一種多燃料混燒直流爐發電機組一次調頻方法，在設定最大響應負荷和標準頻率后，包括以下步驟：
S1：實時采集電網頻率與標準頻率的差值，該差值即為電網頻差，將電網頻差轉換為負荷響應要求值；
S2：將負荷響應要求值與最大響應負荷進行比較，當負荷響應要求值小于等于最大響應負荷時，實際負荷要求值等于負荷響應要求值；當負荷響應要求值大于最大響應負荷時，實際負荷要求值等于最大響應負荷；
S3：將實際負荷要求值轉換成為汽機的主汽壓力響應需求值；
S4：根據汽機的主汽壓力響應需求值與鍋爐蒸汽壓力設定值相結合得到主汽壓力調節器的壓力目標值，并將壓力目標值與實際壓力值進行比較得到兩者的偏差值；
S5：將偏差值經過速率限制器限制變化速率后作用于主汽壓力調節器，通過主汽壓力調節器的輸出指令調節汽機調速汽門的開度，實現對電網頻差的響應。
進行所述步驟S3的同時進行步驟S3.1，所述步驟S3.1為將實際負荷要求值轉換成為鍋爐的燃料調節值和鍋爐給水調節值，對鍋爐的燃料量和進水量進行調節。
對于滑壓運行的機組，通過熱態調整試驗，對機組滑壓運行曲線參數進行優化調整，在機組不同運行負荷區域的滑壓曲線段適當增加偏置，提高機組一次調頻的響應能力。
本發明多燃料混燒直流爐發電機組在汽機跟蹤方式下的對汽機主汽壓力調節器的壓力目標設定值用主汽壓力響應需求值進行修正，主要利用鍋爐蓄熱實現對電網頻差波動的響應，有效解決了機組在汽機跟蹤的運行方式下無法參與一次調頻的問題，并克服了開環控制精度差的缺陷，另外通過將電網頻差轉換的燃料需求值輔助性地直接作用于鍋爐的燃料、給水調節器，適量加快鍋爐燃料和給水的響應速度，改善了一次調頻響應的持續能力，從而滿足電網的基本調頻要求；特別適合實施于鋼鐵企業的自備電廠多燃料混燒直流爐發電機組，具有較好的推廣價值。
附圖說明
圖1為現有的發電機組協調控制方式下的一次調頻功能框圖；
圖2為本發明中的發電機組汽機跟蹤方式下的一次調頻功能框圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明表述的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
實施例
如圖2所示，一種多燃料混燒直流爐發電機組一次調頻方法，設定最大響應負荷和標準頻率，中國的標準頻率為50Hz，上海電網的要求為當電網頻率波動范圍超過50.0Hz+0.033Hz時，發電機組按照4%的不等率進行響應，對于裝機容量為350WM的機組，最大響應負荷不超過+14MW，350*4%=14MW；采用分散控制系統DCS的輸入端通過實時采集電網頻率、機組功率信號，并通過控制汽機調速汽門的開度、鍋爐燃料量和鍋爐給水量，使機組快速響應以滿足電網一次調頻的負荷需求；具體包括以下步驟：
S1：通過實時采集的電網頻率計算得到電網頻差，電網頻差=標準頻率-實時采集的電網頻率；根據上海電網并網發電機組一次調頻的參數設置要求，根據上海市給予的標準轉換函數，將電網頻差轉換為負荷響應要求值；
S2：將負荷響應要求值與最大響應負荷進行比較，當負荷響應要求值小于等于最大響應負荷時，實際負荷要求值等于負荷響應要求值；當負荷響應要求值大于最大響應負荷時，實際負荷要求值等于最大響應負荷；
S3：將實際負荷要求值轉換成為汽機的主汽壓力響應需求值，該轉化系數由實際設備決定，通過實驗取得；
在本發明中，雖然該多燃料混燒直流爐發電機組的主燃料高爐煤氣供應量受限制，但是在小幅度范圍內以及輔助燃料仍有調節裕量，因此在本實施例中，通過主汽壓力調節器調節汽機調速汽門的動作利用鍋爐蓄熱參與一次調頻同時，為了改善一次調頻響應的持續能力，所述步驟S3的同時進行步驟S3.1，所述步驟S3.1為將實際負荷要求值轉換成為鍋爐的燃料調節值和鍋爐給水調節值，作用于鍋爐燃料調節器和鍋爐給水調節器，適量地直接改變燃料的流量和給水量，使給水、燃料能更快地變化，以及時補充、釋放鍋爐蓄能，進一步改善一次調頻響應的持續能力；
S4：根據汽機的主汽壓力響應需求值與鍋爐蒸汽壓力設定值相結合得到主汽壓力調節器的壓力目標值，并將壓力目標值與實際壓力值進行比較得到兩者的偏差值；
S5：將偏差值經過速率限制器限制變化速率后作用于主汽壓力調節器，通過主汽壓力調節器的輸出指令調節汽機調速汽門的開度，實現對電網頻差的響應；速率限制器控制開度動作速率時既要確保機組及時響應電網頻差負荷要求，又不能對機組有太大影響。
在本發明中，對于滑壓運行的機組，因為其主汽壓力調節器輸出的汽機調速汽門的開度指令本身就比較大，機組可利用蓄能相對較小，因此通過熱態調整試驗，對機組滑壓運行曲線參數進行優化調整，在機組不同運行負荷區域的滑壓曲線段適當增加偏置，有效提高機組一次調頻的響應能力。
本實施例的具體實施數據如下：
該機組為單燒高爐煤氣，容量為350WM的機組，最大響應負荷不超過+14MW，保持高爐煤氣燃料量總指令不變，在機組當前運行負荷段的滑壓曲線增加0.5MPa的壓力偏置值，然后投用本方法的一次調頻功能，得到實施例1~3的實驗數據；
實施例1
DCS分散控制系統的輸入端檢測到電網頻率為49.927Hz，機組實際負荷216.1MW，高爐煤氣流量622KNm3/h，主汽壓力調節器的當前輸出開度指令為36.8%，首先由步驟S1、2計算得到負荷響應要求值為7MW，幅值在+14MW范圍內 ，因此實際負荷要求值等于7MW，通過步驟S3、4實際負荷要求值轉化成偏差值為降低0.25MPa；然后通過步驟S5得到降低0.25MPa對應的閥門開度指令值為72%，最后經過速率限制器控制變化速率將主汽壓力調節器的輸出開度指令逐步從36.8%開至72%，根據步驟S3.1將高爐煤氣流量同步增加到636KNm3/h。機組負荷在15秒內增至219.2MW，30秒內增至220.9MW，最高增至222.3MW。
實施例2
DCS分散控制系統的輸入端檢測到電網頻率為50.073Hz，機組實際負荷216.3MW，高爐煤氣流量617KNm3/h，主汽壓力調節器的當前開度為35%，首先由步驟S1、2計算得到負荷響應要求值為-7MW，幅值在+14MW范圍內，因此實際負荷要求值等于-7MW，通過步驟S3、4實際負荷要求值轉化成偏差值為為增加0.3MPa；然后通過步驟S5得到增加0.3MPa對應的目標開度值為28.9%，最后經過速率限制器控制變化速率將主汽壓力調節器的開度逐步從35%關至28.9%，根據步驟S3.1將高爐煤氣流量同步減至602KNm3/h。機組負荷在15秒內降至214.3MW，在30秒內降至212.2MW，最低降至209.4MW。
實施例3
DCS分散控制系統的輸入端檢測到電網頻率為49.887Hz，機組實際負荷216.9MW，高爐煤氣流量622KNm3/h，主汽壓力調節器的當前開度為32%，首先由步驟S1、2計算得到負荷響應要求值為+14MW，幅值在+14MW范圍內，因此實際負荷要求值等于14MW，通過步驟S3、4實際負荷要求值轉化成偏差值為降低0.6MPa；然后通過步驟S5得到降低0.6MPa對應的目標開度值為100%，最后經過速率限制器控制變化速率將主汽壓力調節器的開度逐步從32%開至100%，根據步驟S3.1將高爐煤氣流量同步增至652KNm3/h。機組負荷在15秒內增至221.6MW，在30秒內增至225.5MW，最高增至227.6MW。
經上述三次頻率擾動試驗驗證，本發明設計的汽機跟蹤方式下的一次調頻功能，通過汽機主汽壓力調節器直接作用于汽機調速汽門，快速調節汽門開度以響應電網頻差要求，有效解決了機組在汽機跟蹤的運行方式下無法參與一次調頻的問題；同時，一次調頻指令同步作用于鍋爐燃料調節器，使鍋爐燃料高爐煤氣流量同步變化，負荷快速響應，且響應變化均能夠持續3分鐘以上，滿足了電網對該機組的一次調頻的負荷響應幅度及持續時間的要求。
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