350MW机组工业供汽辅助调频优化策略

赵一平

（晋控电力蒲洲热电山西有限公司，山西 永济 045200）

蒲洲热电有限公司（以下简称“蒲洲热电”）装机容量为2×350MW超临界直接空冷抽汽式机组。随着永济市企业增加，工业用汽用户的用汽需求不断增加，为了开拓工业供热市场，蒲洲热电对工业供热系统进行了改造。

#3、#4机组经过工业供汽系统的改造后，需要更大的抽汽量供工业用户使用，现结合电厂实际运行情况，对工业供汽减压阀调整门控制逻辑进行适当优化，控制汽轮机工业供汽抽汽量实现机组快速调频，作为机组调频能力的补充手段，以提高机组适应电网负荷变化能力，为机组安全经济运行提供了保障[1]。

1 工业供汽系统

每台机组设计两根工业抽汽管道，一根从一段抽汽引出，一根从高温再热蒸汽引出，分别接入各自的减温减压器，再与其它机组的蒸汽合并后，接至高低压联箱。一段抽汽经过减温减压生成1.5MPa.g的蒸汽后，供至高压联箱。高温再热蒸汽经过减温减压生成1.2MPa.g的蒸汽后，供至低压联箱。高、低压联箱之间设置联络管，作为相互补充（见图1）。

图1 工业供汽系统图Fig.1 Industrial steam supply system diagram

2 工业供汽系统参与调频方案设计

双细则自动发电控制（AGC）考核指标分为AGC可用率和AGC性能考核两部分，其中AGC性能考核指标包括调节速率（K1）、调节精度（K2）、响应时间（K3）[2]。2018年#4机组经过AGC优化后，调节性能指标Kp已达3.5以上。为进一步提高机组的竞争能力，通过工业供汽系统参与调频，利用机组热网具有的蓄热能量，当电网负荷需求变化时，利用前馈调节，快速关小或开大工业供汽减压阀调门，用减少或增加工业供汽抽汽量方式来快速响应负荷变化需求，提高响应时间K3值，从而使性能指标Kp得以提高。同时，由于工业供汽管网的蓄热作用，关小或开大工业供汽调压阀门短时间内对整个工业供汽系统的压力和温度的影响不大，实现机组的工业供汽系统蒸汽参数在许可的变化范围内，进行工业抽汽参与调频。

虽然工业供汽管网储能有负荷调节速度快的优点，但其容量有限，与锅炉储能相同，最终仍需要锅炉燃料输入能量来及时补偿。因此，利用工业供汽管网储能快速增减负荷的方案，必须在不同角度上对输入输出能量进行时序上的补偿和配合。快速增减负荷响应方面，借助前馈控制，将加减负荷指令分别作为燃料、给水和工业供汽调门的前馈，形成多维前馈补偿方案。

3 供热调门控制逻辑设计思路

图2 工业供汽调门控制框图Fig.2 Control block diagram of industrial steam supply valve

现阶段工业用汽用户使用低压蒸汽，流量在30T/H～60T/H之间，使用热再蒸汽通过减温减压后供至低压联箱。高低压联箱通过联络母管连接，联络母管阀门全开（单机热再供热流量50%负荷40T/H、70%负荷60T/H、90%负荷80T/H，一抽供热流量50%负荷30T/H、70%负荷40T/H、90%负荷45T/H）。

单机工业供汽流量拟大于30T/H，便于减温水的调节，在工业供汽调门控制上达到快切快回的控制效果。

根据工业供汽系统参与调频方案预想，采用多—维前馈控制，即利用前馈控制把工业供汽减压阀调门快速、准确地关至（或开至）预设定位置，从而快速增加（或减少）机组负荷；再通过函数，把负荷指令分解，增加燃料量、给水量、汽机调阀开度，达到AGC的控制要求。

压力PID控制器的控制参数根据实际压力、偏差、压力偏离设定值后的累计时间等参数，折算出PID禁增或禁降信号，防止PID和前馈的作用过分冲突，或者折算出PID的设定参数，以变参数结构协调前馈和反馈的动作[3]。

减压阀设计前馈速率限制器，当负荷响应足够强时，将前馈动作限速或停止；否则，影响AGC的精度指标。

根据供热压力和温度参数，设计对减压阀的限制参数，作为减压阀动作的允许调节（可以直接作用在速率限制器上）。

将速率限制后的减压阀前馈指令，折算一个锅炉指令前馈分量，可以再加个速率，但要分增减两路。增回路，增速率低但减速率快；减回路，减速率低但增速率快。

在AGC投入时，根据ADS指令变化趋势判断负荷增减，根据负荷指令及当前阀位计算变负荷时阀门开关幅度。当变负荷时，阀门快速开或关到预设值，延时30s～60s恢复至动作前阀位，调节过程中，若联箱压力变化超过设定值时（降低0.15MPa或升高0.1MPa），阀门恢复至动作前阀位，同时在阀门参与负荷调节中，PID调节器闭锁增减保持调节前的输出值、闭锁减压阀后压力偏差大切手动条件，使变负荷调节结束后自动正常投入，同时一次调频动作时，保持调门前馈计算回路输出为零[4]。

表2 试验负荷230MW，阀门开度58.5%，做阀门开10%、20%、30%试验Table 2 The test load is 230MW, the valve opening is 58.5%, and the valve opening is 10%, 20% and 30%

表3 试验负荷290MW，阀门开度56.5%，做阀门关10%、20%、30%试验Table 3 The test load is 290MW, the valve opening is 56.5%, and the valve is closed by 10%, 20% and 30%

工业供汽控制系统DCS控制柜布置在公用系统，与#3、#4机组之间的信号传输需采用硬接线方式，需在公用DCS系统、单元机组DCS系统增加部分硬件，联系信号如下：①ADS指令；②机组实际负荷指令；③机组实际负荷；④AGC已投入；⑤一次调频动作；⑥CCS增减负荷煤量前馈。

4 热再至工业抽汽辅助调频负荷试验

#4机接带工业供汽，使用低压汽源，3月12日分别做230MW、290MW负荷下的热再至工业供汽减压阀调门开、关10%、20%、30%对机组负荷影响试验。

20%、30%试验因联箱压力变化超过试验方案规定压力，在压力超限时阀门恢复到初始位置。

试验结果分析：

如表1～表4所示，在230MW负荷、流量在40t/h左右，联箱压力在1MPa左右，热再至工业供汽调门从65%关20%～30%时，在30s内供汽流量减少约30t/h左右，增加负荷约3MW。

表1 试验负荷230MW，阀门开度61.5%，做阀门关10%、20%、30%试验Table 1 The test load is 230MW, the valve opening is 61.5%, and the valve is closed by 10%, 20% and 30%

表4 试验负荷290MW，阀门开度60%，做阀门开10%、20%、30%试验Table 4 The test load is 290MW, the valve opening is 60%, and the valve opening is 10%, 20% and 30%

在230MW负荷、流量在30t/h左右，联箱压力在0.85MPa左右，热再至工业供汽调门从60%开20%～30%时，在30s内供汽流量增加约20t/h左右，增加负荷约2MW。

在290MW负荷、流量在40t/h左右，联箱压力在1MPa左右，热再至工业供汽调门从60%关20%～30%时，在30s内供汽流量减少约26t/h左右，增加负荷约4MW。

在290MW负荷、流量在40t/h左右，联箱压力在0.9MPa左右、热再至工业供汽调门从60%开20%～30%时，在30s内供汽流量增加约30t/h左右，增加负荷约4MW。

由于热再至工业供汽调门后有减温水调节阀，能根据出口温度进行自动调节，因而工业供汽扰动过程中联箱温度基本维持不变。低负荷阀门升降、高负荷阀门下降试验中工业供汽流量快速变化时，联箱压力变化较小，30s联箱压力最大变化0.084MPa。高负荷阀门上升试验工业供汽流量快速变化时，联箱压力变化较大，15s内联箱压力变化达试验允许变化上限0.1MPa。

机组滑压运行，在不同的负荷、主汽、再热汽压力不同[5]，相同工业供汽调门扰动下，调频能力差别较大。随主汽、再热汽压力升高，高负荷段调频能力增加。实际应用中要根据不同的负荷段、工业供汽调门实际开度、供汽流量、联箱压力等进行综合计算参与负荷调节前馈量，在保证工业供汽系统正常运行的情况下，使工业供汽调门快速参与负荷调节，提高机组对负荷的响应速度，提升K3值，进而提高AGC调节性能指标，以获得较高的收益。

5 小结

对于工业供汽改造完成的超临界机组，结合机组特点对工业抽汽蓄能进行试验和分析，总结出一套较完整的方案，以实现工业抽汽辅助调频，提高机组对负荷的适应能力。