一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法

摘要

本发明公开了一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，包括步骤：数据采集；计算除氧器与热井水位变化速度；确定函数关系；根据所述步骤确定函数关系。本发明公开的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通过该方法能够准确地掌握凝结水流调频负荷特性。

说明书

技术领域

本发明涉及热力发电技术领域，更具体的涉及一种热力发电机组凝结水 节流调频负荷特性评估方法。

背景技术

为了提高热力发电机组的一次调频能力与协调控制水平，目前，电厂普 遍在改进机组的控制方式，尤其是对于以上汽-西门子合作生产的1000MW汽 轮机为代表的超(超)临界汽轮机机组，由于其使用高压调节汽门全开、全 程滑压的运行方式，锅炉蓄能无法快速转化为发电负荷，严重降低了机组的 调频能力。为此，寻求一种新的调频方法是当务之急，正是在这种情况下， 凝结水节流调频技术逐渐受到重视。

凝结水节流调频实质上是通过迅速改变通过低压加热器的凝结水流量， 来瞬时改变汽轮机组相应加热器的抽汽量，从而快速改变机组发电负荷的过 程。凝结水节流调频的负荷特性主要是指在凝结水流量突然改变后，机组功 率改变量随时间的变化关系，两个方面最为关键，一是机组所能改变的最大 功率值，即凝结水节流调频潜力，二是负荷响应速度。

凝结水节流所能转化的发电负荷与机组本身结构特点与参数有关，一般 理论分析认为其极限值为额定负荷下切除低压加热器与除氧器抽汽、使其返 回汽轮机内做功，机组所能获得的功率增加值，但实际试验结果表明，凝结 水节流实际能够获得的机组功率的改变量会明显偏离理论值。准确掌握凝结 水节流调频负荷特性，既有助于项目决策，也有助于机组调频控制精度的提 高。

因此，如何准确掌握凝结水节流调频负荷特性，成为本领域技术人员所 要解决的重要技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种热力发电机组凝结水节流调 频负荷特性评估方法，通过该方法能够准确地掌握凝结水流调频负荷特性。

本发明提供的一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，包 括步骤：

数据采集，在机组负荷指令值保持不变、凝结水流量变化速度指令值保 持不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位 调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各预设时 间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值； 多次改变机组工况条件，即改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令 值，每次改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值后，在保持该机 组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值不变、热井补水阀关闭及除氧器 水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水位初 始值、除氧器水位调节阀关小后各所述预设时间点机组负荷实际值及结束采 集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；

计算除氧器与热井水位变化速度，根据采集到的除氧器和热井水位初始 值、最终值及采集时间，计算机组在各个工况条件下除氧器与热井的水位变 化速度U；

确定函数关系，根据公式ΔN＝ΔD_c·∑(k_i·ΔH_i)及各所述预设时间点机组负 荷实际值进行拟合，得出各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量 之间的关系式；根据各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间 的关系式推导出机组负荷相对变化量Y与时间T的关系式；依据各个工况条 件下除氧器与热井的水位变化速度，推导出除氧器和热井水位变化速度U与 凝结水流量变化量Q之间的关系式；

根据所述步骤确定函数关系，确定的各个关系式，绘制机组负荷变化量 与凝结水流量变化量关系、机组负荷相对变化量与时间关系及除氧器和热井 水位变化速度与凝结水流量变化量关系的曲线。

优选地，所述步骤数据采集中所述各预设时间点分别为除氧器水位调节 阀关小后15s、1min、3min、5min。

优选地，所述步骤数据采集中，通过手动快速改变除氧器水位调节阀开 度以改变凝结水流量变化速度指令值。

优选地，所述步骤数据采集中，通过控制凝结水泵转速以改变凝结水流 量变化速度指令值。

本发明提供的一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，包 括步骤：数据采集，在机组负荷指令值保持不变、凝结水流量变化速度指令 值保持不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器 水位调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各预 设时间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终 值；多次改变机组工况条件，即改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度 指令值，每次改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值后，在保持 该机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值不变、热井补水阀关闭及除 氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水 位初始值、除氧器水位调节阀关小后各所述预设时间点机组负荷实际值及结 束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；计算除氧器与热井水位变 化速度，根据采集到的除氧器和热井水位初始值、最终值及采集时间，计算 机组在各个工况条件下除氧器与热井的水位变化速度U；确定函数关系，根 据公式ΔN＝ΔD_c·∑(k_i·ΔH_i)及各所述预设时间点机组负荷实际值进行拟合，得 出各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间的关系式；根据各 个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间的关系式推导出机组负 荷相对变化量Y与时间T的关系式；依据各个工况条件下除氧器与热井的水 位变化速度，推导出除氧器和热井水位变化速度U与凝结水流量变化量Q之 间的关系式；根据所述步骤确定函数关系，确定的各个关系式，绘制机组负 荷变化量与凝结水流量变化量关系、机组负荷相对变化量与时间关系及除氧 器和热井水位变化速度与凝结水流量变化量关系的曲线。

依据本发明提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通 过现场实测，获取不同负荷、不同凝结水流量改变量时的机组功率变化量， 观察凝结水节流对除氧器、热井的水位的影响，根据理论推导得出的机组负 荷变化量与凝结水流量变化量成正比这一结论，计算不同凝结水流量改变量、 不同时刻的机组负荷变化量；或者根据除氧器与热井水位允许的变化区间计 算出水位变化的速度，由水位变化速度与凝结水流量变化量之间具有确定的 比例关系，确定凝结水流量变化量，从而计算得到在该水位限值下，任意时 刻机组可产生的负荷变化量，从而完成凝结水节流调频潜力的评估。因此， 本发明提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通过该方法 能够准确地掌握凝结水流调频负荷特性。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中机组负荷变化量与凝结水流量变化量关系 曲线示意图；

图2为本发明具体实施方式中机组负荷相对变化量与时间关系示意图；

图3为除氧器和热井水位变化速度与凝结水流量变化量关系曲线示意图。

其中，图1中，代表15s后，代表1min后，---代表3min后， 代表5min后；

图3中，代表除氧器，——代表A热井，代表B热井。

具体实施方式

本发明提供了一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通 过该方法能够准确地掌握凝结水流调频负荷特性。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本具体实施方式所提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方 法，包括步骤：

数据采集，在机组负荷指令值保持不变、凝结水流量变化速度指令值保 持不变、热井补水阀关闭及除氧器水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位 调节阀关小时除氧器和热井水位初始值、除氧器水位调节阀关小后各预设时 间点机组负荷实际值及结束采集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值； 多次改变机组工况条件，即改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令 值，每次改变机组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值后，在保持该机 组负荷指令值和凝结水流量变化速度指令值不变、热井补水阀关闭及除氧器 水位自动撤出的条件下，采集除氧器水位调节阀关小时除氧器和热井水位初 始值、除氧器水位调节阀关小后各所述预设时间点机组负荷实际值及结束采 集机组负荷值时的除氧器和热井水位最终值；

计算除氧器与热井水位变化速度，根据采集到的除氧器和热井水位初始 值、最终值及采集时间，计算机组在各个工况条件下除氧器与热井的水位变 化速度U；

确定函数关系，根据公式ΔN＝ΔD_c·∑(k_i·ΔH_i)及各所述预设时间点机组负 荷实际值进行拟合，得出各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量 之间的关系式；根据各个时间点的机组负荷变化量与凝结水流量变化量之间 的关系式推导出机组负荷相对变化量Y与时间T的关系式；依据各个工况条 件下除氧器与热井的水位变化速度，推导出除氧器和热井水位变化速度U与 凝结水流量变化量Q之间的关系式；

根据所述步骤确定函数关系，确定的各个关系式，绘制机组负荷变化量 与凝结水流量变化量关系、机组负荷相对变化量与时间关系及除氧器和热井 水位变化速度与凝结水流量变化量关系的曲线。

依据本发明提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通 过现场实测，获取不同负荷、不同凝结水流量改变量时的机组功率变化量， 观察凝结水节流对除氧器、热井的水位的影响，根据理论推导得出的机组负 荷变化量与凝结水流量变化量成正比这一结论，计算不同凝结水流量改变量、 不同时刻的机组负荷变化量；或者根据除氧器与热井水位允许的变化区间计 算出水位变化的速度，由水位变化速度与凝结水流量变化量之间具有确定的 比例关系，确定凝结水流量变化量，从而计算得到在该水位限值下，任意时 刻机组可产生的负荷变化量，从而完成凝结水节流调频潜力的评估。因此， 本发明提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估方法，通过该方法 能够准确地掌握凝结水流调频负荷特性。

下面内容将以各预设时间点分别为除氧器水位调节阀关小后15s、1min、 3min、5min为例，对本发明提供的热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评 估方法进行详细介绍。

现场采集数据时，要求在机组负荷指令值保持不变、凝结水流量变化速 度指令值保持不变，即要求机组AGC、机炉协调、一次调频撤出，汽轮机高 压调节汽门全开，负荷稳定运行若干分钟以上以保证机组负荷指令值保持不 变；试验时热井补水阀关闭，除氧器水位自动撤出，机组各低压加热器水位 自动投入，除氧器水位调节阀有一定的双向调整裕量，以保证凝结水流量变 化速度指令值保持不变。

采集数据时，手动快速改变除氧器水位调节阀的开度或凝结水泵转速， 记录机组负荷、凝结水流量、除氧器与热井水位等参数，至少持续5min或水 位参数达到设置控制边界值时，手动调整除氧器与热井水位到正常值。上述 试验在不同负荷、不同凝结水流量改变量下分若干个工况进行。

机组负荷变化量ΔN与凝结水流量变化量ΔD_c之间的理论关系式为 ΔN＝ΔD_c·∑(k_i·ΔH_i)，其中ΔH_i代表第i级抽汽返回汽轮机本体做功时的实 际比焓降，k_i为比例系数。该式是在各级抽汽比焓、未级加热器疏水比焓、 凝结水比焓等不变的情况下得出的，也没有考虑机械效率与发电效率。

凝结水节流时，汽轮机热机系统的参数变化较为复杂，过多的假设与简 化处理累积起来使理论分析结果会偏离实际情况，在一定程度上降低了理论 计算准确度，因此，对凝结水节流调频负荷特性的评估需要结合现场实际测 试进行，为此，本具体实施方式结合现场数据采集结果，对凝结水节流调频 潜力进行计算，主要步骤如下：

(1)整理测试数据

以除氧器水位调节阀开始关小时计时，需要根据不同工况下试验结果整 理得到以下数据关系曲线：凝结水流量改变量与有代表性的时刻(一般为15s、 1min、3min以及5min)机组负荷改变量之间的关系曲线；以5min时刻负荷 改变量为比较基准，其它时刻平均的负荷相对变化量随时间的变化关系；计 算1min到5min内除氧器与热井水位变化速度，并得到它与凝结水流量改变 量之间的关系曲线。

(2)使用特定函数关系拟合曲线

根据机组负荷变化量与凝结水流量变化量成正比这一结论，剔除严重偏 离这一结论的数据，使用比例关系拟合凝结水流量改变量与有代表性的时刻 机组负荷改变量之间的关系曲线；不考虑形状、内部设备占用等因素的影响， 除氧器与热井的水位变化一定是负相关的线性关系，两者的水位变化速度也 均与凝结水流量变化量成正比关系，因此，使用比例关系拟合凝结水流量改 变量与除氧器、热井水位变化速度关系曲线；使用二次函数或三次函数关系 拟合平均的负荷相对变化量随时间的变化关系曲线。

(3)计算凝结水节流调频潜力

根据拟合关系式计算某代表性时刻下的任意凝结水流量变化量所对应的 负荷变化量；根据拟合关系式计算任意时刻的负荷变化相对量，由此可计算 出任意凝结水流量变化量、任意时刻机组的负荷变化量。为了保证机组的运 行安全，除氧器与热井均设置有水位高、低限值，水位正常运行值与高、低 限值之间的范围构成了凝结水节流调频可以使用的区间，依据需要调频作用 的时间计算出水位变化的速度，由于水位变化速度与凝结水流量变化量之间 具有确定的比例关系，可以确定凝结水流量变化量，从而可以计算得到在该 水位限值下，任意时刻机组可产生的负荷变化量，从而完成凝结水节流调频 潜力的评估。

在上述计算结果的基础上，结合现场试验时负荷响应时间的测试结果， 可以完成凝结水节流调频负荷特性的评估。

应用本发明，可在凝结水节流调频功能实施前，通过试验了解其调频潜 力，观察除氧器与热井水位的变化规律，以便于制定行之有效的控制策略， 合理确定水位等参数的控制范围，提高调频控制精度，确保机组安全运行。

下面内容将针对使用上汽-西门子N660-25/600/600型汽轮机的某660MW 超超临界火电机组为例，对本发明提供的方法进行详细介绍。

现场进行凝结水节流调频负荷特性试验，主要试验数据下表所示。

根据此表数据，绘制关阀后不同时刻凝结水流量变化量同负荷变化量的 关系曲线，并按比例关系拟合，得到以下系列函数关系：

关阀15s后：ΔN＝-0.0123ΔD_c-0.1211

关阀1min后：ΔN＝-0.0183ΔD_c-0.3959

关阀3min后：ΔN＝-0.0294ΔD_c-1.5528

关阀5min后：ΔN＝-0.0321ΔD_c-0.3799

相对负荷变化量Y随时间T的关系：

Y＝3E-07T³-0.0008T²+0.4347T+33.525

除氧器与热井水位变化速度U与凝结水流量变化量Q之间的关系：

除氧器：U＝0.1528Q+2.529；

A热井：U＝-0.1168Q-6.5763

B热井：U＝-0.1121Q-4.63

由上述系列关系，可绘制出如图1、图2与图3中的曲线，请参考图1- 图3，图1为本发明具体实施方式中机组负荷变化量与凝结水流量变化量关系 曲线示意图；图2为本发明具体实施方式中机组负荷相对变化量与时间关系 示意图；图3为除氧器和热井水位变化速度与凝结水流量变化量关系曲线示 意图。

在除氧器水位允许变化范围确定的情况下，根据需要凝结水调频作用的 时间，可计算得到除氧器水位变化速度，并由图3得到相应的凝结水流量变 化量，然后由图1得到不同代表性时刻机组的负荷变化量，最后可得到以关 阀5min后数据为比较基准、任意时刻的机组相对负荷变化量，从而完成对凝 结水调节调频潜力的计算。结合凝结水节流后的负荷响应时间，可实现对该 机组凝结水节流调频负荷特性的评估。

以上对本发明所提供的一种热力发电机组凝结水节流调频负荷特性评估 方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进 行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。 应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前 提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明 权利要求的保护范围内。