基于背压连续可调的燃煤发电机组变负荷控制方法研究

Peaking power sources with better power adjustment performance will restrain the fluctuation of renewable energy sources, which will do great help to the large scale grid-connection of renewable energy sources. The power layout structure in China determines that the coal-fired power units should become the main peaking power sources for the renewable energy, and improve their power adjustment performance. Based on the condenser pressure's large and rapid influence on the turbine power, the author proposes to improve the power adjustment performance of coal-fired power units through the condenser pressure adjustment, and establish the "condenser pressure peaking method". Focusing on the wet-cooled units, we will make research on the characteristics of motor speed to the condenser pressure, and the condenser pressure to the turbine power through the mechanism analysis and data mining. We will analyze the range and speed of adjustable power based on the above characteristics. Finally, the project puts forward to take use of the "condenser pressure peaking method" as an auxiliary approach for the coordinated control system to make up the large delay and inertia of boiler, which is helpful to improve the power adjustment performance of coal-fired power units.

提高互补电源的变负荷运行能力可以在更大范围上平抑新能源电力的强随机波动性，为实现新能源电力的规模化并网奠定基础。中国以燃煤发电为主导的电源结构布局决定了燃煤发电机组必须成为新能源电源的主要互补电源型式，同时还必须尽可能改善其变负荷运行性能。基于燃煤发电机组背压对出力影响大而快的特性，本项目提出基于背压连续可调的机组变负荷控制方法，在背压安全范围内，利用可调背压改善机组的变负荷运行性能；以湿冷机组为研究对象，循环水泵变频调速是实现其背压连续可调的基本手段，项目基于机理分析与数据挖掘方法，建立变频循环水泵电机转速对机组背压以及机组背压对输出功率的特性模型；在此模型基础上，研究上述变负荷控制方法的控制范围及经济性受损情况；提出将上述变负荷控制方法作为机炉协调控制的辅助调节方式，以弥补燃煤发电机组锅炉侧的大迟延大惯性特性，从而最大限度地提高机组变负荷运行能力。

提高互补电源的变负荷运行能力可以在更大范围上平抑新能源电力的强随机波动性，为实现新能源电力的规模化并网奠定基础。中国以燃煤发电为主导的电源结构布局决定了燃煤发电机组必须成为新能源电源的主要互补电源型式，同时还必须尽可能改善其变负荷运行性能。基于燃煤发电机组背压对出力影响大而快的特性，本项目提出将背压调节与传统的协调控制策略相结合，形成新的变负荷控制策略，以提升燃煤发电机组的变负荷性能。.项目以湿冷机组为例，建立了含变频循环水泵、冷却塔、凝汽器及汽轮机低压缸末端的冷端系统全工况运行模型，给出了变频循环水泵电机转速对机组功率输出的影响特性模型；提出了基于背压连续可调的燃煤机组变负荷控制方法，通过设计背压保护系统、最佳背压系统以及背压变负荷控制系统，可使机组运行在安全背压的前提下，保证其稳态工况运行时的经济性以及变负荷工况运行时的快速性；创新发展了联合背压控制与协调控制的燃煤机组新型变负荷控制策略，利用背压控制改善机组变负荷初期的响应速率，利用燃料量控制保证机组变负荷末期的稳态精度，利用主汽门开度控制减小机组变负荷过程中的主汽压波动，仿真结果表明了该策略的有效性，可使机组的变负荷速率提升约一倍；定量核算了变负荷过程中的煤耗变化情况，在某300MW机组上验证结果表明，采用背压调节的变负荷策略较原来的协调控制策略煤耗仅增加0.5473g/kWh，由于背压调节速度快，整个调节时间较短，因此，相比于其改善机组变负荷速率的贡献，付出的煤耗代价在可控范围之内。.项目研究成果已在仿真平台上完成了测试验证，并作为“源网联合调度控制仿真系统研究与开发”项目的一部分通过了中国电机工程学会组织的科技成果鉴定，鉴定结论认为“其中基于多源互补与火电机组弹性运行控制的电网调度控制仿真系统达到国际领先水平。” 本项目研究成果可应用于我国大部分空冷机组，对于改善机组的变负荷性能具有显著作用，具有较高的推广应用价值。