火力發電廠低負荷調峰控制技術研究

楊福艦

摘 要：為提高發電廠電能的利用率，減少由于用電峰值引起的能源浪費，提出火力發電廠低負荷調峰控制技術研究。隨著各發電集團競相擴大火電裝機規模，電力產能出現過剩。火電發電機組利用小時數不足加上激烈的市場競價，造成火電經營維艱。與此同時，電網峰谷負荷差逐年增大，火電廠實行深度調峰（機組出力低于40%額定負荷）的必要性也隨之增加。面對風電、光電等新能源在電網中所占比重快速增大形成的電能消納問題，各地均推出了機組深度調峰輔助服務補償措施。

關鍵詞：火力發電廠;低負荷;調峰控制

引言

隨著大規模新能源并網以及需求側多樣化的靈活性資源接入，電力系統的安全穩定運行正經受著源與荷雙重不確定性的考驗。為實現廣域能源的優化調度，需要對新能源與靈活性資源進行協調控制。

1火力發電廠低負荷調峰控制技術

在火力發電廠調峰時，最低負荷取決于最低穩燃負荷，而最低穩燃負荷由燃燒條件決定，因此，在實際運行過程中，最低穩燃負荷受多種因素影響。基于此，本文設計了火力發電廠能量數學模型，分析其實際產出，并作為調峰控制的基礎，對火力發電廠運行狀態進行控制。

此時，能量消耗量與供電功率之間的關系，是在對應的參數狀態下得到的。在實際發電廠運行過程中，但這些參數以及狀態并非定值，因此，需要對其進行確定，因此，本文分析了發電廠的循環水運行方式以及對應的功率消耗，以此提高對火力發電廠能量消耗量的計算精度。

1.1循環水運行方式確定

確定火力發電廠運行方式之前，首先，要確定在循環過程中，發電廠機電功率的增加值與循環水功率消耗的增加值之間的最大差。

1.2循環水功率消耗確定

在火力發電廠調峰時，機組負荷偏離其額定負荷的一個主要原因，為循環水的功率消耗，因此，準確計算循環水功率消耗，是減少發電廠用電率，降低功率消耗的有效手段。

2協調控制優化措施

2.1鍋爐主控變負荷前饋優化

機組深度調峰時因鍋爐響應比汽機響應速度慢，鍋爐燃燒具有滯后性與延時性，因此鍋爐主控要加上前饋。前饋有2種方式：靜態前饋與動態前饋。鍋爐的靜態前饋為指令折線函數，該函數反映對應的負荷;而鍋爐動態前饋則引入了負荷偏差、變負荷速率與燃料設定生成速率等，實現汽壓、汽溫等參數控制的穩定。采用減少低負荷期間變負荷速率、燃料量生成速率設定，增大給水量生成慣性時間設定值，以維持燃料量變化速率與給水量相匹配。

2.2調峰時滑壓運行的優化

眾所周知，當主給水處于全開狀態時，給水母管壓力與主汽壓力差越大，那么給水流量就越大;給水母管壓力與主汽壓力差越小，則給水流量也就越小。為維持主汽與給水流量的平衡，當主汽壓力降低時，給水母管壓力也隨之降低。

當機組出力在接近30%額定負荷時，通常在11.8MPa水平設定主汽壓力值，則超調將在減負荷階段出現。調試中主汽壓力實際值為10.6MPa，汽動給水泵轉速下降至3008r/min，為預防給泵組低轉速（<3000r/min）時跳出遙控和自動，我們適度調高低負荷運行期間主汽壓力的設定值。

2.3深度調峰的運行措施

（1）煤場要備好試驗所需燃煤，要求煤質盡可能達到或優于設計值的優質動力煤種。在進行低負荷深度調峰時，要預先做好給煤機下煤不通暢、制粉出力不足等風險防范。該階段主要問題在于，當燃料量大幅減少時將會導致水煤比失調，在運磨煤機燃料量跟蹤不及時而導致機組迅速轉入濕態運行，此時應避免操作不當導致汽水分離器水位高、鍋爐MFT保護動作等發生。

（2）將2臺給煤機A/E（即最下層）的低限給煤量設定為20t/h，當燃料主控輸出小于此整定值時發出指令“閉鎖—負荷減”，使最下層燃燒的穩定性能夠持續。

3實驗測試

3.1實驗環境

實驗選用某火力發電廠為實驗對象，其機組型高為800WM的冷空機組，鍋爐型號為HB10/HG36.5，屬于超臨界壓力直流鍋爐，全鋼架構造，鍋爐包含106個吹灰器、其中，爐膛式56個，長伸縮式36個，半伸縮式14個，以及1個溫度探針。其燃燒方式為對沖旋流方式，在其內部，以內置式啟動分離器作為汽水雙流程的分界，其分界標準為負荷強度為30%。

3.2實驗結果

本文方法的調控下的電廠電能，在滿足用電需求的基礎上，其輸出值的差異始終在用電總量的10%以內，具有較好的調峰效果。這主要是因為所提方法實現對用電量的準確分析，以此為基礎對電能產出進行有效控制，降低用電峰值與低谷引起的電能浪費，實現有效調峰。

3.3各單元調度方案比較

多目標模型通過平衡不同目標下的滿意程度，得到綜合滿意度最大的最優折衷解，能夠同時實現系統調峰指數、電網運行成本以及用戶補償成本較優的效果。

以系統調峰指數最優為目標的結果中常規機組出力波動幅度最小，即通過VPP進行需求響應調節后降低了系統的調峰難度。

由于儲能系統和電動汽車的調度成本低于常規機組，所以在以電網運行成本最優為目標的結果中儲能系統和電動汽車的出力幅度大于其他目標，即通過利用儲能系統和電動汽車的調節能力來降低系統運行成本。

結語

針對國內電力市場面臨的嚴重棄風、棄水形勢和調峰資源嚴重不足的困局，本文將深度調峰與日前市場出清協同融合，設計了考慮深度調峰的電力日前市場機制，通過電網算例得到如下結論：

a）由于負荷低谷時電能市場價格較低，火電的深度調峰中標量主要分布在負荷低谷時段。

b）考慮深度調峰后棄水機組數量減少，棄水電量下降。

c）通過火電參與深度調峰，報價較低的水電機組獲得了更多的電量，從而降低了全網的發電成本;同時火電在深度調峰市場獲得了額外收益，實現了多方共贏。

參考文獻

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