基于凝結水變負荷的深度滑壓優化控制技術

李滿天，李大安，靳繼威，周長偉

(1.中國石油集團電能有限公司 熱電一公司，黑龍江 大慶 163314； 2.國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030)

0 引 言

中油電能熱電一公司4號發電機組于2013年10月正式并入東北電網運行。為滿足2017年東北能源監管局頒布《東北電力輔助服務市場運營規則(試行)》基本調峰時的最小出力改為額定容量的48%的調峰要求，采用高中壓缸旁路供熱，滑壓運行方式。該工作模式存在電網一次調頻和AGC考核與機組節能運行的矛盾，為了解決這一問題，將基于凝結水變負荷的深度滑壓優化控制技術應用于發電機組，并進行可行性和有效性驗證。

1 技術方法

1.1 凝結水變負荷控制分析

凝結水變負荷控制是利用凝結水泵的變頻器進行調節，實現對凝結水流量控制，協助機組改變負荷，使一次調頻和AGC響應能力得到改善，實現負荷大幅變化情況下的低負荷節能運行。另外，參與深度調峰的機組，在低負荷運行時，要求較高的負荷變速率。針對以上問題，該控制技術通過對機組低加系統蓄能的瞬時利用，實現快速變化負荷，進而滿足一次調頻及AGC的考核要求[1]，具體控制流程如圖1所示。

圖1 凝結水變負荷控制過程Fig.1 Variable load control process of condensate

圖2是凝結水流量變化與負荷波動曲線。從圖中可以看出，機組負荷的變化與凝結水流量的變化方向相反，并隨之波動，其響應幅度、速度對于提高機組升降負荷能力起到重要作用。

圖2 凝結水流量變化與負荷波動Fig.2 Variation of condensate flow and load fluctuation

將除氧器和凝汽器水位控制在安全運行范圍內，可避免凝結水變負荷過程中，給除氧器、凝汽器水位控制帶來額外的擾動，保證機組的安全穩定運行。

1.2 機組智能實時滑壓控制技術

智能實時滑壓控制技術是以滑壓節能優化控制技術為基礎，滑壓控制實現低節流經濟運行與參考鍋爐蓄熱水平調整滑壓控制目標同步進行，使鍋爐蓄熱水平在深度調峰時得到保障，有助于汽輪機的快速負荷調節。此外，輻射受熱面和對流受熱面的吸熱分配受滑壓參數的影響較大，因此，智能實時滑壓有利于提高超低負荷運行時的主、再熱汽溫，解決了機組超低負荷時主、再熱蒸汽溫度偏低的問題，從而提高了機組在深度調峰運行時的經濟性。

1.3 基于凝結水變負荷的深度滑壓優化控制技術

在機組低負荷運行條件下，滑壓節能與電網AGC考核要求存在矛盾，而基于凝結水變負荷的深度滑壓優化控制技術是解決上述矛盾的有效手段之一。通過開展基于凝結水變負荷的深度滑壓優化控制技術研究，進行高壓調節閥流量特性的重新整定，分析計算高壓調節閥重疊度和配汽曲線，通過試驗最終確定高壓調節閥經濟運行閥位。研究機組滑壓參數給定的在線實時修正方法，在保障機組變工況安全穩定性的前提下，依據機組環境參數、背壓、抽汽工況變化，基于機組調門節流狀態的跟蹤，智能修正機組主蒸汽壓力運行參數給定。對機組運行經濟性與升降負荷能力的變化進行實時分析，對機組的運行參數給定值進行自動修正，平衡AGC指標與經濟性之間的關系，實現滿足電網考核條件下盡可能降低調門節流損失，深入發掘機組節能運行潛力。

綜上所述，基于凝結水變負荷的深度滑壓優化控制技術針對不同的運行工況，以凝結水變負荷技術為基礎，在機組升降負荷瓶頸期發揮作用，對機組主蒸汽壓力運行目標進行實時優化，從而實現深度調峰機組變負荷能力、經濟性和穩定性的多目標協調優化[2-3]。

2 應用效果分析

為了解決熱電一公司4號發電機組在參與深度調峰時，滑壓節能與電網AGC考核要求的根本矛盾問題，將基于凝結水變負荷的深度滑壓優化控制技術應用于該機組，通過凝結水變負荷提高機組響應電網一次調頻和AGC指令的能力，從而實現機組的最優滑壓運行。

該機組深度調峰采用高中壓缸旁路供熱，滑壓運行方式。根據機組實際情況，利用3臺凝結水泵的2臺變頻器，實現對凝結水流量的動態調節，輔助機組升降負荷，改善一次調頻和AGC響應能力，實現大幅變負荷條件下的低負荷節能運行，各負荷下凝結水變負荷響應結果見表1。

表1可以看出，投入凝結水變負荷系統后，在不同負荷下通過降低機組的凝結水流量可以有效升高機組負荷，且凝結水流量每降低100 t/h，機組負荷大約升高1.52 MW，凝結水變負荷能力較強。

表1 各負荷下凝結水變負荷響應結果Table 1 Condensate variable load response results under each load

在凝結水變負荷的運行基礎上，深度滑壓優化控制技術根據4號機組調門節流狀態的跟蹤，實時分析機組運行經濟性和升降負荷能力的變化，自動修正機組的運行參數給定，協調AGC指標與運行經濟性之間的平衡，在滿足電網考核條件下盡可能降低調門節流損失，結果見表2。

表2 各負荷下智能滑壓響應結果Table 2 Response results of intelligent sliding pressure under each load

經統計，該技術的實施，可明顯減少高壓調門節流損失，使機組年平均高壓缸效率提高約1.5%。經計算，智能滑壓應用后，機組對應煤耗降低0.69 g/(kW·h)，經濟效益顯著。

4號機組超低負荷時主、再熱蒸汽溫度偏低，而滑壓參數對調整輻射受熱面和對流受熱面的吸熱分配具有重要的影響。因此，滑壓優化控制技術還有利于提高超低負荷運行時的主、再熱汽溫，從而大幅改善機組在深度調峰運行時的經濟性[4-5]。

基于凝結水變負荷的深度滑壓優化控制技術在熱電一公司4號機組應用后，機組在達到電網考核指標的前提下實現了深度滑壓節能自動控制，節流損失大幅降低，同時，緩解了深度調峰期間長期存在的電網一次調頻和AGC考核與機組節能運行的矛盾。根據電網考核要求，測試機組不同轉速偏差條件下的一次調頻性能指標，測試不同負荷指令變化條件下的機組AGC指標，對測試結果進行分析。AGC滿足電網考核要求，實現45%以上額定負荷，AGC升降負荷速率達到4.5 MW/min，最高升降負荷速率達到5.1 MW/min，較原變負荷速率提高10%以上(原變負荷速率2.0 MW/min)，一次調頻合格率達80%以上。

3 結 語

基于凝結水變負荷的深度滑壓優化控制技術，緩解了深度調峰期間存在的電網一次調頻和AGC考核與機組節能運行的矛盾，是實現機組深度調峰的重要組成部分。經現場驗證，機組在達到電網考核指標的前提下，實現了深度滑壓節能自動控制，節流損失大幅降低，但調節效果方面還存在不足。因此，將隨著機組運行狀況的實時變化，驗證邏輯程序的合理性、調節參數的準確性。將該項技術推廣到電廠生產運行中，發揮最大功效。