火力發(fā)電廠低負(fù)荷調(diào)峰控制技術(shù)研究

楊福艦

摘 要：為提高發(fā)電廠電能的利用率，減少由于用電峰值引起的能源浪費(fèi)，提出火力發(fā)電廠低負(fù)荷調(diào)峰控制技術(shù)研究。隨著各發(fā)電集團(tuán)競相擴(kuò)大火電裝機(jī)規(guī)模，電力產(chǎn)能出現(xiàn)過剩?；痣姲l(fā)電機(jī)組利用小時數(shù)不足加上激烈的市場競價，造成火電經(jīng)營維艱。與此同時，電網(wǎng)峰谷負(fù)荷差逐年增大，火電廠實(shí)行深度調(diào)峰（機(jī)組出力低于40%額定負(fù)荷）的必要性也隨之增加。面對風(fēng)電、光電等新能源在電網(wǎng)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(jī)組深度調(diào)峰輔助服務(wù)補(bǔ)償措施。

關(guān)鍵詞：火力發(fā)電廠;低負(fù)荷;調(diào)峰控制

引言

隨著大規(guī)模新能源并網(wǎng)以及需求側(cè)多樣化的靈活性資源接入，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行正經(jīng)受著源與荷雙重不確定性的考驗(yàn)。為實(shí)現(xiàn)廣域能源的優(yōu)化調(diào)度，需要對新能源與靈活性資源進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

1火力發(fā)電廠低負(fù)荷調(diào)峰控制技術(shù)

在火力發(fā)電廠調(diào)峰時，最低負(fù)荷取決于最低穩(wěn)燃負(fù)荷，而最低穩(wěn)燃負(fù)荷由燃燒條件決定，因此，在實(shí)際運(yùn)行過程中，最低穩(wěn)燃負(fù)荷受多種因素影響?；诖?，本文設(shè)計(jì)了火力發(fā)電廠能量數(shù)學(xué)模型，分析其實(shí)際產(chǎn)出，并作為調(diào)峰控制的基礎(chǔ)，對火力發(fā)電廠運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制。

此時，能量消耗量與供電功率之間的關(guān)系，是在對應(yīng)的參數(shù)狀態(tài)下得到的。在實(shí)際發(fā)電廠運(yùn)行過程中，但這些參數(shù)以及狀態(tài)并非定值，因此，需要對其進(jìn)行確定，因此，本文分析了發(fā)電廠的循環(huán)水運(yùn)行方式以及對應(yīng)的功率消耗，以此提高對火力發(fā)電廠能量消耗量的計(jì)算精度。

1.1循環(huán)水運(yùn)行方式確定

確定火力發(fā)電廠運(yùn)行方式之前，首先，要確定在循環(huán)過程中，發(fā)電廠機(jī)電功率的增加值與循環(huán)水功率消耗的增加值之間的最大差。

1.2循環(huán)水功率消耗確定

在火力發(fā)電廠調(diào)峰時，機(jī)組負(fù)荷偏離其額定負(fù)荷的一個主要原因，為循環(huán)水的功率消耗，因此，準(zhǔn)確計(jì)算循環(huán)水功率消耗，是減少發(fā)電廠用電率，降低功率消耗的有效手段。

2協(xié)調(diào)控制優(yōu)化措施

2.1鍋爐主控變負(fù)荷前饋優(yōu)化

機(jī)組深度調(diào)峰時因鍋爐響應(yīng)比汽機(jī)響應(yīng)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(tài)前饋與動態(tài)前饋。鍋爐的靜態(tài)前饋為指令折線函數(shù)，該函數(shù)反映對應(yīng)的負(fù)荷;而鍋爐動態(tài)前饋則引入了負(fù)荷偏差、變負(fù)荷速率與燃料設(shè)定生成速率等，實(shí)現(xiàn)汽壓、汽溫等參數(shù)控制的穩(wěn)定。采用減少低負(fù)荷期間變負(fù)荷速率、燃料量生成速率設(shè)定，增大給水量生成慣性時間設(shè)定值，以維持燃料量變化速率與給水量相匹配。

2.2調(diào)峰時滑壓運(yùn)行的優(yōu)化

眾所周知，當(dāng)主給水處于全開狀態(tài)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(dāng)主汽壓力降低時，給水母管壓力也隨之降低。

當(dāng)機(jī)組出力在接近30%額定負(fù)荷時，通常在11.8MPa水平設(shè)定主汽壓力值，則超調(diào)將在減負(fù)荷階段出現(xiàn)。調(diào)試中主汽壓力實(shí)際值為10.6MPa，汽動給水泵轉(zhuǎn)速下降至3008r/min，為預(yù)防給泵組低轉(zhuǎn)速（<3000r/min）時跳出遙控和自動，我們適度調(diào)高低負(fù)荷運(yùn)行期間主汽壓力的設(shè)定值。

2.3深度調(diào)峰的運(yùn)行措施

（1）煤場要備好試驗(yàn)所需燃煤，要求煤質(zhì)盡可能達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)值的優(yōu)質(zhì)動力煤種。在進(jìn)行低負(fù)荷深度調(diào)峰時，要預(yù)先做好給煤機(jī)下煤不通暢、制粉出力不足等風(fēng)險防范。該階段主要問題在于，當(dāng)燃料量大幅減少時將會導(dǎo)致水煤比失調(diào)，在運(yùn)磨煤機(jī)燃料量跟蹤不及時而導(dǎo)致機(jī)組迅速轉(zhuǎn)入濕態(tài)運(yùn)行，此時應(yīng)避免操作不當(dāng)導(dǎo)致汽水分離器水位高、鍋爐MFT保護(hù)動作等發(fā)生。

（2）將2臺給煤機(jī)A/E（即最下層）的低限給煤量設(shè)定為20t/h，當(dāng)燃料主控輸出小于此整定值時發(fā)出指令“閉鎖—負(fù)荷減”，使最下層燃燒的穩(wěn)定性能夠持續(xù)。

3實(shí)驗(yàn)測試

3.1實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)選用某火力發(fā)電廠為實(shí)驗(yàn)對象，其機(jī)組型高為800WM的冷空機(jī)組，鍋爐型號為HB10/HG36.5，屬于超臨界壓力直流鍋爐，全鋼架構(gòu)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(nèi)部，以內(nèi)置式啟動分離器作為汽水雙流程的分界，其分界標(biāo)準(zhǔn)為負(fù)荷強(qiáng)度為30%。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文方法的調(diào)控下的電廠電能，在滿足用電需求的基礎(chǔ)上，其輸出值的差異始終在用電總量的10%以內(nèi)，具有較好的調(diào)峰效果。這主要是因?yàn)樗岱椒▽?shí)現(xiàn)對用電量的準(zhǔn)確分析，以此為基礎(chǔ)對電能產(chǎn)出進(jìn)行有效控制，降低用電峰值與低谷引起的電能浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)有效調(diào)峰。

3.3各單元調(diào)度方案比較

多目標(biāo)模型通過平衡不同目標(biāo)下的滿意程度，得到綜合滿意度最大的最優(yōu)折衷解，能夠同時實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)調(diào)峰指數(shù)、電網(wǎng)運(yùn)行成本以及用戶補(bǔ)償成本較優(yōu)的效果。

以系統(tǒng)調(diào)峰指數(shù)最優(yōu)為目標(biāo)的結(jié)果中常規(guī)機(jī)組出力波動幅度最小，即通過VPP進(jìn)行需求響應(yīng)調(diào)節(jié)后降低了系統(tǒng)的調(diào)峰難度。

由于儲能系統(tǒng)和電動汽車的調(diào)度成本低于常規(guī)機(jī)組，所以在以電網(wǎng)運(yùn)行成本最優(yōu)為目標(biāo)的結(jié)果中儲能系統(tǒng)和電動汽車的出力幅度大于其他目標(biāo)，即通過利用儲能系統(tǒng)和電動汽車的調(diào)節(jié)能力來降低系統(tǒng)運(yùn)行成本。

結(jié)語

針對國內(nèi)電力市場面臨的嚴(yán)重棄風(fēng)、棄水形勢和調(diào)峰資源嚴(yán)重不足的困局，本文將深度調(diào)峰與日前市場出清協(xié)同融合，設(shè)計(jì)了考慮深度調(diào)峰的電力日前市場機(jī)制，通過電網(wǎng)算例得到如下結(jié)論：

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

b）考慮深度調(diào)峰后棄水機(jī)組數(shù)量減少，棄水電量下降。

c）通過火電參與深度調(diào)峰，報價較低的水電機(jī)組獲得了更多的電量，從而降低了全網(wǎng)的發(fā)電成本;同時火電在深度調(diào)峰市場獲得了額外收益，實(shí)現(xiàn)了多方共贏。

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