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摘 要：火电汽轮机顺序阀方式下，正常运行时除在调门重叠度区域内，基本都是依靠单个调门进行调频。然而，配置六调门汽轮机由于单个调门分担的蒸汽流量较四高调门汽轮机单个调门所承担的流量要少很多，因此，调门动作量相同时六高调门机组调频能力较差。针对此问题，本文提出了一种六高调门机组调频能力的综合改善方法：在正常利用流量特性优化的同时，利用背压调节来提高机组一次调频能力。实际机组应用效果十分显著，这对实际工程具有一定的参考价值。
关键词：六调门 汽轮机 调频能力 流量特性 背压控制
中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）02（a）-0096-02
近几年，我国风电和光伏发电迅猛发展，随着国家能源结构转型升级推进，风电和光伏发电将继续保持着强劲的发展势头[1]。然而，由于风电、光伏等电源负荷呈现显著的随机波动不确定特性[2]，显著影响了电力系统的频率安全，这也对系统的调频能力提出了更高的要求[3]。
燃煤汽轮机发电机组一次调频是当电网负荷发生变化时，汽轮机调节系统自动地根据转速的变化调整汽轮机的功率，进而将电网频率的变化限制在一定的限度内。燃煤汽轮机发电机组一次调频在保证电网的安全经济运行、提高电能质量和电网调频的控制水平、迅速消除由于电网负荷变化引起的频率波动等方面有着重要作用[4]。其中，高调门是最重要的调频功能部件。因此，目前大多数研究主要针对调门特性曲线进行综合优化技术研究，主要涉及两个主要方面：一是流量特性曲线的线性度优化，二是进汽顺序优化[5，6]。不仅进行了大量的理论建模及计算仿真，而且还进行了许多实际试验测试[7，8]。可以说该方面国内研究已经比较充分。然而，上述研究绝大多数公开文献都是针对配置4个高调门的汽轮机展开的，而针对6个高调门汽轮机的研究成果较少。同时，从6调门调频能力进行展开的研究更少。
因此，本文针对六高调门配置汽轮机调频能力综合改善方法进行研究，具有一定的实际工程意义。
1 六高调门汽轮机调频能力问题分析
1.1 存在的问题分析
高调门是火电汽轮机的关键调频部件之一，在顺序阀方式下，正常运行时除在调门重叠度区域内，基本都是依靠单个调门进行调频。然而，配置六调门汽轮机由于单个调门分担的蒸汽流量较四高调门汽轮机单个调门所承担的流量要少很多，因此，调门动作量相同时六高调门机组调频能力较差。并且，目前的燃煤汽轮机发电机组一次调频因子一般设置的两个因素，频差死区和转速不等率都采用定值的方式，在燃煤汽轮机发电机组滑压运行的时候，这两个因素并不改变。在这种情况下，主蒸汽压力偏离额定设计工况后，机组一次调频能力也会改变。
1.2 应对策略提出
由于调门是最关键调频部件，因此，首先想到的进行调门特性曲线；实际调研结果表明：机组自投产后，从未进行专门的流量特性曲线优化。同时，为了解决目前燃煤汽轮机发电机组主蒸汽压力偏离额定设计工况后，机组一次调频能力也会改变的问题，本文还进一步提出了燃煤汽轮机发电机组滑压运行一次调频能力的补偿方法。从而实现调频能力综合改善的目的。
2 跳门特性曲线综合优化
如图1所示，未机组高调门喷嘴布置图。鉴于机组高调门特性曲线目前未进行有效优化的问题，对机组进行特性试验及规律设计。如图2所示，为调频能力不足的调门特性曲线，机组低负荷局部进汽时下半缸进汽，存在很大的配汽不平衡汽流力。如图2所示，为进行特性测试修正后的顺序阀配汽规律。从图2中可以看出：机组进行了调门进汽顺序重组，采用对角进汽方式可以有效解决了机组原顺序阀进汽顺序下的局部进汽配汽不平衡汽流力较大的安全隐患。此外，从图4中看出，两台机组的轴系稳定性不同，因此开启顺序略有差异。
3 背压调节的控制策略优化
目前，燃煤汽轮机发电机组一次调频功能是将汽轮机转速与额定转速的差值直接换算成调频后有功功率指令。汽轮机额定转速（一般为3000r/min）与实际转速的差值x经函数F（x）转换后生成一次调频因子K，函数的具体公式如下：
，
其中，表示经过死区，为转速不等率。
将一次调频因子K直接叠加到燃煤汽轮机的有功功率指令给定值M上，获得调频后有功功率MK指令，以控制燃煤汽轮机的调门开度。
燃煤汽轮机发电机组一次调频功能，要求转速变化1%，通过一次调频要求发电功率变化20%。燃煤汽轮机发电机组一次调频不等率δ普遍设置为δ=0.05，在额定设计工况下，足以满足上述要求。但是，当主蒸汽压力发生改变，偏离额定设计工况时，不等率δ=0.05就不足以满足上述要求。需要针对机组滑压运行时利用背压控制来进一步补偿机组一次调频能力。
4 结论
本文针对六高调门配置的火电汽轮机顺序阀方式下的调频能力综合改善策略进行研究，并结合实际改造案例得到的结论如下。
（1）分析了六调门汽轮机调频能力存在的问题，指出配置六调门汽轮机由于单个调门分担的蒸汽流量较四高调门汽轮机单个调门所承担的流量要少很多，因此，调门动作量相同时六高调门机组调频能力较差；
（2）提出了一种六高调门机组调频能力的综合改善方法：在正常利用流量特性优化的同时，利用背压调节来提高机组一次调频能力。
实际机组应用效果十分显著，该方法这对实际工程具有一定的参考价值。
参考文献
[1] 刘吉臻，王玮，胡阳，等.新能源电力系统控制与优化[J]. 控制理论与应用，2016，33（12）：1555-1561.
[2] 薛禹胜，雷兴，薛峰，等.关于风电不确定性对电力系统影响的评述[J].中国电机工程学报，2014，34（29）：5029-5040.
[3] 曾博，杨雍琦，段金辉，等.新能源电力系统中需求侧响应关键问题及未来研究展望[J].电力系统自动化， 2015（17）：10-18.
[4] 王琦.高风电渗透率区域电网火电机组调频能力研究[D].哈尔滨工业大学，2015.
[5] 赵婷，薄利明，万杰，等.由高调门特性问题引发的汽轮机负荷失控故障诊断[J].汽轮机技术，2017，59（1）：70-74.
[6] 俞金树.大流量抽汽工況下汽轮机运行方式综合优化策略[J].热能动力工程，2017，32（6）：123-128.
[7] 唐贵基，张文德，卢盛阳，等.600MW汽轮机部分进汽条件下配汽策略优化[J].中国电力，2015，48（2）：14-20.
[8] 万忠海，晏涛，吴杨辉，等.汽轮机流量特性试验原理及偏差、要点分析[J].汽轮机技术，2015（4）：285-288.
关键词：六调门 汽轮机 调频能力 流量特性 背压控制
中图分类号：TK26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2018）02（a）-0096-02
近几年，我国风电和光伏发电迅猛发展，随着国家能源结构转型升级推进，风电和光伏发电将继续保持着强劲的发展势头[1]。然而，由于风电、光伏等电源负荷呈现显著的随机波动不确定特性[2]，显著影响了电力系统的频率安全，这也对系统的调频能力提出了更高的要求[3]。
燃煤汽轮机发电机组一次调频是当电网负荷发生变化时，汽轮机调节系统自动地根据转速的变化调整汽轮机的功率，进而将电网频率的变化限制在一定的限度内。燃煤汽轮机发电机组一次调频在保证电网的安全经济运行、提高电能质量和电网调频的控制水平、迅速消除由于电网负荷变化引起的频率波动等方面有着重要作用[4]。其中，高调门是最重要的调频功能部件。因此，目前大多数研究主要针对调门特性曲线进行综合优化技术研究，主要涉及两个主要方面：一是流量特性曲线的线性度优化，二是进汽顺序优化[5，6]。不仅进行了大量的理论建模及计算仿真，而且还进行了许多实际试验测试[7，8]。可以说该方面国内研究已经比较充分。然而，上述研究绝大多数公开文献都是针对配置4个高调门的汽轮机展开的，而针对6个高调门汽轮机的研究成果较少。同时，从6调门调频能力进行展开的研究更少。
因此，本文针对六高调门配置汽轮机调频能力综合改善方法进行研究，具有一定的实际工程意义。
1 六高调门汽轮机调频能力问题分析
1.1 存在的问题分析
高调门是火电汽轮机的关键调频部件之一，在顺序阀方式下，正常运行时除在调门重叠度区域内，基本都是依靠单个调门进行调频。然而，配置六调门汽轮机由于单个调门分担的蒸汽流量较四高调门汽轮机单个调门所承担的流量要少很多，因此，调门动作量相同时六高调门机组调频能力较差。并且，目前的燃煤汽轮机发电机组一次调频因子一般设置的两个因素，频差死区和转速不等率都采用定值的方式，在燃煤汽轮机发电机组滑压运行的时候，这两个因素并不改变。在这种情况下，主蒸汽压力偏离额定设计工况后，机组一次调频能力也会改变。
1.2 应对策略提出
由于调门是最关键调频部件，因此，首先想到的进行调门特性曲线；实际调研结果表明：机组自投产后，从未进行专门的流量特性曲线优化。同时，为了解决目前燃煤汽轮机发电机组主蒸汽压力偏离额定设计工况后，机组一次调频能力也会改变的问题，本文还进一步提出了燃煤汽轮机发电机组滑压运行一次调频能力的补偿方法。从而实现调频能力综合改善的目的。
2 跳门特性曲线综合优化
如图1所示，未机组高调门喷嘴布置图。鉴于机组高调门特性曲线目前未进行有效优化的问题，对机组进行特性试验及规律设计。如图2所示，为调频能力不足的调门特性曲线，机组低负荷局部进汽时下半缸进汽，存在很大的配汽不平衡汽流力。如图2所示，为进行特性测试修正后的顺序阀配汽规律。从图2中可以看出：机组进行了调门进汽顺序重组，采用对角进汽方式可以有效解决了机组原顺序阀进汽顺序下的局部进汽配汽不平衡汽流力较大的安全隐患。此外，从图4中看出，两台机组的轴系稳定性不同，因此开启顺序略有差异。
3 背压调节的控制策略优化
目前，燃煤汽轮机发电机组一次调频功能是将汽轮机转速与额定转速的差值直接换算成调频后有功功率指令。汽轮机额定转速（一般为3000r/min）与实际转速的差值x经函数F（x）转换后生成一次调频因子K，函数的具体公式如下：
，
其中，表示经过死区，为转速不等率。
将一次调频因子K直接叠加到燃煤汽轮机的有功功率指令给定值M上，获得调频后有功功率MK指令，以控制燃煤汽轮机的调门开度。
燃煤汽轮机发电机组一次调频功能，要求转速变化1%，通过一次调频要求发电功率变化20%。燃煤汽轮机发电机组一次调频不等率δ普遍设置为δ=0.05，在额定设计工况下，足以满足上述要求。但是，当主蒸汽压力发生改变，偏离额定设计工况时，不等率δ=0.05就不足以满足上述要求。需要针对机组滑压运行时利用背压控制来进一步补偿机组一次调频能力。
4 结论
本文针对六高调门配置的火电汽轮机顺序阀方式下的调频能力综合改善策略进行研究，并结合实际改造案例得到的结论如下。
（1）分析了六调门汽轮机调频能力存在的问题，指出配置六调门汽轮机由于单个调门分担的蒸汽流量较四高调门汽轮机单个调门所承担的流量要少很多，因此，调门动作量相同时六高调门机组调频能力较差；
（2）提出了一种六高调门机组调频能力的综合改善方法：在正常利用流量特性优化的同时，利用背压调节来提高机组一次调频能力。
实际机组应用效果十分显著，该方法这对实际工程具有一定的参考价值。
参考文献
[1] 刘吉臻，王玮，胡阳，等.新能源电力系统控制与优化[J]. 控制理论与应用，2016，33（12）：1555-1561.
[2] 薛禹胜，雷兴，薛峰，等.关于风电不确定性对电力系统影响的评述[J].中国电机工程学报，2014，34（29）：5029-5040.
[3] 曾博，杨雍琦，段金辉，等.新能源电力系统中需求侧响应关键问题及未来研究展望[J].电力系统自动化， 2015（17）：10-18.
[4] 王琦.高风电渗透率区域电网火电机组调频能力研究[D].哈尔滨工业大学，2015.
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[6] 俞金树.大流量抽汽工況下汽轮机运行方式综合优化策略[J].热能动力工程，2017，32（6）：123-128.
[7] 唐贵基，张文德，卢盛阳，等.600MW汽轮机部分进汽条件下配汽策略优化[J].中国电力，2015，48（2）：14-20.
[8] 万忠海，晏涛，吴杨辉，等.汽轮机流量特性试验原理及偏差、要点分析[J].汽轮机技术，2015（4）：285-288.