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。节流增益系数与当前运行工况关系密切,为方便计算将该系数拟合为机组工况的函数,拟合结果如图1所示。
图1 节流增益系数与机组工况关系曲线
处于安全因素考虑需要对凝结水系统蓄能容量进行计算。根据除氧器内工质质量平衡对除氧器内工质容量进行计算并拟合为除氧器水位的二阶函数,结合功率增益系数计算获得除氧器水位变化单位高度引起的抽汽量改变转化成汽轮机侧热量的变化关系,利用该关系系数可以评估当前状态下凝结水节流系统参与机组负荷调节的能力大小。
(2)基于多尺度分解的一次调频联合控制方法
现有的火电机组一般采用一次调频“CCS+DEH”控制策略。设计利用凝结水节流参与一次调频方法的思路是将超出现有协调控制所能接受的变负荷速率范围外的功率指令分解出来,送入凝结水节流系统进行调节。针对凝结水节流参与机组功率的调节过程中只能有限度被利用的特点,提出基于多尺度分解的一次调频指令分配方法,对凝结水节流系统和主机一次调频系统定值进行优化。
基于变化速率的多尺度信号分解的过程可看做是:首先将一个信号分解为通过速率限制的部分(慢变部分)和剩余部分(快变部分),然后再对快变部分继续分解,如此反复n次,将信号分解为不同速率变化的分量。每个限速环节对应被控对象变负荷调节速率能力:其中慢变的、持续的第1层信号适用于燃料能量,快变的、暂时性的第2层信号适用于凝结水蓄能。如图2所示。由于凝结水节流蓄能有限,因此需要对节流功率指令进行限幅,使节流调频负荷指令包围面积不超过节流可利用蓄能。
图2 阶跃指令信号的多尺度分解
(3)仿真与结果分析
将基于多尺度分解的一次调频联合控制方案应用于被控机组,优化前后的机组一次调频响应情况如图3所示。
图3 优化前后的机组一次调频响应情况
凝结水节流方式下误差绝对值积分IAE=333.897,传统控制方式下IAE=497.216。可见凝结水节流与机炉侧相比响应速度更快,其可以通过快速调节凝结水流量对节流蓄能利用进行精确控制,同时分解指令缓解了机炉侧控制的压力,从而获得更好的动态控制效果。仿真中体现凝结水节流参与一次调频控制的另一优势在于:优化后的机组参数尤其是主蒸汽压力在调频过程中更加稳定,这是由于优化后由于凝结水节流控制系统承担了调频负荷指令中快变的部分,机炉协调侧承担的负荷指令更加缓和,平衡了汽机侧与锅炉侧的动态特性,从而提高了机炉侧参数的控制质量。
另外,基于尺度分解的节流一次调频指令通过对凝结水节流量进行约束,保证了除氧器水位运行在安全区间内(一般为水位设定中值±200mm),且一次调频功率指令具有小幅双向波动的特点,短时反复的凝结水流量变化避免了除氧器水位的剧烈波动,因此其能够保证凝结水节流系统参与一次调频控制的投入率。
4结论
凝结水节流本质是一种利用汽轮机回热系统蓄能影响机组出力的方法。本文提出节流蓄能系数概念,通过对凝结水节流系统蓄能进行分析,定量评估了凝结水节流在参与一次调频过程中的能量贡献能力,结合所提出的基于多尺度分解的一次调频联合控制方法,使机组在提高一次调频动态响应能力、改善运行参数稳定性的同时保证了凝结水节流系统的投入率,具有可观的实际应用价值。
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