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基于现货市场下的燃气-蒸汽联合循环机组辅助调频协调控制系统优化研究与应用

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成果主要完成人

孔庆龙、徐甲佳、李显江、王继强、王生辉、张艳明、张晓超

项目概况

山西省作为最早建立电力现货市场的省份之一,由并网发电厂提供各种辅助服务实现电网频率平衡。根据《山西发电厂并网运行管理实施细则》负荷响应速度越快的机组在辅助电网调频的过程可实现更大的调频贡献,可得到更多的现货市场奖励。通过基于汽机流量对机组负荷的影响特性的分析,采用汽机流量与燃机负荷联合控制的方式,提高机组AGC负荷响应性能。 常规“二拖一”燃气蒸汽联合循环机组1号燃机和2号燃机的排烟进入余热锅炉,给水在余热锅炉中吸收烟气热量后转换为高温高压蒸汽进入汽轮机做功并拖动发电机产生电能。汽轮机采用纯滑压跟随方式运行,该方式下汽轮机供汽阀门全开,阀门节流损失较小,烟气余热能量利用率较高。纯滑压方式下,汽轮机负荷不主动参与机组整体负荷需求的调整,仅依靠燃机负荷变化来响应负荷需求。机组参与ACE调频市场后,负荷需求频繁升降,在此情况下仅依靠燃机进行负荷响应往往难以满足ACE性能指标要求,一方面燃机的负荷变化速率难以满足ACE调频速率的要求,特别是燃机存在的负荷响应滞后特性容易引起负荷需求往复折返时响应时间及负荷响应速率指标严重下降,另一方面汽轮发电机组负荷随着燃机负荷滞后变化,对机组整体负荷产生了影响,容易引起负荷过调。 为了提高燃气供热联合循环机组的AGC响应能力,通过对燃气供热联合循环机组汽机调门特性分析,提出一种基于汽机流量参与AGC的协调控制策略。通过将汽机主控切换为调峰滑压控制,使汽机调门控制主汽压力稳定并参与机组负荷响应。经过现场试验验证,针对阶跃型升和降负荷指令变化,机组的AGC调节综合指标Kp分别由1.49和2.96提高至3.33和3.70;针对“W”型负荷指令变化,机组的AGC调节综合指标Kp由2.17提升至3.68。该策略能够快速响应负荷指令变化初期负荷响应需求,加强了协调控制的变负荷稳定性,提高了机组负荷调节能力,对于同类型机组具有借鉴和应用价值。