火力发电厂低负荷调峰控制技术研究

杨福舰

摘 要：为提高发电厂电能的利用率，减少由于用电峰值引起的能源浪费，提出火力发电厂低负荷调峰控制技术研究。随着各发电集团竞相扩大火电装机规模，电力产能出现过剩。火电发电机组利用小时数不足加上激烈的市场竞价，造成火电经营维艰。与此同时，电网峰谷负荷差逐年增大，火电厂实行深度调峰（机组出力低于40%额定负荷）的必要性也随之增加。面对风电、光电等新能源在电网中所占比重快速增大形成的电能消纳问题，各地均推出了机组深度调峰辅助服务补偿措施。

关键词：火力发电厂;低负荷;调峰控制

引言

随着大规模新能源并网以及需求侧多样化的灵活性资源接入，电力系统的安全稳定运行正经受着源与荷双重不确定性的考验。为实现广域能源的优化调度，需要对新能源与灵活性资源进行协调控制。

1火力发电厂低负荷调峰控制技术

在火力发电厂调峰时，最低负荷取决于最低稳燃负荷，而最低稳燃负荷由燃烧条件决定，因此，在实际运行过程中，最低稳燃负荷受多种因素影响。基于此，本文设计了火力发电厂能量数学模型，分析其实际产出，并作为调峰控制的基础，对火力发电厂运行状态进行控制。

此时，能量消耗量与供电功率之间的关系，是在对应的参数状态下得到的。在实际发电厂运行过程中，但这些参数以及状态并非定值，因此，需要对其进行确定，因此，本文分析了发电厂的循环水运行方式以及对应的功率消耗，以此提高对火力发电厂能量消耗量的计算精度。

1.1循环水运行方式确定

确定火力发电厂运行方式之前，首先，要确定在循环过程中，发电厂机电功率的增加值与循环水功率消耗的增加值之间的最大差。

1.2循环水功率消耗确定

在火力发电厂调峰时，机组负荷偏离其额定负荷的一个主要原因，为循环水的功率消耗，因此，准确计算循环水功率消耗，是减少发电厂用电率，降低功率消耗的有效手段。

2协调控制优化措施

2.1锅炉主控变负荷前馈优化

机组深度调峰时因锅炉响应比汽机响应速度慢，锅炉燃烧具有滞后性与延时性，因此锅炉主控要加上前馈。前馈有2种方式：静态前馈与动态前馈。锅炉的静态前馈为指令折线函数，该函数反映对应的负荷;而锅炉动态前馈则引入了负荷偏差、变负荷速率与燃料设定生成速率等，实现汽压、汽温等参数控制的稳定。采用减少低负荷期间变负荷速率、燃料量生成速率设定，增大给水量生成惯性时间设定值，以维持燃料量变化速率与给水量相匹配。

2.2调峰时滑压运行的优化

众所周知，当主给水处于全开状态时，给水母管压力与主汽压力差越大，那么给水流量就越大;给水母管压力与主汽压力差越小，则给水流量也就越小。为维持主汽与给水流量的平衡，当主汽压力降低时，给水母管压力也随之降低。

当机组出力在接近30%额定负荷时，通常在11.8MPa水平设定主汽压力值，则超调将在减负荷阶段出现。调试中主汽压力实际值为10.6MPa，汽动给水泵转速下降至3008r/min，为预防给泵组低转速（<3000r/min）时跳出遥控和自动，我们适度调高低负荷运行期间主汽压力的设定值。

2.3深度调峰的运行措施

（1）煤场要备好试验所需燃煤，要求煤质尽可能达到或优于设计值的优质动力煤种。在进行低负荷深度调峰时，要预先做好给煤机下煤不通畅、制粉出力不足等风险防范。该阶段主要问题在于，当燃料量大幅减少时将会导致水煤比失调，在运磨煤机燃料量跟踪不及时而导致机组迅速转入湿态运行，此时应避免操作不当导致汽水分离器水位高、锅炉MFT保护动作等发生。

（2）将2台给煤机A/E（即最下层）的低限给煤量设定为20t/h，当燃料主控输出小于此整定值时发出指令“闭锁—负荷减”，使最下层燃烧的稳定性能够持续。

3实验测试

3.1实验环境

实验选用某火力发电厂为实验对象，其机组型高为800WM的冷空机组，锅炉型号为HB10/HG36.5，属于超临界压力直流锅炉，全钢架构造，锅炉包含106个吹灰器、其中，炉膛式56个，长伸缩式36个，半伸缩式14个，以及1个温度探针。其燃烧方式为对冲旋流方式，在其内部，以内置式启动分离器作为汽水双流程的分界，其分界标准为负荷强度为30%。

3.2实验结果

本文方法的调控下的电厂电能，在满足用电需求的基础上，其输出值的差异始终在用电总量的10%以内，具有较好的调峰效果。这主要是因为所提方法实现对用电量的准确分析，以此为基础对电能产出进行有效控制，降低用电峰值与低谷引起的电能浪费，实现有效调峰。

3.3各单元调度方案比较

多目标模型通过平衡不同目标下的满意程度，得到综合满意度最大的最优折衷解，能够同时实现系统调峰指数、电网运行成本以及用户补偿成本较优的效果。

以系统调峰指数最优为目标的结果中常规机组出力波动幅度最小，即通过VPP进行需求响应调节后降低了系统的调峰难度。

由于储能系统和电动汽车的调度成本低于常规机组，所以在以电网运行成本最優为目标的结果中储能系统和电动汽车的出力幅度大于其他目标，即通过利用储能系统和电动汽车的调节能力来降低系统运行成本。

结语

针对国内电力市场面临的严重弃风、弃水形势和调峰资源严重不足的困局，本文将深度调峰与日前市场出清协同融合，设计了考虑深度调峰的电力日前市场机制，通过电网算例得到如下结论：

a）由于负荷低谷时电能市场价格较低，火电的深度调峰中标量主要分布在负荷低谷时段。

b）考虑深度调峰后弃水机组数量减少，弃水电量下降。

c）通过火电参与深度调峰，报价较低的水电机组获得了更多的电量，从而降低了全网的发电成本;同时火电在深度调峰市场获得了额外收益，实现了多方共赢。

参考文献

[1]肖小刚，周建中，张祥，等.多级协同模式下华中电网大规模水电站群跨网调峰调度研究[J].水电能源科学，2020，（3）：72-76.

[2]周敏，王孟雨，张亮，等.泰州发电有限公司1000MW超超临界机组深度调峰实践[J].机电信息，2019，（27）：88-89.

[3]周凌安，廖胜利，程春田，等.考虑机组组合的梯级水电站跨省区多电网调峰优化调度方法[J].电网技术，2020，（2）：71-82.