基于凝结水变负荷的深度滑压优化控制技术

李满天，李大安，靳继威，周长伟

(1.中国石油集团电能有限公司 热电一公司，黑龙江 大庆 163314； 2.国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030)

0 引 言

中油电能热电一公司4号发电机组于2013年10月正式并入东北电网运行。为满足2017年东北能源监管局颁布《东北电力辅助服务市场运营规则(试行)》基本调峰时的最小出力改为额定容量的48%的调峰要求，采用高中压缸旁路供热，滑压运行方式。该工作模式存在电网一次调频和AGC考核与机组节能运行的矛盾，为了解决这一问题，将基于凝结水变负荷的深度滑压优化控制技术应用于发电机组，并进行可行性和有效性验证。

1 技术方法

1.1 凝结水变负荷控制分析

凝结水变负荷控制是利用凝结水泵的变频器进行调节，实现对凝结水流量控制，协助机组改变负荷，使一次调频和AGC响应能力得到改善，实现负荷大幅变化情况下的低负荷节能运行。另外，参与深度调峰的机组，在低负荷运行时，要求较高的负荷变速率。针对以上问题，该控制技术通过对机组低加系统蓄能的瞬时利用，实现快速变化负荷，进而满足一次调频及AGC的考核要求[1]，具体控制流程如图1所示。

图1 凝结水变负荷控制过程Fig.1 Variable load control process of condensate

图2是凝结水流量变化与负荷波动曲线。从图中可以看出，机组负荷的变化与凝结水流量的变化方向相反，并随之波动，其响应幅度、速度对于提高机组升降负荷能力起到重要作用。

图2 凝结水流量变化与负荷波动Fig.2 Variation of condensate flow and load fluctuation

将除氧器和凝汽器水位控制在安全运行范围内，可避免凝结水变负荷过程中，给除氧器、凝汽器水位控制带来额外的扰动，保证机组的安全稳定运行。

1.2 机组智能实时滑压控制技术

智能实时滑压控制技术是以滑压节能优化控制技术为基础，滑压控制实现低节流经济运行与参考锅炉蓄热水平调整滑压控制目标同步进行，使锅炉蓄热水平在深度调峰时得到保障，有助于汽轮机的快速负荷调节。此外，辐射受热面和对流受热面的吸热分配受滑压参数的影响较大，因此，智能实时滑压有利于提高超低负荷运行时的主、再热汽温，解决了机组超低负荷时主、再热蒸汽温度偏低的问题，从而提高了机组在深度调峰运行时的经济性。

1.3 基于凝结水变负荷的深度滑压优化控制技术

在机组低负荷运行条件下，滑压节能与电网AGC考核要求存在矛盾，而基于凝结水变负荷的深度滑压优化控制技术是解决上述矛盾的有效手段之一。通过开展基于凝结水变负荷的深度滑压优化控制技术研究，进行高压调节阀流量特性的重新整定，分析计算高压调节阀重叠度和配汽曲线，通过试验最终确定高压调节阀经济运行阀位。研究机组滑压参数给定的在线实时修正方法，在保障机组变工况安全稳定性的前提下，依据机组环境参数、背压、抽汽工况变化，基于机组调门节流状态的跟踪，智能修正机组主蒸汽压力运行参数给定。对机组运行经济性与升降负荷能力的变化进行实时分析，对机组的运行参数给定值进行自动修正，平衡AGC指标与经济性之间的关系，实现满足电网考核条件下尽可能降低调门节流损失，深入发掘机组节能运行潜力。

综上所述，基于凝结水变负荷的深度滑压优化控制技术针对不同的运行工况，以凝结水变负荷技术为基础，在机组升降负荷瓶颈期发挥作用，对机组主蒸汽压力运行目标进行实时优化，从而实现深度调峰机组变负荷能力、经济性和稳定性的多目标协调优化[2-3]。

2 应用效果分析

为了解决热电一公司4号发电机组在参与深度调峰时，滑压节能与电网AGC考核要求的根本矛盾问题，将基于凝结水变负荷的深度滑压优化控制技术应用于该机组，通过凝结水变负荷提高机组响应电网一次调频和AGC指令的能力，从而实现机组的最优滑压运行。

该机组深度调峰采用高中压缸旁路供热，滑压运行方式。根据机组实际情况，利用3台凝结水泵的2台变频器，实现对凝结水流量的动态调节，辅助机组升降负荷，改善一次调频和AGC响应能力，实现大幅变负荷条件下的低负荷节能运行，各负荷下凝结水变负荷响应结果见表1。

表1可以看出，投入凝结水变负荷系统后，在不同负荷下通过降低机组的凝结水流量可以有效升高机组负荷，且凝结水流量每降低100 t/h，机组负荷大约升高1.52 MW，凝结水变负荷能力较强。

表1 各负荷下凝结水变负荷响应结果Table 1 Condensate variable load response results under each load

在凝结水变负荷的运行基础上，深度滑压优化控制技术根据4号机组调门节流状态的跟踪，实时分析机组运行经济性和升降负荷能力的变化，自动修正机组的运行参数给定，协调AGC指标与运行经济性之间的平衡，在满足电网考核条件下尽可能降低调门节流损失，结果见表2。

表2 各负荷下智能滑压响应结果Table 2 Response results of intelligent sliding pressure under each load

经统计，该技术的实施，可明显减少高压调门节流损失，使机组年平均高压缸效率提高约1.5%。经计算，智能滑压应用后，机组对应煤耗降低0.69 g/(kW·h)，经济效益显著。

4号机组超低负荷时主、再热蒸汽温度偏低，而滑压参数对调整辐射受热面和对流受热面的吸热分配具有重要的影响。因此，滑压优化控制技术还有利于提高超低负荷运行时的主、再热汽温，从而大幅改善机组在深度调峰运行时的经济性[4-5]。

基于凝结水变负荷的深度滑压优化控制技术在热电一公司4号机组应用后，机组在达到电网考核指标的前提下实现了深度滑压节能自动控制，节流损失大幅降低，同时，缓解了深度调峰期间长期存在的电网一次调频和AGC考核与机组节能运行的矛盾。根据电网考核要求，测试机组不同转速偏差条件下的一次调频性能指标，测试不同负荷指令变化条件下的机组AGC指标，对测试结果进行分析。AGC满足电网考核要求，实现45%以上额定负荷，AGC升降负荷速率达到4.5 MW/min，最高升降负荷速率达到5.1 MW/min，较原变负荷速率提高10%以上(原变负荷速率2.0 MW/min)，一次调频合格率达80%以上。

3 结 语

基于凝结水变负荷的深度滑压优化控制技术，缓解了深度调峰期间存在的电网一次调频和AGC考核与机组节能运行的矛盾，是实现机组深度调峰的重要组成部分。经现场验证，机组在达到电网考核指标的前提下，实现了深度滑压节能自动控制，节流损失大幅降低，但调节效果方面还存在不足。因此，将随着机组运行状况的实时变化，验证逻辑程序的合理性、调节参数的准确性。将该项技术推广到电厂生产运行中，发挥最大功效。