新能源大规模并网条件下火电机组深度调峰控制策略优化

1、新能源大规模并网条件下火电机组深度调峰控制策略优化摘要：机组深度调峰经验为基础，在保证机组安全、环保运行的前提下，进一 步探索机组深度调峰减负荷操作方法，优化、固化操作流程，提高变负荷速率， 满足调度爬坡率需求，提高盈利能力。本文对新能源大规模并网条件下火电机组 深度调峰控制策略优化进行分析，以供参考。关键词：新能源并网；火电机组；深度调峰引言近几年，随着我国用电结构与发电机构不断变化，电网调峰问题也逐渐凸显。由于我国 多数电网的电源机构主要运用火电，加上水电比重较小，清洁能源的快速发展，电网的调峰 问题越来越严峻。本文以某电厂3 5 0 MW供热机组为例，从控制与保护等方面阐述深度调 峰过程

2、中先进控制策略在其中的应用情况，确定机组负荷调节深度与深度调峰方式，这对火 电厂发展而言具有极大的帮助作用。1机组深度调峰灵活性技改方案及运行方式1.1深度调峰灵活性系统技改方案在双路低旁减温减压器后D820X9管道后各接出一根D720X11支管，接至热网加热蒸汽 母管。低旁管道至凝汽器入口管道加装电动蝶阀，当低旁启动供汽后，该阀门关闭，防止旁 路蒸汽进入凝汽器。当机组深度调峰降至30%THA负荷时，正常采暖抽汽量120t/h，可提供 供热负荷78MW，设计热负荷232MW，剩余154MW热负荷由低压旁路蒸汽提供，此时核算 需要低压旁路蒸汽253t/h，供热蒸汽管道：材质Q235A，壁厚10m

3、m，钢管质量符合 GB/T9711。1.3调整供暖系统用汽运行方式冬季极寒天气、环境温度较低、机组深度调峰期间，机组中压缸排汽作为供热所需抽汽 量将不能满足供暖首站用汽需求，提高供暖质量，关闭2、3号电动阀门，逐步开起低压旁路 和1号电动阀门，根据需求蒸汽量调整好两个低旁阀与1号阀门的开度，同时兼顾主机串轴、 推力瓦温度、主机轴振、锅炉燃烧系统等参数变化的监视。2大规模新能源并网仿真模型风电场模型，电网新能源具有大规模汇集、集中并网、远距离输送的特性，就地消纳水 平较低。新能源电站区别于传统的火电厂站，包括变流器、SVG等含有大量电力电子元器件 的设备。BPA软件是稳定计算程序，计算步长是ms

4、级，是对模型电气量基波正序分量的机 电暂态计算，对于诸多电力电子设备接入的新网络拓扑，BPA中的现有模型及仿真精度不能 有效地反映电网的需求。PSCAD/EMTDC仿真程序在电磁暂态仿真领域具有明显的优势，仿真 步长可以为达到us级，能够满足和实现电力电子器件精准仿真需要。在PSCAD中搭建的风 电场电磁暂态模型，主要包含风机、感应电机、变压器、转子侧及网侧变流器、低穿功能模 块、场群等效模块几部分组成，其中，利用场群等效模块将同一型号的机组采用倍乘的方式 进行场群等效。风电场群模型建立后，经并网点接入大电网模型。3经柔直并网的大规模新能源集群有功控制策略3.1基于发电指标动态分配的大规模新能

5、源集群有功控制策略为了保障新能源集群有功功率不超过柔直输电系统最大输送功率，需要通过额外的新能 源有功控制系统实现新能源集群有功的调节。传统人工调度的方式是将通道约束或电网调峰 限制的接纳空间按照等比例原则分配给各新能源场站，新能源场站在运行中需要将其出力限 制在限额以内，超出限额将受到相应的惩罚。但是风光资源空间分布的差异性会造成新能源 场站间出力不同步，传统固定式的发电指标分配策略由于缺少动态调整机制，部分时段将出 现电网接纳空间有剩余但部分新能源场站仍然限电的情况。有功控制系统实时监测送端换流 站的有功功率，若在上一个指令周期结束时换流站有功裕度超过一定阈值，有功控制系统将 启动发电指标

6、的重新分配。在功率分配环节，根据新能源场站在上一轮指令周期中的跟踪情 况以及未来时刻可能的出力情况进行分群，将空闲发电指标根据一定策略按照顺序分配给各 新能源场站，从而避免高能力低指标”低能力高指标”的情况出现。3.2柔直换流站有功控制裕度测算由于新能源场站自然功率波动特性、场站控制性能误差等原因，即使采用保守型控制策 略，仍然存在实际有功超过送端换流站输送能力的可能。传统交流电网的运行约束通常考虑 了一定的运行裕度，实际运行中如果出现功率短时越限情况并不会造成系统直接失稳或崩溃。 但是对于柔直换流站而言，其换流站容量约束是刚性约束，一旦越限便会造成系统崩溃。因 此，对于经柔性直流孤岛并网的大

7、规模新能源集群，其有功控制必须考虑一定的裕度以确保 送端换流站安全。初始以柔直换流站最大输送功率为基准，设定柔直控制裕度，分别调用激 进型和保守型新能源有功控制策略，以1min为周期进行8760h的生产模拟，从而涵盖全部 可能的工况，得到柔直换流站全部工况下的有功控制曲线。判断柔直换流站是否有越限，如 有越限则进一步增加柔直换流站预留裕度，重新进行模拟仿真，直至所有工况均不会出现越 限。4热电机组改造方案4.1低压缸背压机改造低压缸背压机改造分为单转子方案和双转子方案。单转子方案是指对汽轮机低压缸通流 部分进行改造，以保证高背压改造后高背压供热工况和纯凝工况均采用同一套低压通流设备， 不需要更

8、换低压转子等设备，同时经济性较高。双转子方案是指通过对汽轮机低压缸通流部 分进行改造，双转子切换，非采暖期采用高效纯凝转子，可提高机组低压缸效率（至少 2%）；采暖期采用原低压转子补充加工，更换叶片，以满足高背压需要。由于高背压改造后， 低压通流部分仍有部分级做功，所以调峰能力有限。4.2机组热泵供热改造驱动热泵改造技术的原理是通过增加电驱动热泵机组，在供热期利用热泵机组从循环水 中提取热量初次加热热网水，然后利用热网加热器对热网水进行二次加热，加热到120C左 右对外供热。机组热泵供热改造的调峰能力有限，不能满足深度调峰的要求，更适用于提高 供热能力已饱和机组的供热能力，将一部分电用于回收汽

9、轮机的汽化潜热。4.3旁路蒸汽供热改造技术方案汽轮机旁路分为高压旁路、低压旁路，其主要作用是在机组启停过程中，通过旁路系统 为机组提供适宜参数的蒸汽。在低谷时段，机组处于低负荷运行状态，热负荷无法保证时， 通过高压旁路9再热器9低压旁路9减温减压器9热网加热器的路径进行对外供热，或采用 再热器9低压旁路9减温减压器9热网加热器的路径，补充抽汽供热的不足部分，从而实现 机组热电解耦，在满足外热负荷的需要同时降低机组的发电负荷。5协同新能源发展的电网规划总体思路与对策5.1分析电能需求和新能源特性电网规划的基础是分析市场需求，在此基础上才能准确预测负荷和负荷的分布、结构等， 这些对于电网网架规划、

10、电网滚动规划以及电网安全校核具有十分重要的作用。此外，分析 新能源的特性，风能、太阳辐射能和常规能源不同，它们会受到自然环境的影响，所以，在 开发利用前首先要探明新能源的分布和储量，需要长期数据采集和数据挖掘工作的配合否则 无法准确分析新能源分布规律。同时还要准确分析各类新能源发电原理，比如风能转化为电 能的关键性因素、不同类型的发电方式、对环境的要求等。需要解决的问题有：首先，做好 对新能源并网实现的模拟；其次，关于风机和光伏阵列的模拟、风力发电系统与光伏发电系 统的模拟等；最后，还要结合新能源的特殊性，比如新能源容易受到自然环境因素的影响， 做好空间、时间相关性分析。5.2优化新能源接入的

11、电网技术在新能源大规模接入电网的过程中，对电网规划要求更高，一方面要避免资源浪费，另 一方面需要充分考虑新能源处理的场景和新能源接入的电网通用模型。具体来说，首先，必 须选择合适的新能源并入方式，尽量避免分布式电源安装在系统末端，要求并网点尽量靠近 系统来减小电气距离；其次，设置无功补偿装置，优先选择在电源并网点安装合适容量的无 功补偿装置；再次，在电网系统和并网较多的区域之间可使用双回线路，避免单一线路出现 故障后因孤岛现象而对系统整体运行产生不利；最后，必须考虑风能和太阳能等一次能源的 资源分布情况，为避免出现输电阻塞的问题，需要对新能源的外送通道容量进行合理规划。6控制系统分析及仿真（1

12、）根据单元实际曹征控制配置逻辑和控制目标模型，在Matlab中构建完整的曹征控 制系统。根据对象模型设置DEB控制方案的热存储系数和负载命令前馈链接参数。在 100%THA条件下调整锅炉主PID参数和电动机主PID参数，以优化发电负荷和机器前压力控 制质量。通过比较不同工作点发电负荷指示下机器前压力控制质量和燃料量波动宽度的变化， 分析了徐璐不同负荷下控制对象参数变化对控制系统的影响。在模拟中，发电负载指示的变 动宽度均为30 MW，速度均设定为6.6 MW/min。图1是100%THA工作点的负载指令扰动模 拟实验曲线。主要控制指标是负荷偏差小于1.65 MW，压力偏差高达0.3 MPa，燃

13、料量动态 过量小于20 t/h，用作控制系统性能比较的基础。在图中，SP是设置值，PV是反馈值。在实 际工程中调整控制系统参数调试相对困难。无法对每个典型操作点的参数进行详细调试，因 此，需要通过机械分析找出对象参数变化和控制器参数更改之间的对应规律。这样，在完成 一个工作条件的调试后，可以确定其他工作条件参数的调试方向，从而减少调试的难度和调 试风险。7先进控制策略在发电机组深度调峰中的应用7.1低负荷燃烧控制对先进控制策略的应用，在确定深度调峰负荷区间内，则可以展开燃烧控制优化，通过 对炉内配风量进行合理控制，使锅炉内一氧化碳排放量处于合理水平，降低二氧化氮的排放 量。通过构建一氧化碳对放

14、量的需求模型，即如图1所示，采用模糊控制校正氧气体积分数 曲线，结合风煤交叉限制与动态风煤校正模型的控制策略，对锅炉燃烧控制系统进行完善， 使锅炉一氧化碳排放量不超过数值9mg/m3，而在SCR脱硝系统入口处二氧化氮排放 浓度不超过数值300mg/m3。因此，在深度调峰过程中，若机组负荷降低，需要对受 热面工质侧、烟气侧偏差加大，部分对流受热面温差偏差影响，在确保受热面壁温安全性的 基础上，需要对受热面壁温报警系统进行优化。其中，低负荷报警温度设置要根据温度与压 力变化，通过增加动态壁温报警功能，保证火电厂发电机组深度调峰的同时，实现锅炉稳定 且安全运行。根据大量实践数据的分析，SCR脱硝系统

15、入口烟温中，二氧化氮质量浓度应该合理控 制在3 0 0 mg/m3内，若超过则会使脱硝喷氨系统中的氨量损耗加大，在深度调峰变工 况下，容易导致较高的氨逃逸率，因此在常规控制中，基于物质量比的单回路脱硝控制，已 经对大负荷面对的控制挑战而言难度加大。对低负荷区燃烧进行优化之后，需要将SCR脱 硝系统入口的二氧化氮进行控制，综合考虑低氮燃烧配合风机分级燃尽风补偿机制控制，实 现二氧化氮的三级脱硝控制，也就是说从低氮燃烧到配风抑制后尾部烟道的脱硝。因此，在 深度调峰中，需要提高脱硝装置反应器的入口烟气温度，加强宽负荷脱硝技术的应用，目前， 在火电厂工程中常用的是分级省煤器的装置，通过增加尾部烟气旁路

16、，热水再循环至省煤气 入口等方法实现脱硝控制。结束语对象参数变化会对协调控制系统性能造成显著影响，提出协调控制系统变参数控制逻辑 为：利用机前压力定值做锅炉蓄热系数变参数输入；利用发电负荷指令做锅炉侧PID控制器 比例系数变参数输入；利用磨煤机平均给煤量做积分、微分变参数逻辑。参考文献：张瑞山，袁琛，郑莆燕，火电机组参与风光消纳的问题分析及建议J.上海电力学院学 报，2019，35 (06)： 539-543+572.华北能源监管局市场处.深度挖掘调峰潜力清洁发电比例上升N.中国电力报，2019- 11-28 (003).樊国旗，樊国伟，蔺红.基于深度调峰下的地区电网调度与意愿研究J.青海电力， 2019，38(03)：6-10.李玲，刘鑫屏.新能源大规模并网条件下火电机组深度调峰控制策略优化J.中国电力， 2020，53(01)：155-161.王兴国，时珉，尹瑞，张营，李浩.火电机组参与电力调峰辅助服务策略研究J.河北 电力技术，2