本发明属于发电机组控制领域，特别涉及一种热电联产发电系统及其控制方法。
背景技术：
为解决“弃风弃光”难题，对火电机组尤其是热电联产机组进行灵活性改造已经在我国“三北”地区广泛开展起来。配置蓄热罐是热电联产机组实现热电解耦与深度调峰、提升机组运行灵活性的重要方式之一。考虑到蓄热罐对机组热源(供热抽汽)的互补性以及热源对发电负荷的快速响应特性，设计一种基于蓄热罐蓄热补偿的热电联产机组快速变负荷控制方法，将有望进一步提升热电联产机组的自动发电控制(agc)性能，为电力系统的安全稳定运行及电能质量的可靠保障提供支撑。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种热电联产发电系统及其控制方法，采用蓄热罐方式改变发电负荷，通过控制抽汽热源调节阀优先动作响应发电负荷需求，并由蓄热罐放热负荷弥补热源供给不足部分。本发明可在保证机组供热质量的前提下，显著提升机组的agc性能。
本发明的一个方面是提供一种热电联产发电系统，包括热电联机组、蓄热罐，其特征在于：
所述热电联产机组是一个“三输入三输出”的系统，包括设有汽轮机控制器的汽轮机、设有抽汽热源控制器的抽汽热源、设有燃料量控制器的锅炉；汽轮机控制器通过主蒸汽调门开度控制主蒸汽压力，抽汽热源控制器通过抽汽热源调节阀控制抽汽热源流量，燃料量控制器通过控制燃料量来控制热电联产机组发电负荷；
所述蓄热罐为一个“单输入单输出”的系统，设有蓄热罐控制器，通过蓄热罐调节阀控制蓄热罐的进出水流量；
锅炉控制器通过控制燃料量提供电热负荷所有的能量需求，抽汽热源负责热电联产发电系统所有的热供应，锅炉的燃料量被设计为热电联产发电系统的发电负荷偏差与抽汽热源变化对应的发电负荷之和；通控制抽汽热源流量对热电联产机组电热负荷进行分配，优先满足电负荷需求，当电负荷出现偏差时，则对发电负荷进行调节，提升了热电联机组的负荷响应速率；
蓄热罐控制器控制蓄热罐的热源，用于补足抽汽热源的供给的不足部分，根据抽汽热源流量的偏差计算出所需的蓄热罐热源，供给目标流量，再与蓄热罐热源供给的实际流量做差，作为蓄热罐控制器的输入。
本发明的另一方面，提供一种用于上述本发明的热电联产发电系统的控制方法，该控制方法采用蓄热罐方式改变发电负荷，其特征在于，所述抽汽热源变化对应的发电负荷，用抽汽热源流量偏差与增益系数k之积表示，其中增益系数可根据热电耦合特性模型获得：
其中，p表示热电联产机组在最大锅炉蒸发量下的纯凝供热工况下的发电功率，p0表示热电联产机组在最大锅炉蒸发量下的额定供热工况下的发电功率,mh表示抽汽热源流量偏差。
优选地，用于上述本发明的热电联产发电系统的控制方法，其中，蓄热罐热源所供给的目标流量，由抽汽热源流量偏差与比例系数c之积表示，即：
其中，mhasp表示目标流量，hh表示抽汽焓，hd表示抽汽疏水焓，hout表示供热的出水焓，hin表示供热的回水焓，△mh表示抽汽热源流量偏差。
进一步地，用于上述本发明的热电联产发电系统的控制方法，包括以下步骤：
(1)当机组发电负荷指令变化时，通过控制抽汽热源调节阀开度改变抽汽热源流量，提升电负荷的瞬时响应速率，优先满足电负荷需求；
(2)在执行步骤(1)的同时，将抽汽热源流量变化对应的等效发电负荷输出与发电负荷偏差叠加后，一起送至燃料量控制器，保证控制器的燃料量输出时刻满足电热总负荷的需求；
(3)在执行步骤(1)的同时，将抽汽热源流量变化导致的供热不足，折算成所需的蓄热罐热源供给目标流量，再与蓄热罐热源供给实际流量做差，作为蓄热罐控制器的输入，控制蓄热罐热源来弥补抽汽热源流量变化导致的供热不足。
本发明的有益效果是实现了热电联产机组的快速变负荷控制，以及蓄热罐蓄热的自动补偿。
附图说明
图1为本发明的热电联产发电系统及其控制方法
图2为发电负荷响应曲线
图3为抽汽热源与蓄热罐热源流量变化图
具体实施方式
本发明提供了一种热电联产发电系统及其控制方法，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。
图1所示为本发明的热电联产发电系统的控制方法示意图。如图1所示，本发明的热电联产发电系统包括热电联产机组系统、蓄热罐系统。热电联产机组是一个“三输入三输出”的系统，设有汽轮机控制器(pid)、抽汽热源控制器(pid)、锅炉燃料量控制器(pid)；蓄热罐是一个“单输入单输出”的系统，设有蓄热罐控制器(pid)。该热电联产法系系统可分别通过汽轮机控制器(pid)、抽汽热源控制器(pid)、锅炉燃料量控制器(pid)控制热电联产机组的主蒸汽压力、抽汽热源流量、发电负荷，蓄热罐控制器(pid)通过蓄热罐调节阀控制蓄热罐的进出水流量。
热电联产发电系统的控制方法按如下设置：
1、燃料量控制的输入为发电负荷偏差与抽汽热源变化对应的发电负荷之和。
2、抽汽热源控制的输入为发电负荷偏差。
3、蓄热罐热源控制的输入为蓄热罐热源供给目标流量与蓄热罐热源实际流量之间的偏差。
4、汽机控制的输入为主蒸汽压力指令与实际主蒸汽压力的偏差。
在上述策略中，抽汽热源变化对应的发电负荷由抽汽热源偏差乘以增益系数k获得，k由下式表征：
其中，p表示热电联产机组在最大锅炉蒸发量下的纯凝供热工况下的发电功率，p0表示热电联产机组在最大锅炉蒸发量下的额定供热工况下的发电功率,mh表示抽汽热源流量偏差。
以某670mw热电联产机组为例，其最大锅炉蒸发量下的纯凝和额定供热工况下汽轮机进汽量均为.628t/h，发电功率p、p0分别为714.569mw，638.608mw，额定供热抽汽流量为：335t/h，则其增益系数k＝(714.569-638.608)/(335-0)＝0.22675。
上述蓄热罐热源供给目标流量，可由抽汽热源流量偏差与比例系数c之积表示，其比例系数c由下式表示：
其中，hh表示抽汽焓，hd表示抽汽疏水焓，hout表示供热的出水焓，hin表示供热的回水焓。
以某670mw热电联产机组为例，其抽汽焓hh为3008.4kj/kg，其抽汽疏水焓hd为311.7kj/kg，供热的出水hout和回水焓hin分别为549.2kj/kg和315.56kj/kg，则其比例系数：
机组的初始工况为额定供热工况，当机组处于稳态工况后，在第120s时刻对机组发电负荷指令施加+10mw的阶跃，待机组稳定后在180s时刻对负荷指令施加-20mw的阶跃，其仿真结果如图2、3所示。由图2可以看出本发明所提策略的变负荷性能显著优于传统的协调控制方法，图3给出了变负荷过程中热负荷输出情况及蓄热罐的释放热情况，佐证了本发明所公开的热电联产发电系统及其控制方法的有效性。
技术特征：
1.一种热电联产发电系统，包括热电联机组、蓄热罐，其特征在于：
所述热电联产机组是一个“三输入三输出”的系统，包括设有汽轮机控制器的汽轮机、设有抽汽热源控制器的抽汽热源、设有燃料量控制器的锅炉；汽轮机控制器通过主蒸汽调门开度控制主蒸汽压力，抽汽热源控制器通过抽汽热源调节阀控制抽汽热源流量，燃料量控制器通过控制燃料量来控制热电联产机组发电负荷；
所述蓄热罐为一个“单入单出”系统，设有蓄热罐控制器，通过蓄热罐调节阀控制蓄热罐的进出水流量；
锅炉控制器通过控制燃料量提供电热负荷所有的能量需求，抽汽热源负责热电联产所有的热供应，锅炉的燃料量被设计为热电联产的发电负荷偏差与抽汽热源变化对应的发电负荷之和；通控制抽汽热源流量对热电联产机组电热负荷进行分配，优先满足电负荷需求，当电负荷出现偏差时，则对发电负荷进行调节，提升了热电联机组的负荷响应速率；
蓄热罐控制器控制蓄热罐的热源，用于补足抽汽热源的供给的不足部分，根据抽汽热源流量的偏差计算出所需的蓄热罐热源，供给目标流量，再与蓄热罐热源供给的实际流量做差，作为蓄热罐控制器的输入。
2.一种用于权利要求1所述热电联产发电系统的控制方法，采用蓄热罐方式改变发电负荷，其特征在于，所述抽汽热源变化对应的发电负荷，用抽汽热源流量偏差与增益系数k之积表示，其中增益系数可根据热电耦合特性模型获得：
其中，p表示热电联产机组在最大锅炉蒸发量下的纯凝供热工况下的发电功率，p0表示热电联产机组在最大锅炉蒸发量下的额定供热工况下的发电功率,mh表示抽汽热源流量偏差。
3.根据权利要求2所述一种热电联产发电系统的控制方法，其中蓄热罐热源所供给的目标流量，由抽汽热源流量偏差与比例系数c之积表示，即：
其中，mhasp表示目标流量，hh表示抽汽焓，hd表示抽汽疏水焓，hout表示供热的出水焓，hin表示供热的回水焓，△mh表示抽汽热源流量偏差。
4.根据权利要求2所述的一种热电联产发电系统的控制方法，包括以下步骤：
(1)当机组发电负荷指令变化时，通过控制抽汽热源调节阀开度改变抽汽热源流量，提升电负荷的瞬时响应速率，优先满足电负荷需求；
(2)在执行步骤(1)的同时，将抽汽热源流量变化对应的等效发电负荷输出与发电负荷偏差叠加后，一起送至燃料量控制器，保证燃料量输出时刻满足电热总负荷的需求；
(3)在执行步骤(1)的同时，将抽汽热源流量变化导致的供热不足，折算成所需的蓄热罐热源供给目标流量，再与蓄热罐热源供给实际流量做差，作为蓄热罐控制器的输入，控制蓄热罐热源来弥补抽汽热源流量变化导致的供热不足。
技术总结
本发明公开了一种热电联产发电系统及其控制方法。本发明的该发电系统包括“三进三出”的热电联产机组和“单进单出”的蓄热罐。所述热电联产机组包括设有汽轮机控制器的汽轮机、设有抽汽热源控制器的抽汽热源、设有燃料量控制器的锅炉；所述蓄热罐设有蓄热罐控制器，通过蓄热罐调节阀控制蓄热罐的进出水流量。发电系统的控制方法通过控制抽汽热源调节阀优先动作响应发电负荷需求，并由蓄热罐放热负荷弥补热源供给不足部分，可在保证机组供热质量的前提下，显著提升机组的AGC性能。
技术研发人员：王玮;刘吉臻;曾德良;牛玉广
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：.09.16
技术公布日：.02.14
