基于热动态响应的供热机组调峰调频关键技术开发及工程应用

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基于热动态响应的供热机组调峰调频关键技术开发及工程应用随着新能源电力和储能技术的不断发展，火电在装机占比、发电量、电价经济性方面的基础性地位可能发生转变，火电为了求得生存，必须发挥在负荷调节方面的优势。

目录

一、课题来源与背景

随着新能源电力和储能技术的不断发展，火电在装机占比、发电量、电价经济性方面的基础性地位可能发生转变，火电为了求得生存，必须发挥在负荷调节方面的优势。自直流外送通道投入运行，新疆电网处于交直流混联的复杂运行工况，直流闭锁时有发生，电网安全运行风险大幅攀升，新能源消纳压力巨大，对机组的调峰调频能力要求日益提高，考核也更加严格。在此背景下，由新疆电科院牵头，联合新疆新能乌鲁木齐电力建设调试所、华北电力大学（保定）、新疆昌吉特变能源有限责任公司、河北荣春能源科技有限公司开展此项研究。本项目针对供热期内供热发电机组“以热定电”工况下深度调峰的矛盾，AGC和一次调频性能指标难以满足电网快速调峰调频需求的问题，以抽汽供热发电机组、热网和热用户的热量动态响应为研究对象，通过特性分析、理论研究、仿真分析、模拟试验等手段，提出优化改造方案并开展工程应用，大幅提高供热机组的调峰调频能力。

二、技术原理：

课题研究成果具有广泛的应用范围，从广义角度说，只要机组具备独立的调节供热负荷和发电负荷的手段，就具备实施本项目的基本条件。项目研究机组稳态供热抽汽工况下的热力特性参数，采用半经验判别式和改进型FLUGEL公式实现了多种结构形式的汽轮发电机组高精度变工况热力计算，搭建了模块化的可分解热力系统混合模型，实现了多种结构形式下汽轮机组高精度变工况热力计算，通过建立辅助变量与待测变量之间的数学模型，得到待测变量的计算值，解决了状态参数在线拟合难题。研究机组抽汽工况下暂态负荷响应特性，首次引入低压缸功率修正系数提高经典汽轮机仿真模型在抽汽工况下的拟合度，并定量得出因机组抽汽带来的负荷下降量和容积时间常数。利用热网及热用户的热惯性，优化机组供热-发电能量流动过程，建立基于热网系统、热用户的多影响因子温度场动态分析模型，获得了负荷响应的分布规律，优化控制策略，提高发电负荷侧的功率响应速率，提升供热机组的调峰调频能力。

三、性能指标

本项目要求的主要性能指标包括：

1)在抽汽工况下供热机组的具备20-50%的装机容量的调峰能力，

2)供热机组冬夏两种工况下的变负荷速率提高到2-4%装机容量每分钟;

3)一次调频的平均月合格率大于70%，年奖励电量大于考核电量。

实际达到的性能指标包括：

1)改造后供热机组增加20%额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40%额定容量。

2)纯凝工况机组负荷升降速率设置为7MW/min（2%Pe/min），实际速率能达到7.5MW/min（2.14%Pe/min），供热工况机组实际负荷升降速率为10.5MW/min（3%Pe/min），为适应电网《两个细则》考核要求，负荷指令变化初期和后期短时间负荷升降速率达到14MW/min（4%Pe/min）。

3)一次调频的月合格率保持在70%以上，单台机组年度可获得调频调峰积分1600分以上（电量补偿）。

四、创造性与先进性

创新点1：

采用频差扰动试验，建立汽轮机调节级压力和功率变化曲线，进而拟合得到低压缸功率修正系数，修正传统电网-汽轮机抽汽工况下机组仿真模型，提高了仿真结果的精度。 创新点2：

利用半经验判别式和改进型FLUGEL公式，搭建了模块化、可分解热力系统计算混合模型，实现了多种结构形式的汽轮机组高精度变工况热力计算，解决了状态参数的在线拟合难题。 创新点3：基于热网系统及建筑物的热惯性，建立热网系统、热用户等多影响因子温度场的动态分析模型，提出了机-炉-热协调的供热机组调峰调频控制策略，提升了不同抽汽工况下的机组调峰调频能力。