大规模新能源并网下火电机组深度调峰优化调度
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_李玲
1 简化非线性动态模型
典型亚临界汽包锅炉单元机组简化非线性动
态模型结构[7] 为
rM = uቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(t − τ)
Tf
drB dt
=
−rB + rM
Cb
d pd dt
= −K3 ptuT + K1rB
pt = pd − K2(K1rB)1.5
（1） （2）
（3） （4）
T
t
dNE dt
= −NE + K3 ptuT
2 模型参数变化分析
文献 [9] 分析了常规负荷范围内的简化非线性
动态模型中各项参数的变化情况，受机组运行工
况变化影响较大同时又会对协调控制性能产生显
著影响的参数包括：燃料增益 K1、锅炉蓄热系数 Cb、制粉系统迟延时间 τ 和惯性时间 Tf。
燃料增益 K1 主要受煤发热量、锅炉效率、汽 轮机热耗影响。其中与锅炉效率、汽轮机热耗、
表 1 列出了机组 4 组设计工况的数据，可以 看出，随发电负荷降低，燃料增益 K1 逐渐减小， 30%THA 工况点时减小为 100%THA 工况点时的 88.5%。
300MW火力发电机组深度调峰的技术措施及运行注意事项
300MW 火力发电机组深度调峰的技术措施及运行注意事项摘要：近年来，风电、光伏等清洁能源大规模并网，在电网的日常运行中，峰谷负荷偏差不断增大。
是电网机组深度调峰的主要原因之一，在日负荷调度过程中，当负荷小于额定负荷的50%时，调峰时间将会不断增加。
当某一时刻调峰深度达到70%以上时，调峰负荷深度明显变大。
如果正常改变调峰减载方式，运行量大，需要燃油喷射稳定燃烧。
本文论述了火电机组运行灵活性调峰深度的现状，分析了现阶段火电机组的几种控制策略及优化控制技术。
关键词：火力发电厂；优化与控制；策略；深度调峰；前言近年来，随着《可再生能源法》的颁布实施，我国新能源产业得到快速发展，可再生能源在能源总量中的比重进一步提高。
由于新能源发电波动性大，电网支持政策的缺失和不完善，电厂深度调峰方式成为亟待解决的问题。
2016年和2017年平均弃风率约为15%，北方集中供热地区火电厂调压符合仅为10%～20%。
探索实现火电厂峰谷深度的技术途径，对适应能源发展战略的需要具有重要意义。
逐步提高新能源利用率，大容量火电厂深度调峰可以节能降耗，提高火电厂的运行灵活性和火电厂的深峰容量，提高经济效益。
1、火电机组控制系统现状为保证机组安全经济运行，提高火电机组的灵活性和深度调峰能力，对协调控制系统的要求非常高。
大型火电机组DCS及控制系统，负荷响应快，主蒸汽压力和温度稳定。
为了提高深度调峰的灵活性和性能，有必要研究和开发新的深度调峰控制策略和算法，使主蒸汽压力、主蒸汽温度等主要参数安全、稳定、经济地运行。
在电力市场化改革的背景下，提高电厂的竞争力有利于深化国家电力体制改革。
由于DCS厂家对应用软件的设计和配置投入较少，早期采用的国外控制方案和算法较多，现场调试不够详细。
火电厂大多数控制系统基本能满足小负荷变化或低速负荷变化的调节要求，但是在机组深度调整运行的情况下，主蒸汽压力、功率、主蒸汽温度、水位等主要运行参数波动频繁。
2、安全性影响分析如果发电机组的调峰深度过大，特别是全厂只有一台机组运行时，一旦机组发生故障，处理不当将导致全厂停电。
火电机组深度调峰的难点分析和运行优化建议
火电机组深度调峰的难点分析和运行优化建议摘要：由于特高压输送电量逐年增加、新能源占比逐渐加大，造成电网峰谷差加大，火电机组需成为电网调峰的重要力量。
但火电机组深度调峰普遍存在机组调峰能力不足、负荷响应速率较低、系统自动投入率低、人员手动操作量大等问题。
为深挖火电机组调峰能力，提高调峰安全性，本文就火电机组深度调峰难点进行分析，并提出运行优化建议。
关键词：火电机组；深度调峰；难点分析；运行优化建议一、难点分析1、机组不投油稳燃负荷高，不能满足调峰至30%需求某电力集团有30万等级以上机组70台，只有4台机组能达到调峰至30%额定负荷，剔除因供热制约未进行调峰运行的8台机组外，58台机组稳定调峰运行负荷不能满足调峰至30%额定负荷需求，占比82.8%。
其中32台机组需投油稳燃。
2、调峰期间自动投入率低某电力集团46台机组提出需对调峰负荷段的协调控制系统开展优化，以适应快速调峰的要求。
主要集中在以下六个方面：1）协调控制只能控制40%负荷以上工况；2）给水泵汽源自动切换；3）自动转态；4）减温水自动；5）给水泵自动切除、自动并泵；6）给水主、旁路自动切换。
3、深度调峰影响经济性梳理某电力集团70台煤电机组，截至目前参与深度调峰共52台煤电机组，其中百万机组11台，60万等级机组20台，30万等级机组21台。
依据这52台煤电机组参与深度调峰期间的DCS数据，计算机组的锅炉效率、汽轮机热耗率、厂用电率影响如下：（1）锅炉效率表1：50%调峰至40%额定负荷工况下锅炉效率变化表1为参考深度调峰的52台机组锅炉效率变化结果，百万机组从50%调峰到40%额定负荷，锅炉效率下降0.15～2.33%，平均下降1.02%。
60万机组从50%调峰到40%额定负荷，锅炉效率下降0.0～1.0%，平均下降0.39%。
30万机组从50%调峰到40%额定负荷，锅炉效率下降0.4～0.9%，平均下降0.48%。
（2）汽轮机热耗率表2：50%调峰至40%额定负荷工况下汽轮机热耗率变化表2为参考深度调峰的52台机组汽轮机热耗率变化结果，百万机组从50%调峰到40%额定负荷，汽轮机热耗率上升137～343kJ/kWh，平均上升213kJ/kWh；60万机组从50%调峰到40%额定负荷，汽轮机热耗率上升82～390kJ/kWh，平均上升256kJ/kWh；30万机组从50%调峰到40%额定负荷，汽轮机热耗率上升80～368kJ/kWh，平均上升198kJ/kWh。
浅谈600MW火电机组深度调峰的措施
浅谈600MW火电机组深度调峰的措施摘要：近年来，随着国家对风电、光伏等绿色能源的重视程度的不断升级，新能源接入的增加及电网弃风电现象日益增加，为了电网的稳定运行，增加火电厂的深度调峰能力，正成为一种新常态。
火电机组相比于可再生能源发电具有较强的可操作性。
为了保证可再生能源的应用以及其发电能力不受限制，燃煤电厂的深度调峰势在必行。
关键词：火电厂深度调峰安全运行一、概况贵州某电厂4×600MW火电机组SG-2028/17.5-M916型锅炉是上海锅炉厂有限公司引进美国CE公司技术并在总结了贫煤锅炉的设计、制造和运行的基础上进行优化设计和制造，为亚临界压力、中间一次再热、控制循环汽包锅炉，单炉膛、平衡通风、固态排渣、全钢架悬吊结构、∏型露天布置。
锅炉燃烧采用中速磨冷一次风正压直吹式制粉系统，直流燃烧器四角布置，切向燃烧方式，配六台ZGM-113N型中速磨煤机，五台磨煤机运行（一台备用）可带MCR负荷。
汽轮机采用了上海汽轮机有限公司设计制造的N600-16.7／538／538型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、反动凝汽式汽轮机。
发电机采用上海汽轮发电机有限公司生产的二极三相隐极式同步发电机，其型号为QFSN-600-2型汽轮发电机，采用水--氢--氢冷却方式。
机组在设计阶段基本均未考虑深度调峰工况，导致运行过程中调峰能力比较差。
此外，深度调峰和快速升降负荷时的运行工况严重偏离设计工况，深度调峰常态化以后，大量设备运行在非正常工况，对机组安全性、环保性及经济性的影响比较大。
二、调峰前准备工作2.1要实时掌握电网形势，积极与调度协调沟通，了解其它厂机组的调峰情况，尽量减少深度调峰的次数和时间。
遇有深度调峰要根据总调调度令及电网情况，提前做好机组深度调峰准备工作。
2.2加强和输煤专业联系，确保上煤方式准确，避免向煤仓上挥发分低的煤种，尽量选择挥发分较高的煤种，保证A、B磨为高热值煤。
2.3调峰前选择邻近的两台或三台磨煤机运行，避免隔层燃烧。
火电机组启动和深度调峰期间 环保达标排放的运行优化措施
火电机组启动和深度调峰期间环保达标排放的运行优化措施摘要：环保设施中，基于设备工作原理及特性，脱硫和除尘器系统均可实现随机启停，能够保证并网后二氧化硫和烟尘的达标排放。
但是，脱硝系统的投运受SCR区入口烟气温度限制，不能随机启动，运行中因负荷低被迫多次退出，造成氮氧化物超标而被环保考核或不能获得环保补偿电价，因此确保氮氧化物达标排放是环保达标的木桶短板，及时、合理投入脱硝装置是保证氮氧化物达标排放的主要因素，也是保证机组环保达标排放的关键。
关键词：火电机组；环保；脱硝；运行优化。
Operational optimization measures for environmentally-friendly discharge during start-up and deep peak shaving of thermal power unitsJianzhong LiuQingtongxia Aluminium Power Generation Co.，Ltd.；Qingtongxia，Wuzhong，Ningxia；751600ABSTRACT：In the environmental protection facilities，based on the working principle and characteristics of the equipment，the desulfurization and dust collector systems can achieve random start and stop，which can ensure the emission of sulfur dioxide and soot after the grid connection.However，the operation of the denitration system is limited by the inlet flue gas temperature in the SCR，and it cannot be started randomly.During the operation，it is forced to exit several times due to low load，resulting in excessive nitrogen oxides and being environmentally assessed or unable to obtain environmental compensation electricity price.Therefore，to ensure the nitrogen oxide discharge is the environmental protection standard of wooden barrel short board.The timely and reasonable input of denitration device is the main factor to ensure the emission of nitrogen oxides，and it is also the key to ensure the environmental protection of the unit.KEY WORD：Thermal Power Unit；environmental protection；desulfurization；operation optimization.1 问题研究及优化策略1.1 问题研究目前，很多煤电企业通过设备改造以适应深度调峰和机组启停期间的环保考核，尚未从运行优化调整方面进行深入探讨和试验，设备改造不但投资成本较高，而且不一定达到预期效果，且又增加了系统的复杂程度和运行操作的难度。
660MW火电机组深度调峰协调控制优化及应用
660MW火电机组深度调峰协调控制优化及应用作者：***来源：《中国高新科技·下半月》2020年第02期摘要：目前，我国大部分火电机组的调峰范围是50%～100%额定负荷，随着各地区并网发电厂辅助服务管理实施细则的发布，深度调峰对于火力发电厂越来越重要。
文章针对660MW火电机组在深度调峰中协调控制技术进行了深入研究，提出了一套协调控制策略优化措施，并在福建华电邵武项目新建4号机组进行了35%～100%额定负荷的AGC协调变负荷试验，结果表明，该协调控制策略切实可行。
关键词：火电机组;深度调峰;协调控制文献标识码：A 中图分类号：TM621文章编号：2096-4137（2020）04-23-03 DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2020.04.07Optimization & application of deep peak-shaving coordinated control of 660MW thermal power unitCHEN Chao（China Energy Engineering Group Central China Electric Power Test and Research Institute Co.， Ltd， Changsha 410000， China）Abstract： At present， the peak-shaving range of most thermal power units in China is 50%-100% rated load. With the release of the implementation rules of auxiliary service management for grid connected power plants in various regions， deep peak-shaving is becoming more and more important for thermal power plants. This paper has conducted in-depth research on the coordinated control technology of 660MW thermal power unitin deep peak-shaving， a proposed a set of coordinated control strategy optimization measures， and conducted 35%-100% rated load AGC load change test at Unit 4 in Fujian Huadian Shaowu project. The test results show that the proposed coordinated control strategy is feasible.Keywords： thermal power unit; deep peak-shaving; coordinated control0 引言近年來，随着大批大容量的火电机组投产，造成火电产能严重过剩。
浅谈火电机组如何实现深度调峰及安全稳定运行
浅谈火电机组如何实现深度调峰及安全稳定运行摘要：提升火电机组灵活性运行能力和精细化调整，挖掘其深度调峰潜力，不仅是解决当前新能源消纳困境的有效途径，同时亦是延续火电企业生命周期，实现电力绿色转型的必要选择。
关键词：火电机组；可再生能源；灵活性改造1引言近年以来，随着电力需求增速放缓,电网装机容量迅速增长,尤其可再生能源发展快速，使电网高峰与低谷负荷的峰谷差有时候最多甚至超过一倍多，给电网的调度带来了极大的困难。
按照国家节能调度的原则下，火电厂成为电网调峰的主力即承受着巨大的调峰压力。
火电企业为了增强市场竞争力，要面临机组深度调峰和负荷相应速率所带来的经济性、安全性及环保等技术问题，因此，火电机组灵活性改造是当前电源供给侧改革的有效途径，也是提高企业生命周期的必要选择，同时，通过不断地探索、摸索，作者总结出了一套大型燃煤机组深度调峰的经验，既避免了深度调峰过程中的大量投油造成经济性急剧下降，又保证了省网调峰任务的顺利完成。
2我国火电机组灵活性改造试点工作及相关鼓励政策2016年6月，国家能源局委托电力规划设计总院牵头研究制定我国火电机组灵活性升级改造技术路线，开展国内火电机组灵活性改造示范试点工作，其选取了可再生能源消纳问题较为突出地区，主要分布于弃风弃光较为严重的东三省、内蒙古、河北、广西等省份；试点项目以3O0、6O0MW机组为主，共涉及44台机组，约1818万kW。
深度调峰机组的发电鼓励政策也顺应而生。
东北地区于2017年1月1日开始执行《东北电力辅助服务市场运营规则》，规定风电、核电和调峰率低的火电厂要对调峰率高的火电厂进行电价补偿。
深度调峰交易电价采取“阶梯式”报价方式和价格机制，发电企业在不同时期分2档浮动报价。
东北地区自该规则实施以来，多个电厂通过“深度调峰”的运行模式，得到了十分可观的电价补偿，有的电厂在投入深度调峰期间每月可得到几百万的补助，不仅有效地激励了区域火电机组参与深度调峰的积极性，同时，也为我国其他区域完善调峰辅助服务补偿标准，推动调峰服务的市场化交易，建立峰谷分时电价等做了有益的尝试。
660MW火电机组深度调峰协调控制优化及应用
660MW火电机组深度调峰协调控制优化及应用摘要：电源侧储能技术则可以实现能源整合，提高能源系统调峰能力，但目前火电机组储热技术多为汽机侧民用供暖蓄热，如热水罐、低温相变储热等，储能规模有限，非供暖期不能发挥调峰作用，也无法提供稳定的高温工业用蒸汽。
电化学储能则存在安全性、寿命周期等方面的问题。
关键词：660MW火电机组；深度调峰；协调控制；应用1机组深度调峰中锅炉可能出现的问题(1)锅炉燃烧不稳定性增大。
与常规负荷相比，低负荷时由于投入煤量少，燃烧稳定性下降，煤种、风量、磨煤机出力等方面微小的变化都可能偏离燃烧正常状况，严重时造成灭火。
(2)锅炉水冷壁超温运行。
与常规负荷相比，低负荷时锅炉空气动力场发生改变，燃烧容易发生偏斜，锅炉全为下层磨运行，火焰中心下移，水冷壁容易超温运行。
(3)脱硝入口温度低。
随着负荷降低，烟气量减少，烟气温度下降，导致脱硝入口温度降低。
当脱硝入口温度低于300℃时，脱硝系统无法正常发挥作用。
(4)存在水煤比失调、尾部烟道再燃烧、低温腐蚀等风险。
2660MW火电机组深度调峰协调控制优化2.1大型储热装置在技术工程中的应用将储热设备与供热发电机组并联，在余热回收足以供热时进行储存；当汽轮发电机中的抽汽不能满足客户的需要时，可以将其释放以储存热量，以满足加热要求。
基于基本理论，从技术上实现火电厂的全耦合是必要的。
电厂的关键是选择蓄热水箱作为蓄热设备。
利用自然加压水蓄热来更新和转换系统电站的协调能力，从而提高发电机组的深度调峰水平。
在工业生产加热和火电厂发电机组调峰水平上，设计了一套熔盐储热系统软件。
当柴油发电机负荷相对较高且加热水平有利时，蓄热系统软件使用再热蒸汽加热熔盐进行蓄热。
当柴油发电机负荷过低，无法保证主要加热参数时，蓄热系统软件进行放热反应，以取代汽轮发电机的抽汽和加热，并完成系统软件与热电厂的耦合。
可再生能源供热主要包括地热能供热、生物能供热、太阳能热利用等。
在欧洲，太阳能区域供热发展迅速。
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大规模新能源并网下火电机组深度调峰
优化调度
摘要：目前，以风电发电技术为代表的新能源发电技术正在快速发展，其发
电负荷有着强随机性，导致电网的消耗能力不强，从而导致新能源发电发展停滞。
为了进一步加大新能源大规模并网条件下火电机组的效率，需要实现火电机组深
度调峰控制，以解决当前的问题。
关键词：新能源并网；火电机组；深度调峰
引言
截至2021年年底，中国并网风电3.3亿kW，并网光伏3.1亿kW。
新能源装
机容量增加导致系统调峰需求越来越大，目前电网调峰电源仍以火电为主。
提高
新能源消纳，火电机组须进行深度调峰改造。
深度调峰火电机组运行成本增加，
但也提高了新能源的消纳，给电网带来了收益。
因此，如何平衡深度调峰运行成
本与电网收益，研究新能源及火电机组深度调峰下的优化调度策略显得尤为必要。
目前，对于新能源和火电机组深度调峰下多能源互补联合调度研究较少，且大多
忽略了提高新能源消纳所带来的收益。
文中对大规模新能源并网下火电机组深度
调峰优化调度模型进行研究，以综合成本最低为目标，引入备用容量来应对风光
荷的预测误差及突发事件;考虑油耗、机组寿命、环境等因素对深度调峰经济性
的影响，分别从调峰深度、新能源消纳量、火电企业收益等方面对大规模新能源
并网下火电机组深度调峰优化调度进行分析。
1现有的对于需求侧响应促进新能源消纳的研究主要分为两类
1)面对电力市场中潜在的DR用户整体,根据常见的响应规律建立DR模型，
在此基础上研究其对于新能源消纳的促进作用；2)对居民和商业用户需求侧响应
促进新能源消纳的研究。
文献构建基于价格响应的居民混合能源系统的需求响应
运行和风电的日前调度模型，加强风电消纳并降低居民用电成本。
文献针对居民
用电，制定了主动式负荷需求响应策略，基于补偿促进居民改变自身用电量增强对于新能源的消纳。
文献从聚合商的角度建立了考虑供暖、通风和空调的DR模型，以平衡每小时风力发电量。
在上述研究中,需求侧响应资源较为分散，单位容量较小，需要根据调配结合成容量较大的需求侧响应资源参与电力市场的响应计划。
相比之下,重大耗能企业具有自动化程度高、总量大的特点。
因此，其相比其他资源更易于实现需求侧响应。
但是目前这一方面的研究较少，文献建立了涵盖工业、其他各类用电管理模块以及光伏发电模块的智能用电管理架构，验证了工业需求侧响应可以促进新能源的消纳并降低自身成本。
以上研究验证了工业需求侧响应对于电网调控具有积极的作用。
然而,其中大多数研究只建立了广义工业负荷模型，并没有研究重大耗能企业用户在需求侧响应过程中自身具体的生产调度行为。
此外，为了满足电力系统中的功率平衡约束，源侧的火电机组出力必将随着需求侧响应而进行调整，与其相关的约束也制约新能源的消纳，且上述工作尚未对火电机组与重大耗能企业需求侧响应之间的协调调度开展研究。
2简化的非线性动态模型
在机组设备实际工作过程中，可以利用直接能量平衡理论进一步反馈发电负荷运转中的指令和前馈协调控制设备的运行情况，结合汽轮机设备调阀开度，可以进一步控制实际生产过程中的发电负荷和相关指令。
可以借助燃料量调节机炉能量运行平衡状况，进一步稳定蒸汽压力，以达到实际工作目的。
在火电机组设备和协调设备中，中机侧控制设备回路的被控对象惯性比较小，其工作参数会随着工况的变化出现不明显的变化。
通过阀门进行流量整合优化，可以进一步控制设备的回路参数，简化其调试过程。
炉侧对象的参数会随着工况、设备的工作情况、煤的种类和质量等因素的变化而改变。
工作人员在工作现场需要反复调试的参数包括锅炉设备运行期间的蓄热系数Cb、锅炉侧端位置PID控制器的比例系数Kp、积分的时间Ti。
以上参数即便在比较常规的范围内，也要进一步处理。
在火电机组深度调峰工况下，以上参数需要进行细致调试，并且优化变参数逻辑。
3大规模新能源并网下火电机组深度调峰优化调度
3.1利用储能技术优化新能源并网中的调频调峰问题
（1）可以将发电机组与储能装置组合为一个虚拟的同步发电机组，并构建
起对应的虚拟同步发电机的模型，使其运行原理与风储相同，进而实现同步运行，借助虚拟调频模型对传统的同步调频模型进行转移，随后在储能系统中加入能量
控制系统，使虚拟的模型算法运行起来，从而实现储能系统对新能源并网的调频
调峰。
（2）利用电网调度统一支配的方式来实现调频调峰。
储能系统在调度指
挥的作用下完成对应指令，结合调度的有功、无功进而对电网发出或吸收公立。
调频调峰的算法较为复杂，如果与储能技术进行结合较为吃力，而借助电网进行
辅助完成，就进一步降低了结合的难度。
智能电网的建设过程中本身就有着仿真
系统和数据分析系统的构建，依赖于数据采集技术、数据识别技术、数据处理技
术等，其显著优势就在于能够整合利用各种储能技术，单个的储能技术相对容量
较小，无法满足大规模新能源并网的产需要求，所以通过分布式储能技术的应用
才能够进一步满足电网运行需求。
3.2优化方法
在实际工程中，协调控制系统参数的调试比较困难，操作复杂，不可能逐个
对典型工况点的实际运行参数进行精确的调试。
根据经典PID参数整定方法，对
象增益越小，控制器比例系数Kp越大，可以进一步保证设备控制系统开环增益
维持在稳定的状态。
因此，可以通过多点函数模块构建发电负荷定值和火电机厂
锅炉侧PID控制器比例系数Kp的变参数逻辑。
此外，不稳定零点环节中的负微
分时间会随着压力的逐渐减少而进一步提升。
以经典PID参数整定方法为参考依据，对象延迟和惯性越大，控制器积分时间会增加，微分时间也会逐渐增加。
但
锅炉设备侧被控对象的惯性时间和迟延时间会呈现反向变化的特点。
3.3基于重大耗能企业混合需求侧响应的协调调度方法
为了实现火电机组、新能源(以风电为例)与重大耗能企业之间的协调调度，
减少弃风量并提高重大耗能企业运行的经济性，本文所提出的调度方法。
其中，
主要涉及信息总线、调度总线和输电总线，调度系统通过信息总线收集风电预测
信息和地区负荷信息，结合该信息制定价格型和激励型DR方案。
若选择参加，
用户通过调整自身的用电行为参与促进对风电的消纳将得到电网的经济补偿，从
而进一步降低用电成本。
基于以上两种方案，此调度方法实现对火电机组、风电
机组与重大耗能企业的协调调度，利用风电导向的混合需求侧响应计划间接调控构建以风电为主的企业用电计划，增强风电消纳能力,降低重大耗能企业对于火电的需求，从而减少用电成本。
结束语
火电机组深度调峰运行能显著提升新能源消纳量，随着调峰深度的增加，火电企业的单位发电成本增加，其增加的主要原因是深度调峰期间获得的调峰收益不能弥补机组磨损、投油成本和环境附加成本。
在进行深度调峰优化调度时，仅以火电机组煤耗特性来表征火电成本的经济优化调度具有一定局限性。
这对规模化新能源接入的调峰控制具有一定借鉴意义。
参考文献
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