魏瑞东
朝阳燕山湖发电有限公司
摘 要：本文旨在通过分析火电机组汽水系统储热能力，建立超临界供热机组模型，并以此为基础，探究柔性协调控制系统设计及应用，以期为火电机组的调峰运行提供切实可行的控制方案。
关键词：调峰运行；超临界供热机组；柔性控制；储热能力
随着数字电网的发展，越来越多的新能源电源被接入其中。然而，新能源的随机性和不确定性，让发电并网面临极大的挑战和威胁。为了提升发电并网的消解能力，有必要利用火电机组储热增强其变负荷运行能力，是解决发电并网问题的有效手段。
1.汽水系统储热能力
电力供应是一个大型社会技术系统的典型例子。它是由复杂的技术经济和社会过程决定的。与其他这类系统(例如供水、电讯、煤气供应)类似，由范围广泛的服务终端用户、公用事业公司和服务提供商组成。以热电联产为例，该系统将电力和热力集成在一个过程中。充分利用系统中的蓄热，则可保证用户的取暖和用电这两项要求下，“物尽其用”地让热量充分发挥作用。通过调整不同时间段装置的储、放热策略，能够拓宽火电机组的电负荷调节范围，提升火电机组的调度灵活性。[1]
发电厂根据自己的任务，以发电、蒸汽发电和区域供热为主。同时利用热能和蒸汽以及发电是减少涡轮冷端废热损失的有效方法。在这个过程中，燃料的潜在化学能被释放出来。在汽轮机中，蒸汽的热能转化为机械能，而机械能又转化为发电机中的电能。为了进一步提高电厂机组电热负荷，可以通过供热机组侧安装循环运行的单元来提高锅炉设备效率。这样的单元可以在不超过130°C的传热流体温度下发电以覆盖热源的辅助设备，在接近或相当于额定负荷的情况下，锅炉的效率可以最大化。如果持续保持此负载，则会产生过多的热能。该过量可用于在具有涡轮膨胀机的蒸汽动力单元中产生电能。 [2]
2.超临界供热机组建模
本次600 MW超临界循环热电厂和其优化的研究使用“循环-TEMPO冷凝器废热回收分析计算机建模软件，并优化了关键运行参数（氨质量分数，冷凝器压力和蒸发器壳体压力）的变化。具体建模如下所示。
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3.柔性协调控制系统设计及应用
3.1柔性协调控制系统设计
控制系统的当前趋势是柔性协调控制。通过启用带有无线开环的分布式控制系统，通过监督控制和数据采集，建立过程解释性结构，用于为工业柔性控制系统的促成因素开发性能模型。使用这种方法开发的结构模型有助于理解促成因素各个要素之间的相互作用，以提高其有效性。从编程方法论的角度来看，柔性协调控制系统建立一套可供选择的方法来执行自动演绎和定义精确的要求是可能的，也是容易的。其中的逻辑问题可以完全用一组状态S、一组初始状态SI?S、一组末态SF?S和一个转移函数T:S→S来表示。它们描述了系统从当前状态到下一个状态的演化过程，并合法地应用于当前状态。
根据对超临界供热机组调峰运行的分析，当允许一个重要的消耗峰值时，吸收的能量是有用的，但是当降低能量阈值时，吸收的能量会迅速减少。基于此结果，超临界供热机组调峰运行控制可采取两种解决方案：混合整数线性规划(milp)和随机邻域搜索(rans)。第一种解决方案可以任意选择连续的状态，或者至少独立于已达到的路径，因此它们可能会造成空间和时间的浪费；第二种解决则是利用问题和知识来提高系统的效率。然而，综合超临界供热机组的成本变化和能源需求，无论是混合整数线性规划方案还是随机邻域搜索方案，都存在着一定的控制缺陷，并且，为了长久保障系统运行，不可能只采取一种控制策略。在此基础上，使用柔性协调控制系统的优点是可以将机与炉连接起来，而不需要同时执行两个解决方案。具体的柔性协调控制系统设计如图所示。
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3.2柔性协调控制系统应用
将传统控制系统同柔性协调控制系统分别应用于燕山湖发电厂，分别获得不同系统下的控制指标。结果显示，与传统控制系统相比，应用柔性协调控制系统后，燕山湖发电厂通过冷凝器的火用方法与能量法损失分别降低约0.773个百分点和0.418个百分点；而在电厂的净能量和火用效率方面，分别提高了约0.543个百分点和0.472个百分点。换言之，未使用柔性协调控制系统前，燕山湖发电厂机组的发电负荷指令落后于发电负荷响应；使用柔性协调控制系统后，燕山湖发电厂机组的发电负荷指令优先于发电负荷影响，且机前压力波动减小。因此，所设计的控制系统能够有效提升燕山湖发电厂机组性能。
4.结论
综上所述， 依据燃煤超临界和超超临界蒸汽发电厂的发展及其实施情况，本次研究所提出的柔性协调控制系统方案通过优化热量平衡，改善主辅设备，以及通过增加节流条件来提高发电厂的净效率，有效应对发电并网所面临的威胁和挑战，所设计的柔性协调控制系统值得推广和普及。
参考文献
[1]秦攀,张宝,应光耀,包劲松,楼可炜. 上汽超超临界汽轮机灵活性运行策略研究[A]. 北京能源与环境学会.2018火电灵活性改造及深度调峰技术交流研讨会论文集[C].北京能源与环境学会:北京中能联创信息咨询有限公司,2018:8.
[2]王丰. 600MW超临界燃煤机组深度调峰技术研究与实际应用[A]. 北京能源与环境学会.2018火电灵活性改造及深度调峰技术交流研讨会论文集[C].北京能源与环境学会:北京中能联创信息咨询有限公司,2018:8.