燃机发电

2024-11-10

燃机发电（共4篇）

燃机发电篇1

1 概述

某公司由于运输204 t大型设备——燃机发电机的需要,自行设计了运输用的桥式托架。桥式托架由主架、前、后搭接架、承物架四部分组成(见图1)。主架搭接架采用铰接方式。主架上架设承物架,设备(重物)放置于承物架内,主架两边的搭接架分别放置于前后挂车的转盘上,挂车由一台重型拖车牵引。

桥式托架的主架为桁架形式,设计长度为12 m,跨中4 m段高度为2.2 m,两端与搭接架连接处高度为1.5 m,主架由两桁架组成,内净空宽度为5.2 m;前、后搭接架均由两条箱形梁组成,箱形梁设计长度均为8 m,两条箱形梁由支撑及搭架横梁连接组成楔形,搭接架两端与主架连接处高度为1.5 m,内宽5.2 m,支座位(搭架横梁)的高度为0.8 m,宽度为3.25 m(两梁轴线宽度)。托架均采用16Mn钢板焊接成箱形结构,所有焊缝均为45°坡口焊接。

2 试验方案

2.1 试验标准

试验按国家标准GB 50017-2003钢结构设计规范要求进行。

2.2 最大试验荷载

按委托方要求,本次试验最大荷载为3 000 kN。

2.3 荷载形式

采用300 t重物(混凝土块)均布于主架跨中6 m范围的承物架上。

2.4 加、卸载方法

按每级荷载施加量,用吊车将混凝土(每件50 kN)吊放于主架的承物架内。吊放在承物架上的混凝土块应均匀、对称放置;卸载时,按每级卸载量用吊车将混凝土块从承物架内对称吊出。

2.5 加、卸载分级

加载分6等级,每级加载量为500 kN;卸载分3级,每级卸载量为1 000 kN(见表1)。

2.6 托架变形观测点布设及变形观测时间

2.6.1 变形观测点布设

托架结构变形观测采用量程50 mm的百分表,百分表分别布设在托架两条边梁(前边梁、后边梁)的支座、搭架与主架的铰接点、主架跨中的位置上,每条边梁布设5个变形观测点,共布设10个变形观测点。

2.6.2 变形观测时间

每级荷载施加(卸)后10 min,测读结构的变形,之后施加(卸)下一级荷载;满载施加后30 min,测读结构的变形后卸载;全部卸载后30 min,测读托架结构的残余变形值。

2.7 托架承载力评定条件

当托架承载力试验若同时满足下列条件,则评定该托梁承载力满足设计要求:1)能加载至要求的最大试验荷载(3 000 kN),且作用在该荷载下托架的最大挠度不大于L/400(L为托架跨度,L=28 000 mm),即托架下挠变形限值不大于70 mm;2)托架结构各焊缝不出现开裂,铰接件不产生变形或破坏;3)托架结构各梁不出现失稳现象。

3 试验数据整理和分析

3.1 试验概况

托架在现场安装完毕后,正式加载试验前,在现场首先进行载重250 t牵引运行试验,牵引运行后未发现托架有不良现象。加载试验过程中,试验情况正常,托架结构变形基本呈线性状态,未发现测试点的变形有突然增大现象。在最大试荷3 000 kN作用下,托架的主架跨中最大下挠变形:前梁(5号测点)为61.49 mm,后梁(6号测点)为67.22 mm(均扣除支座的变形量),挠度值分别为61.49/28 000即0.878/400和67.22/28 000即0.960/400。托架结构的最大挠度值并未超过GB 50017-2003钢结构设计规范对于受弯构件中“有悬挂起重设备的梁和桁架”的挠度容许值L/400的规定。卸载后,托架结构变形恢复较好,残余变形较小。

试验后对托架观察,未发现结构焊缝出现开裂或破坏现象。主架与搭接架铰接件未发现变形或破坏现象。

3.2试验数据整理

托架在各级试荷下变形测读记录经整理汇总后,托架在最大试验荷载3 000 k N作用下的变形挠度曲线见图2。

3.3试验数据分析

1)托架在3 000 k N试荷作用下产生的最大变形在主架跨中5号测点、6号测点位置,其最大下挠变形分别为61.49 mm和67.22 mm(扣除支座变形后的实际变形值),挠度值分别为0.878/400和0.960/400,均小于GB 50017-2003钢结构设计规范对于受弯构件中“有悬挂起重设备的梁和桁架”的挠度容许值L/400的规定。

2)托架在各级试验荷载下的变形呈线性变化,卸载后残余变形不大,变形恢复较好,表明该托架在3 000 k N荷载作用时产生的变形,仍在弹性变形界限之内。

综上分析,该试验托架在最大试验荷载3 000 k N作用下,产生的变形挠度仍在GB 50017-2003钢结构设计规范规定的变形限值之内,未出现极限承载力的特征。

4结语

该桥式托架承载力试验结果表明,在最大试验荷载3 000 k N作用下,托架未出现极限承载力的特征,该桥式托架的承载力达到了设计要求。

从该桥式托架结构分析,关键在主架与搭接架的连接部位,该部位受力情况复杂,拉、弯、剪力均有,而连接板件采用手工焊接,焊缝质量会比自动焊的焊缝质量低,托架在运输过程中又受到振动荷载的作用,连接板件的焊缝更容易出问题,建议对这些部位的焊缝进行无损检测,以确保托架的使用安全。从该桥式托架投入运行以来,未发现相关的质量问题。

燃机发电篇2

上海漕泾热电有限公司燃机循环机组受天然气供应限制和为上海化学工业园区供热,发电机组主要是“以热带电”,发电机在电网中起到调峰作用。燃机发电机启停较频繁,由于燃机机组启动都是通过变频拖动,所以燃机发电机启动时其转子、定子均有电流、电压。燃机发电机转子容易引起匝间短路( 匝间短路分动态和静态两种情况) ,转子绕组匝间短路是燃机发电机运行中常见的故障,当短路发生时,将使转子励磁电流增加、绕组局部温度升高、短路点出现铜线烧损和加速绝缘损坏的现象和事故。此外还会因为热不平衡引起机组的振动值异常增加,危害机组的安全运行[1,2,3,4]。

通过配置燃机发电机转子匝间短路故障检测装置,可以实时地对发电机转子波形进行在线监测。通过对比波形来判断转子状况,若有问题可迅速作相应的检修处理[5,6,7]。避免产生突发性重大事故而造成的经济损失。因此,对发电机转子匝间绝缘状况进行动态监测和分析是非常必要的。

1 RSM型转子匝间短路监测系统的功能和组成

1. 1 转子匝间短路监测系统的组成

RSM型转子匝间短路监测系统是以电机转子旋转状态下探测线圈动态波形法为基础研制的动态监测分析系统,具备在机组运行时对转子磁场波形进行在线监测和分析功能。系统软件采用Windows界面,操作灵活简单,能够方便地进行采样、分析、显示以及存档打印。如图1 所示,系统主要由探测传感器元件、传输电缆、计算机采集处理分析系统等组成。计算机采集处理分析系统由采集模块、计算机和专用分析软件组成。

1. 2 探测线圈法

探测线圈法最早由英国学者Albright首先提出。这种方法是在定、转子之间的气隙中固定一只带有几十匝的小型线圈探测传感器,并用环氧聚合物包裹起来,并采用了实心圆盘防护罩将它永久性地安装在定子槽楔上,在转子旋转过程中,转子表面的磁通在该线圈中产生感应电势,根据此电势波形是否发生畸变来分析、判断转子绕组是否存在匝间短路,通过分析所记录的磁通波形数据,就可以确定故障位置。

1. 3 主要功能

( 1) 实时波形显示。通过观察波形特征值,可以判断中等和严重的转子匝间短路。

( 2) 根据实时波形,用相应判据通过专用程序进行判断。可以判断轻微转子匝间短路或不稳定匝间短路。

( 3) 数据记录和统计功能。记录波形特征变化,建立数据库,用于匝间绝缘状态的长期分析判断。如果出现转子线圈匝间短路,可以通过软件判断把故障区域定位到2 个槽以内。

1. 4 系统配装

上海漕泾热电燃机发电机为美国GE公司制造,额定容量278MVA,静态励磁,出厂日期为2004 年9 月,投产日期为2005年6 月。在6 k V公用段开关室设置燃机发电机转子匝间短路在线检测装置柜。燃机发电机定子铁芯槽部均装有探测传感器,探测传感器位置在靠近发电机励端定子线棒近阶梯上部,在发电机定转子间隙间,形状: 5 mm直径圆柱,长度为5 cm; 由燃机发电机车面励端侧JB509 箱TA端子引接屏蔽电缆ZR - KVVP2 - 0. 45 /0. 75 4X1. 5 到6 k V公用段开关室内燃机发电机转子匝间短路在线检测装置柜。与计算机采集处理分析系统配套使用。定期进行数据采集和分析,由于机组和传感器的差异对磁场波形的影响,对燃机发电机转子进行现场录取波形并进行程序调试。

2 录波测试

2. 1 发电机转子录波测试

图2 - 5 为从燃机发电机转子探测传感器录取的转子波形,可看出燃机发电机转子波形是单相正弦波,波形及宽度是比较对称的,录取波形时需采用高分辩率示波器( 如宽带超过200 M的泰克示波器) 以清晰录取波形。

2. 2 监测分析系统

将录取的波形作为标准图形灌入程序,以便与燃机发电机转子运行时的波形进行比较。当燃机发电机转子存在匝间短路故障时,转子波形是不对称的,且波形会畸变。计算机采集处理系统由工控机、16 位PCI接口A/D数据采集板组成。程序屏幕显示探测线圈感应电势波形,可以根据JB/T8446 - 1996 判据来判定结果。

由图6 可知,其中结果栏显示的结论包括正常、可疑和短路,除了文字显示还会用绿色、黄色和红色的背景颜色来标识,分别对应监测结果为正常波形、可疑波形、短路波形的情况。判定结果为“短路”时,表示该监测数据严重超标,如果该槽长期连续出现超标,则可以初步确认为存在匝间短路现象; 判定结果为“正常”时,线圈应不存在匝间短路的情况; 判定结果为“可疑”时,表示同号线圈可能存在匝间短路,后续应加强监测,结合历史故障特征统计数据及发电机大修时发电机转子电气试验( 交流阻抗试验,开口变压器试验) 结果,综合判断该发电机转子是否存在匝间短路或进行相应处理。

3 结束语

对发电机转子进行在线状态监测,不但是保证设备长期安全稳定运行的关键,更是国家标准要求和状态检修发展的趋势。依据燃机发电机的实际情况,选择适合设备实际情况的检测方法,制订具体方案并实施,可提高设备的状态检测水平,有效地避免事故的发生,提高设备运行的安全性和可靠性,最终提高企业的经济效益。

参考文献

[1]刘莹,韩波,梁彬,等.基于工业以太网的汽轮发电机转子绕组匝间短路检测系统研发与应用[J].防爆电机,2012,47(5):47-50.

[2]安国庆,靳彦虎,付超,等.基于虚拟仪器技术的异步电机定子匝间短路故障在线监测系统[J].仪表技术与传感器,2013,50(7):52-54.

[3]张超,夏立,吴正国,等.同步发电机转子绕组匝间短路故障特征规律分析[J].高电压技术,2010,36(6):1506-1512.

[4]郝亮亮,吴俊勇,孙宇光,等.无分支电流互感器的同步发电机转子匝间短路监测方法[J].电工技术学报,2014,29(3):189-195.

[5]胡静涛,黄昊,高雷,等.基于工业无线技术的非侵入式电机故障诊断系统[J].中国设备工程,2009,25(4):8-10.

[6]贾志东,陈海,张征平,等.采用重复脉冲法诊断发电机转子绕组匝间短路故障[J].高电压技术,2012,38(11):2927-2933.

燃机发电篇3

笼型异步发电机具有结构简单、坚固、价廉、易维护等突出优点,在风能、太阳能等可再生能源发电过程中的应用越来越广泛,尤其在飞机、舰艇、野战电力支持等独立供电系统中的作用日益突出。

移动电源多采用内燃机作为原动机,不同于风能、太阳能等能源形式。太阳能、风能受自然条件影响较大,能量密度小,不便于野战条件下的快速展开和撤收,因此,只适用于特定条件和地点,普适性较差。内燃机作为原动机不存在风能、太阳能等使用条件的限制,装备范围广。本文基于Matlab软件对小型内燃机、异步发电机进行了建模,构建了内燃机驱动的自激异步发电系统,对其运行特性进行了仿真研究,为实际内燃机驱动的自激异步发电系统的研制提供了理论依据。

1 异步发电机建模仿真实现

Matlab中SimPowerSystems库中的异步电动机模型的核心是d-q坐标系下的异步电动机的状态方程,电动机参数为常数时不变。该模型适合于电力拖动系统的仿真,但不适合于异步发电机系统的仿真,原因如下[1]:

(1)异步发电机(特别是独立运行的自励异步发电机)的磁路饱和程度与其工作状态有关,造成其电感参数发生变化;

(2)模型为调速系统设计,以输入负转矩表示处于发电状态,必须知晓整个运转部分的转动惯量,运行于预设转速需加入转矩闭环,仿真时间长,而实际发电系统的转速由原动机决定,往往是已知的,要求直接向电动机系统输入已知转速量。

自激感应发电机(SEIG)的暂态过程通过建立状态空间方程可以得到较好的描述[2]。自激感应发电机带感性负载的d、q轴等值电路如图1所示。

式(1)为感应电动机运行于发电机方式下其动态特性的经典d、q轴模型及其矩阵形式表达式,式中包含了电动机自感、互感系数,使用此模型可获得自激期间及负荷变化时的瞬时电压和瞬时电流。式(2)~式(5)为d、q轴坐标系下的自激电容电流和电压:

式(6)~(9)为d、q轴坐标系下的负荷电压和电流:

式(1)~式(9)中:vds、vdr为定、转子d轴电压;vqs、vqr为定、转子q轴电压;ids、idr为定、转子d轴电流;iqs、iqr为定、转子q轴电流;Rs为定子电阻;Lm为激磁电感;p为电动机极对数;L为负荷电感;Rr为转子电阻;Lr、Ls为转子、定子电感;Lsd、Lsq、Lrd、Lrq为定子、转子d、q轴电感;C为励磁电容;R为负荷电阻(每相);ωr为转子转速;ild、ilq为d、q轴负荷电流(每相);vld、vlq为d、q轴励磁电压(每相);icd、icq为d、q轴电容电流(每相)。

两相静止坐标系下以ids、iqs、idr、iqr、vld、vlq、ild、ilq为变量的异步发电机动态模型通用状态空间表达式如式(10)所示[3,4]:

电动机部分建立的状态空间模型如式(11)所示[5]:

式中:

使用该模型进行动态分析时有如下假设条件:

(2)除了电动机激磁电抗以外,所有其它电动机参数假设为恒值;

(3)定子绕组、自激电容和负荷均采用星型连接。

可见,电动机激磁电抗的变化是自激异步发电机建压和稳定性分析的主要因素。电动机参数[6]:2.2 kW,三相4极,50 Hz,415 V,4.5 A,Y接法,1 440 r/min,Rs=3.84Ψ,Rr=2.88Ψ,定子每相漏抗Xls=4.46Ψ,转子每相漏抗Xlr=4.46Ψ,阻抗基值=53.24Ψ。

当发电机的磁路饱和程度不同时,定转子绕组之间的互感Lm数值将会发生变化,即互感是励磁电流的函数。该函数关系如式(12)所示:

式中:Im为激励电流。

Im可以用定、转子电流来表示:

可通过编写M文件实现上述函数关系。其中,M文件中的程序用Simulink中的Matlab Function模块封装为一个Simulink函数模块,该模块的输入是定转子电流、定子电压及电动机转速,输出是定转子电流的微分。在该模块之后是积分模块,输出定转子电流,该电流是在d-q坐标系下得到的,因为电动机存在剩磁,该剩磁用转子电流来表示,因此,积分模块的初始值不为零。经过坐标转换模块将d-q坐标系转换成abc坐标系。用受控电流源将Simulink通用信号转换为电信号。将以上模块合成后就可得到三相异步发电机仿真模型,如图2所示。

2 小型内燃机建模仿真实现

内燃机模型采用节气门控制的调速系统,按照四冲程火花点火汽油机工作原理,由进气冲程、压缩冲程和转矩产生与加速(燃烧冲程)3个部分构成[7],如图3所示。

控制器起着快速调整节气门、调节内燃机转速的关键作用,以反映负荷转矩的微小变化。其建模通过在Simulink内燃机模型中加入离散PI控制器模块实现。其中积分器反映运行点变化对节气门的调整,比例环节补偿由于积分器引入的相位滞后。节气门开度角计算如式(14)所示:

式中:Kp为比例常数;Nset为给定转速值,r/min;N为实际转速,r/min;KI为积分常数。

离散控制器易于硬件实现,控制器内嵌触发模块,其执行与曲轴旋转同步,控制器子系统如图4所示。

控制器子系统采样时间参数设置为1,继承了系统采样时间,在子系统每次触发时执行。图4底部的触发模块起到关键作用,任何一个子系统只要加入了该模块就转变为触发子系统。

采用Matlab/Simulink软件的优势在于可以对非线性、复杂系统建模,建立精确的内燃机模型,包括准确的气缸定时进气等,在创建此类模型时要求是非常严格的,同时,完整的速度控制系统显示了该软件的灵活性。

3 内燃机驱动异步发电系统的仿真实现

在建立内燃机仿真模型的基础上,结合自激异步发电理论,对内燃机驱动的自激异步发电系统进行仿真实现,需要注意以下几点:

(1)将转子拖动到一定转速,通过控制原动机的油(水、汽)门来实现。

设置内燃机的转速初始值为1 000 r/min,5 s时设定目标值为1 500 r/min,控制器子系统中转速变换为角速度的增益为π/15。

(2)配备一定数量的电容器,合理选择电容并分组接线。

电容器所产生的励磁电流可用式(15)表示:

式中:IC为电容产生的励磁电流,A;f为发电频率,Hz;Ue为发电机额定电压,V;C为电容量,μF。

当1μF的电容用于额定电压415 V的发电机时,产生的励磁电流大小为

笼式异步电动机应配备的电容大小为

(3)实现自激异步电动机与内燃机之间的接口连接。

(1)将内燃机的输出角速度直接作为异步电动机的输入;

(2)在异步电动机输出端计算输出功率,根据(其中T为转矩,P为功率)得到负载转矩,在内燃机的加速度计算模块中,根据(J为转动惯量,Teng为电磁转矩,Tload为负载转矩),积分后得到内燃机的转速。

系统整体仿真模型如图5所示。

4 仿真结果与分析

对投入阻性变化负荷时的原动机(本文指内燃机)转速、转矩和异步发电机的电压、电流和功率的变化情况进行分析。

(1)10 s时投入1 000 W有功负荷,15 s时投入50 0W有功负荷,转速、转矩、功率、相电压和电流的变化情况如图6所示。

从图6可以看出,前10 s转速由1 000 r/min稳定在了1 500 r/min,由于没有投入负载,转矩为0,有功功率为0;0~5 s时由于转速较低,因此异步发电机端电压较低,并且有一个向电容器的充电电流;5~10 s是异步发电机空载建压的过程。

10 s时投入负载,转速降低,有一个调整的过程,最后仍然稳定在1 500 r/min,转矩增大,电压降低,电流增大。15 s时负荷做增大变动,原动机转速仍然有一个调整的过程,转矩增大,电压降低,电流增大。

可见,所建模型是正确的。

(2)对比有无原动机时电压的变化情况

对于有限容量系统而言,负荷的变化直接影响到系统频率,对于自激异步发电系统而言,还会影响到电压的变化。在10 s时所加有功负载为1 50 0W,对比有无原动机时的电压变化情况。

(1)系统中考虑原动机转速随负载的变化时,自激异步发电系统转速和电压变化波形如图7所示。

由图7可知,在转速调整完毕后,机端电压方达到稳定值,随着负荷的大小不同,调整时间不同。

(2)不考虑原动机,自激异步发电系统输入转速恒定时,电压变化情况如图8所示。

由图8可知,不考虑原动机的转速调整时,机端电压几乎瞬时达到稳定值。

5结语

在有限容量系统中,负荷的改变不仅影响到频率,而且会导致电压的变化,此时为了和实际情况保持一致,必须在异步发电机中考虑原动机转速随负载的变化情况。本文基于Matlab/Simulink软件建立了内燃机驱动的自激异步发电系统仿真模型,接入负载时,该系统有一个调整过程,转矩增大,电压降低,电流增大;并对比分析了有无原动机时电压的变化情况,验证了该模型的正确性;利用该模型研究和验证了调速控制算法,通过引入动态电压恢复器(DVR)等装置进行了瞬时有功、无功补偿,改善了内燃机驱动的自激异步发电系统动态特性的机端电压控制方法,从而为研制实际系统提供了强有力的理论依据和仿真实验平台。

参考文献

[1]黄文新,胡育文.笼型异步发电机的MATLAB仿真模型[J].中小型电机,2002,29(1):1-3.

[2]FARRET F A,PALLE B,SIMOES M G.State SpaceModeling of Parallel Self-excited Induction Generatorsfor Wind Farm Simulation[J].IEEE IndustryApplications conference,2004:2801-2807.

[3]KRAUSE P C.Analysis of Electrical Machinery[M].New York:McGraw-Hill,1986.

[4]KISHORE A,KUMAR G S.A Generalized State-spaceModeling of Three Phase Self-excited InductionGenerator for Dynamic Characteristics and Analysis[C]//1st IEEE Conference on Industrial Electronicsand Applications,2006,Singapore:1-6.

[5]潘晓晟,郝世勇.MATLAB电动机仿真精华50例[M].北京:电子工业出版社,2007.

[6]SHILPAKAR L B,SINGH B P.Dynamic Behavior of aThree Phase Self-excited Induction Generator forSingle-phase Power Generation[J].Electric PowerSystems Research,1998,48(1):37-44.

燃机发电篇4

近年来,国家电网公司积极转变电网发展方式,按照资源节约型、环境友好型社会要求,着眼于国家能源安全,大力发展以特高压为骨干网架的坚强智能电网,提升优化资源配置能力,以求彻底解决国家能源分布不均衡问题,为经济持续健康发展提供电力保障[1,2]。随着锦苏特高压直流输电工程投运,极大缓解了华东地区尤其是江苏、浙江省迎峰度夏用电紧张局面,但同时也对江苏区域电网的安全运行也提出了更高要求,尤其是应对特高压出现大功率缺额时的电网应急响应。另一方面,随着江苏燃气机组的装机容量的不断增加,也要求燃机发电计划安排不仅需要需要考虑燃机固有属性约束以及一次能源约束,还需要考虑其承担电网调峰、调频能力需求。

当前燃气机组(燃机)的次日发电计划一般由燃机电厂根据总气量指标以及在与电网调度部门沟通开停机安排后进行电厂燃机发电计划按照各厂运行经验人工制定并进行申报[3]。而燃机电厂安排发电计划曲线时通常更注重燃机运行的经济效益,一般计划编制时出力安排在温控模式或阶梯恒定出力方式运行。但这种控制方式未充分考虑燃机在电网调度中调峰、调频需求[4,5],也未充分利用燃机相对燃煤机组所具有的调节速率大、负荷响应快的先天优势。

综上所述,随着燃机装机容量的不断增加,燃机现有控制方式与电网实时调度需求的矛盾逐步显现。因此,深入研究基于一次能源约束的燃机实时计划以及自动发电控制(Automatic Generation Control,AGC)控制策略,根据总气量合理制定发电计划,充分利用燃机调节速率和负荷响应能力的优势,更多发挥燃机在电网实时调度中的调峰、调频作用日益凸显其迫切性和重要性。

1 燃机日内和实时发电计划编制

1.1 燃机日内发电计划编制范围

燃机日内发电计划的时间间隔为15 min,计划编制范围为每日8:00到次日8:00共96时段计划以及气量修正时间到次日8:00的剩余计划时段。燃机计划编制不仅考虑燃机的出力计划,还考虑燃机的启停安排。

1.2 燃机日内发电计划编制目标和约束条件

燃机日内发电计划编制目标是兼顾燃机电厂运行特性、一次能源约束以及电网调峰调频需求。并满足以下约束条件:

1.2.1 系统负荷预测趋势约束

燃机发电计划趋势符合系统负荷曲线趋势,承担电网调峰任务。

1.2.2 最低调节备用需求

燃机发电计划满足最低调节备用需求(尤其是负荷高峰或低谷时段),充分利用燃机相对燃煤机组所具有的调节速率大、负荷响应快的优势,为燃机参与AGC调节预留备用容量,承担区域电网正常的功率频率控制以及电网突发大功率缺额状况时的电网紧急恢复。

1.2.3 动态最大调节上限

燃机调节性能受到环境温度、过滤网清洁度等因素影响较大,因此燃机最大调节上限特性(即温控模式限值或最大出力上限)也是动态变化的,燃机日内计划编制需考虑燃机的动态调节上限。

1.2.4 动态最小调节下限

对于供热或综合利用燃机电厂,需优先考虑燃机电厂的供热或综合利用任务,限制燃机的可调节最小技术出力下限。

1.2.5 最小停机时间

从环保、设备损耗及维修等方面要求燃机不能频繁开停机,燃机开停机安排除考虑备用、可用燃气量等约束外,需考虑燃机的利用小时数情况,也即考虑燃机最小停机时间要求。

1.2.6 燃机加、减负荷速率约束

燃机计划曲线需要满足燃机加、减负荷速率约束,燃机加、减负荷速率可以通过AGC测试获取,并作为参考。

1.2.7 总气量约束

每日最大总气量一般指每日早上8:00到第二天早上8:00燃机电厂可得到石化公司供给的总燃气量指标。燃机电厂每日总气量受到多方面因素影响,季节变化大,甚至每天都可能存在较大差异。此外,燃机电厂获取比较准确的总气量信息时间也不固定,有时在次日凌晨才可确定,因此燃机的总气量约束和供给合同条款也决定了燃机的日内计划编制时间范围。

1.2.8 开机气耗约束

燃机在冷态、温态、热态不同开机状态下的开机气耗存在明显不同,因此需要综合考虑开机状态与开机气耗情况。

1.3 燃机气耗特性曲线拟合与线性化

燃机计划编制是从气量到电量再到电力曲线的过程,燃机气耗特性是燃机气电能量转换的依据[6,7,8],因此燃机气耗特性曲线的获取是前提条件。

燃气机组气耗数据一般由设计参数或通过实验获得,再根据气耗数据进行曲线拟合,得到该燃机的气耗特性曲线。燃机气耗特性曲线通常为燃机出力的凸二次函数,如图1所示,表达如下:

式中:为燃机i在时段t的有功功率;为燃机i在t时的气耗。

在工程运用上,燃机气耗特性曲线可以通过分段线性化近似处理,如图2所示,可以按照工程计算精度要求设置合理分段数以逼近原二次曲线。

分段线性近似曲线的数学表达如下:

式中:NS为燃机气耗特性线性分段数;Pi,min为燃机i的出力下限;Ci.min为燃机i处于出力下限时对应的气耗;Ui,t为0/1量,表示燃机开停状态;δi,s,t为燃机i在t时在分段曲线第s段上的出力;bi,s为燃机i在其分段曲线第s段的斜率(即气耗微增率);Pi,s为气耗特性曲线中各分段区间的终点功率,其中起始点Pi,0=Pi,min。

因此,根据燃机电厂提供的气耗数据进行曲线拟合并分段处理得到燃机的分段气耗特性。

1.4 燃机日内计划编制原理及步骤

(1)获取计算周期内系统负荷预测趋势曲线

负荷曲线对应缺失预测数据的未来部分时间点如第三日凌晨00:15—7:45,则通过对相似日对应时段的负荷预测数据进行平滑处理来获取缺失的未来时间点预测数据。

(2)分析燃气机组开停机及运行区间气量分配

根据可用燃气总量按照燃机的不同出力点以及燃机气耗特性分析可发电持续时间,判断燃机是否具备全天持续运行的条件。根据电厂以及电厂或调度建议开停机时间分析全天的启停情况,并按照不同情况确定运行时间段:

l)建议全时段持续运行或全时段内开机后持续运行,则该燃机不存在开停机过程,进行全时段的气量到电力的分配。

2)建议1次停机过程(计算周期内出现1次完整的开停机过程或持续运行到停机过程),则该燃机从建议运行时间或开机时间开始气量到电力的分配,直至机组停机。

3)建议存在2次或多次的停机过程(计算周期内出现多次的停机过程,如停机后次日8:00前开机顶峰运行),则该燃机按照建议开停机时间段和对应负荷趋势分配每个运行时间范围的可用气量Qi。

(3)根据可用气量计算可发电量和推算停机时间

计算运行区间内系统负荷平均值与全时段系统负荷平均值比例系数,用该比例系数乘以燃机预设负荷率作为该区间的燃机负荷率。利用该负荷率对应出力点的气耗水平计算可用气量对应的可发电量和可持续运行时间,进而推算出新的停机时间,并将建议开机时间和新的停机时间作为该燃机的运行时间范围。

(4)根据可发电量、运行时间、负荷趋势计算电力曲线

根据系统负荷趋势、运行时间和可发电量计算出燃机电力曲线与系统负荷趋势的比例因子。将系统负荷乘以比例因子作为燃机该运行时间段的初始发电计划。

(5)燃机初始发电计划修正

根据燃机的爬坡约束、最小技术出力、温控限值、上调节备用需求、下调节备用需求修正运行区间内各时段的出力计划和是否可调整标识。

(6)迭代修正气量偏差和电力偏差

根据以上修正后的燃机计划和气耗特性曲线推算总气耗和可用气量偏差,再次根据气量换算电量规则,将偏差气量修正到可调时段的发电计划中,直至气量偏差满足门槛要求。

(7)依次计算燃机其他运行区间的电力曲线

依据可用气量,依次计算燃机在其他运行区间的发电计划曲线,得到全时段的燃机电力计划曲线

(8)依次计算其他燃机日内发电计划

对于尾气机组,其开停机时段根据对应燃机机组的开停机时间段确定。即先进行燃机的日内发电计划编制,再进行尾气的日内发电计划编制。

1.5 燃机日内发电计划编制触发条件

燃机电厂的可用气量申报一般为1天2次,包括全天总气量申报和一次气量修正申报。因此通过人工触发或定时触发计算未来24 h燃机日内计划以及根据气量修正更新燃机日内计划曲线。

1.6 燃机日内发电计划应用功能

燃机日内发电计划编制相关人机功能包括燃机气耗特性、开机气耗等静态经济参数维护;燃机开停机建议和开机状态编辑维护模块;燃机申报可用气量与运行时间估算查询展示模块;燃机日内计划编制及查询展示模块;燃机日内计划计算状态模块。

燃机计划编制管理相关模块的时间范围一般默认为当日8:00到次日8:00,可以人工设置开始时间、结束时间。

1.7 燃机实时发电计划编制

燃机实时发电计划通过对燃机15 min粒度的日内滚动发电计划进行插值处理,获取5 min数据粒度燃机实时计划[9,10]。根据燃机实际开停机状态修正燃机日内机组组合状态,修正后燃机计划作为固定出力方式参与系统平衡分析计算,但不再重新参与实时计划分配。

与AGC调整的方式类似[11,12],以燃机日内、实时滚动发电计划为中心,根据电网运行状态划分,确定在实时发电计划基础上的波动区间,可以运行在预先设定的计划控制模式,也可以进一步研究适合燃机特性的控制模式。

2 联合循环燃机解决方案

联合循环燃机发电厂的物理模型和经济模型分别基于燃气机组和蒸汽机组进行建模,但实际上,与常规电厂不同,联合循环发电厂的运行方式是整体考虑的,包括可用气量的申报、开停机安排、出力计划等[13,14]。因此基于一次能源约束的燃机日内计划编制需要建立联合循环发电厂的经济模型,该模型主要包括联合循环机组的单机构成、容量、最大可调节上限、最小可调节下限[15,16]。同时联合循环发电厂的可用气量申报、并网时间建议等按照联合循环机组的方式整体报送。

与联合循环机组相关的处理环节包括:

(1)建立联合循环燃机对应虚拟经济机组

联合循环燃机和构成单机的经济属性标识区分如表1所示。

通过经济模型管理工具维护联合循环机组主体参数、经济属性参数、气耗特性成本曲线。

联合循环机组与构成单机的关系如表2所示。

联合循环燃机与AGC的可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)对应,将AGC参数直接接入维护到联合循环燃机。

(2)联合循环燃机计划编制

联合循环日内燃机计划编制按照联合循环经济机组处理,编制后的计划按照单机的额定容量分配到联合循环构成单机上。联合循环燃机的计划只显示不入库。联合循环燃机的实时计划则以燃机单机处理,跟踪联合循环燃机分配到构成单机的日内计划。

(3)联合循环燃机的人机界面

联合循环燃机的人机界面以联合循环机组出现,不体现其构成单机。

(4)联合循环的数据发送

联合循环机组计划发送AGC以构成单机发送计划值表,由AGC根据PLC定义自动获取处理。