способ и устройство для быстрого регулирования мощности энергетической установки

Формула изобретения

1. Способ для быстрого регулирования мощности энергетической установки с турбоагрегатом, содержащим паровую турбину и генератор, при котором для установки избыточной мощности генератора в процессе эксплуатации установки активируют имеющиеся накопители энергии, причем дополнительно к мощности генератора (Р_S, P₁) привлекают по меньшей мере один дальнейший характеризирующий актуальное рабочее состояние параметр процесса (P_S, P₁, P_WL, P_FW, M_PD, D_FD, KL, ТВ, P) для определения множества заданных значений положения (Y, D_FD), отличающийся тем, что в качестве первого дальнейшего параметра процесса (P_S, P₁, P_WL, P_FW, M_PD, D_FD, KL, ТВ, P) для определения заданных значений положения (Y, D_FD) привлекают выделенную из процесса эксплуатации установки тепловую мощность (P_FW).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве дополнительного параметра процесса применяют степень дросселирования (D_FD) по меньшей мере одного связанного с паровой турбиной (2, 4, 6) исполнительного органа (10).

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в качестве дополнительного дальнейшего параметра процесса привлекают взятый из процесса эксплуатации установки массовый поток пара (М_PD).

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что в качестве дополнительного дальнейшего параметра процесса привлекают действительное значение тепловой мощности (P_WL) процесса эксплуатации установки.

5. Способ по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что для определения заданных значений положения (Y) учитывают информацию об активируемости (ТВ) накопителей энергии.

6. Устройство для быстрого регулирования мощности энергетической установки с турбоагрегатом, содержащим паровую турбину (2, 4, 6) и генератор, и средства для активирования имеющихся в процессе эксплуатации установки накопителей энергии для установки избыточной мощности генератора, которые содержат регулирующее устройство (60), входы (а - i) которого содержат значения мощности (P_S, P₁) генератора (8), а также по меньшей мере один дальнейший параметр процесса (P_S, P₁, P_WL, P_FW, M_PD, D_FD, KL, ТВ, P), а выходы которого (n - u) указывают заданные значения положения (Y) для множества соединенных с паровой турбиной (2, 4, 6) исполнительных органов (10, 12, 18, 22, 24, 28, 32, 34, 36, 42, 46, 48, 50), отличающееся тем, что на один из входов (а - i) подана выведенная из процесса эксплуатации установки тепловая мощность (P_FW).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что регулирующее устройство (60) содержит первый регулирующий модуль (62), входы которого (а - i) содержат параметры процесса (P_S, P₁, P_WL, P_FW, M_PD, D_FD, KL, ТВ, P), а выход (j) которого указывает долевые значения комбинации мероприятий (L_n) для подачи в распоряжение резервной мощности.

8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что предусмотрен второй регулирующий модуль (64), вход которого соединен с выходом (j) первого регулирующего модуля (62) и выходы (n - r) которого указывают заданные значения положения (Y) для исполнительных органов пара (10, 12, 18, 24, 28, 32, 34, 36).

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что предусмотрен соединенный на стороне выхода с вторым регулирующим модулем (64) третий регулирующий модуль (66), к входам (а, b) которого подведены значения мощности (P_S, P₁) генератора (8).

10. Устройство по п.8 или 9, отличающееся тем, что предусмотрен четвертый регулирующий модуль (68), входы которого соединены с по меньшей мере одним выходом (r) второго регулирующего модуля (64) и выходом (j) первого регулирующего модуля (62), выходы (s, t) которого указывают заданные значения положения (Y_KP, Y_NKR) для исполнительных органов конденсата (42, 46, 48, 50).

11. Устройство по любому из пп.6 - 10, отличающееся тем, что предусмотрен пятый регулирующий модуль (70) для корректуры актуальной степени дросселирования (D_FD) по меньшей мере одного исполнительного органа (10).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способу для быстрого регулирования мощности энергетической установки с турбоагрегатом, содержащим паровую турбину и генератор, причем для установки избыточной мощности генератора в процессе эксплуатации установки активируют имеющиеся накопители энергии. Оно относится далее к устройству для осуществления способа.

Наряду с отработкой отклонений частоты внутри системы энергоснабжения, в частности, должна соблюдаться также заданная обменная мощность на местах связи к частичным сетям, из которых состоит распределительная сеть (объединенная электросеть или автономная электросеть). Требование состоит поэтому в том, чтобы быстрое повышение мощности энергетического блока было доступным в течение секунд.

Возможности для быстрого регулирования мощности и поддержки частоты описаны в журнале "VGB Kraftwerkstechnik", N 1, январь 1980, стр. 18-23. В то время как для быстрого регулирования мощности в секундном диапазоне (быстро реализуемый резерв) существует множество одновременно или альтернативно производимых возможностей вмешательства, для остающегося изменения мощности энергетического блока требуется изменение подачи топлива. Поэтому на электростанции, работающей на ископаемом топливе, для преодоления времен запаздывания в течение первых секунд открывают удерживаемые до сих пор в дросселированном положении регулирующие клапаны паровой турбины и за счет этого практически без задержки активируют и разряжают доступные накопители пара или энергии.

Наряду с повышением мощности за счет устранения дросселирования регулирующих клапанов паровой турбины также отключают предусмотренные в пароводяном контуре паровой турбины подогреватели, которые обогреваются посредством пара промежуточного отбора из паровой турбины. Направленный одновременно через подогреватель низкого давления конденсатный поток в течение нескольких секунд может быть прерван или снова повышен. Эта мера для быстрого регулирования мощности в энергетических блоках, работающих на ископаемом топливе, путем отключения подогревателя с прекращением подачи конденсата в качестве дальнейшей возможности для активирования удерживаемых в резерве накопителей энергии описана, например, в немецком патенте DE-PS 33 04 292.

Для регулирования и/или управления быстро реализуемого (секундного) резерва, то есть регулированного использования потоков пара к регенеративным подогревателям и/или конденсаторам для обогрева, а также пара для технологических нужд и конденсата в пароводяном контуре паровой турбины энергетического блока, обычно используют регулирующее устройство. Оно вызывает для быстрого регулирования мощности, то есть для активирования накопителей энергии в течение секунд, дросселирование подачи пара к подогревателям, дросселирование паpa для технологических нужд и/или дросселирование конденсата. При этом заданные значения положения для регулировочных клапанов в отводах турбины и для исполнительных органов для регулирования конденсата формируют таким образом, что достигается требуемая избыточная мощность генератора. Недостатком при этом, однако, является то, что координация как исполнительных звеньев или исполнительных органов в линиях отбора турбины, так и регулирования конденсата и вспомогательного конденсата является чрезвычайно трудной. Кроме того, являются неучтенными приоритеты использования отдельных мероприятий для быстрого регулирования мощности. Кроме того, вследствие обычно нелинейных объектов регулирования до сих пор качество регулирования не является особенно высоким.

В основе изобретения поэтому лежит задача указания способа для быстрого предоставления в распоряжение мощности в энергетической установке, которым достигается особенно эффективное регулирование. Это должно достигаться в случае особенно подходящего для осуществления способа устройства простыми средствами.

Относительно способа эта задача согласно изобретению решается за счет того, что дополнительно к мощности генератора привлекают или применяют по меньшей мере одно значение тепловой мощности, в частности, предоставленное в распоряжение от регулирования парогенератора энергетической установки значение тепловой мощности в качестве дальнейшего, характеризирующего актуальное рабочее состояние параметра процесса для определения множества заданных значений положения. При этом под мощностью генератора понимают действительную или заданную мощность, заданное или действительное значение избыточной мощности или максимально возможную мощность генератора.

При этом изобретение исходит из соображения, что комбинацию мероприятий и тем самым стратегию использования для активирования накопителей энергии надо определять с учетом актуального рабочего состояния, причем должно оцениваться множество переменных процесса или параметров процесса в установке. Для этого разрядка и зарядка имеющихся в распоряжении накопителей энергии должна регулироваться после оценки запроса на избыточную мощность, причем для активирования отдельных накопителей энергии можно применять стратегию использования, основанную на технических и экономических аспектах.

Предпочтительно для определения актуального рабочего состояния всей установки или отдельного энергетического блока в качестве дополнительных дальнейших параметров процесса применяют также теплофикационную мощность установки, а также выделенный массовый поток пара для технологических нужд и/или степень дросселирования исполнительных органов паровой турбины, в частности, связанного с паровой турбиной на стороне притока регулирующего клапана свежего пара. Кроме того, целесообразно учитывают дальнейшие значения или данные об ограничениях накопителей энергии, например, относительно возможной нагрузки установки. Далее целесообразно учитывают данные о технологической готовности или возможности ак- тивирования отдельных накопителей энергии, содержание которых зависит от потоков свежего пара, пара отбора, отработавшего пара и/или конденсата в пароводяном контуре паровой турбины.

Относительно устройства названная задача решается согласно изобретению за счет регулирующего устройства, к входам которого подведены заданная мощность (заданное значение избыточной мощности) и действительная мощность (действительное значение избыточной мощности) генератора, а также по меньшей мере значение тепловой мощности в качестве дальнейшего параметра процесса, и на выходах которого - для активирования отдельных накопителей энергии - выдаются заданные значения положения для связанных с паровой турбиной исполнительных органов. Исполнительными органами могут быть регулирующие клапаны (установочные вентили) свежего пара, пара отбора или отработавшего пара или клапаны, а также питающие насосы основного или вспомогательного конденсата.

В целесообразной форме выполнения регулирующее устройство содержит первый регулирующий модуль, к входам которого приложены заданная мощность и действительная мощность генератора, а также дальнейшие параметры процесса или рабочие параметры, а выход которого указывает долевые значения комбинации мероприятий для подачи в распоряжение резервной мощности. Предпочтительно первый регулирующий модуль содержит также вход для степени дросселирования по меньшей мере одного исполнительного органа, связанного с паровой турбиной на стороне притока.

Целесообразно регулирующее устройство далее содержит второй регулирующий модуль, вход которого соединен с выдающим комбинацию мероприятий выходом первого регулирующего модуля, а выходы которого выдают заданные значения положения для исполнительных органов пара. Соединенный на стороне выхода с этим регулирующим модулем, работающий в качестве регулятора коррекции третий регулирующий модуль целесообразно имеет на входах значения мощности генератора.

Регулирующее устройство содержит далее целесообразно четвертый регулирующий модуль, входы которого соответственно соединены с выходом первого и второго регулирующего модуля, а на выходах которого выдаются заданные значения положения для исполнительных органов конденсата. Соединенный с первым регулирующим модулем пятый регулирующий модуль регулирующего устройства служит для коррекции или согласования актуальной степени дросселирования по меньшей мере одного исполнительного органа.

Достигнутые изобретением преимущества заключаются, в частности, в том, что за счет определения комбинации мероприятий для активирования накопителей энергии в турбоагрегате с учетом множества существенных для установки параметров процесса является возможным особенно выгодное решение часто противоположных требований и условий для активирования избыточной мощности. При этом при применении подходящей стратегии использования для активирования накопителей энергии обеспечивается наилучший общий результат. При создании стратегии использования могут учитываться ограничения, которые получаются как из заданной подачи в распоряжение резерва регулирования, так и из инструкций по снабжению током, паром для технологических нужд и/или теплофикационным паром, а также по технологическим причинам.

Пример выполнения изобретения поясняется более подробно с помощью чертежей. При этом показано:

фиг. 1 блок-схема турбоагрегата в качестве отрезка процесса энергетического блока и

фиг. 2 блок-схема регулирующего устройства для отрезка процесса согласно фиг. 1.

Фиг. 1 показывает принципиальную блок-схему отрезка процесса энергетического блока с турбоагрегатом, который состоит из частичной турбины высокого давления 2, частичной турбины среднего давления 4 и частичной турбины низкого давления 6, а также генератора 8. При эксплуатации турбоагрегата свежий пар FD через регулирующий клапан свежего пара 10 вводится в частичную турбину высокого давления 2. Устанавливаемый посредством регулирующего клапана 12 (клапан KL) частичный поток FD₁ отбирается от частичной турбины высокого давления 2 для линии подогрева высокого давления 14. Отработавший пар FD₂ из частичной турбины высокого давления 2 подводится через промежуточный перегреватель 16 к частичной турбине среднего давления 4.

Из частичной турбины среднего давления 4 происходит дальнейший отбор пара. Для этого посредством регулирующего клапана 18 (клапан KL) отбирают устанавливаемый первый частичный поток MD₁ для емкости питательной воды 20. Дальнейший отбор происходит через устанавливаемый посредством регулирующего клапана 22 (клапан пара для технологических нужд PDKL) второй частичный поток MD₂ в качестве пара для технологических нужд. Далее отбор происходит через устанавливаемый посредством регулирующего клапана 24 (клапан KL) третий частичный поток MD₃ для линии подогрева низкого давления 26. Устанавливаемый посредством регулирующего клапана 28 (клапан конденсата для обогрева HKKL) первое частичное количество отработавшего пара MD₄ частичной турбины среднего давления 4 подводят к конденсатору для обогрева 30. Также устанавливаемое второе частичное количество отработавшего пара MD₅ частичной турбины среднего давления 4 подводят через перепускной клапан 32 (UKL) к частичной турбине низкого давления 6.

Из частичной турбины низкого давления 6 происходит также отбор пара для линии подогрева низкого давления 26 и для конденсатора для обогрева 30. Для этого первый частичный поток ND₁ непосредственно, а второй частичный поток ND₂ через регулирующий клапан 34 (клапан KL) подводят к линии подогрева низкого давления 26. Точно также к конденсатору для обогрева 30 подводят третий частичный поток ND₃ непосредственно, а четвертый частичный поток ND₄ через регулирующий клапан 36 (клапан конденсата для обогрева HKKL). Отработавший пар ND₅ из частичной турбины низкого давления 6 конденсируется в конденсаторе 38.

Основной конденсат К из сливного пространства 40 конденсатора 38 посредством конденсатного насоса 42 через линию подогрева низкого давления 26 подают в емкость питательной воды 20. Из емкости питательной воды 20 посредством насоса питательной воды 44 питательную воду S подают через линию подогрева высокого давления 14. Вспомогательный конденсат NK₁ из линии подогрева высокого давления 14 подают посредством вспомогательного конденсатного насоса 46 в емкость питательной воды 20. Точно также вспомогательный конденсат NK₂ из линии подогрева низкого давления 26 подают посредством вспомогательного конденсатного насоса 48 в конденсатор 38, то есть в его сливное пространство 40. Кроме того, вспомогательный конденсат NK₃ из конденсатора для обогрева 30 подают посредством вспомогательного конденсатного насоса 50 в сливное пространство 40 конденсатора 38.

В то время как подачу основного конденсата К и питательной воды S производят через регулирование уровня L_K/L_SBW, подачу вспомогательного конденсата NK_1,2,3 устанавливают через отдельные регулирования уровня NKR₁, NKR₂ или, соответственно, NKR₃. К последним может подводиться общее заданное значение положения Y_NKR.

Устройство для быстрого регулирования мощности представлено на фиг. 2. Оно содержит регулирующее устройство 60 с пятью регулирующими модулями 62, 64, 66, 68 и 70. Регулирующее устройство 60 получает в качестве входных величин a и b запрос мощности P_S и действительное значение мощности или избыточной мощности ₁. Действительное значение избыточной мощности P₁ измеряют посредством измерительного устройства 72 на генераторе 8 (фиг. 1). В качестве дальнейшей входной величины с регулирующее устройство 60 получает заданное значение тепловой мощности P_WL, которое отводят не представленным более подробно образом из регулирования парогенератора энергетического блока. Далее регулирующее устройство 60 получает в качестве входных величин d - h информацию о рабочем состоянии энергетического блока. Ими являются в качестве входной величины d теплофикационная мощность P_FW, в качестве входной величины e количество отбираемого пара для технологических нужд или массовый поток пара для технологических нужд M_PD, в качестве входной величины f степень дросселирования D_FD регулирующего клапана свежего пара 10, в качестве входной величины g возможная нагрузка KL энергетического блока и в качестве входной величины h технологическая готовность TB имеющихся в распоряжении накопителей энергии. Дальнейшие рабочие значения P могут подводиться к регулирующему устройству 60 через вход i.

Входы a - i принадлежат к первому регулирующему модулю 62 регулирующего устройства 60. Они учитывают примененные для подлежащего регулированию отрезка процесса параметры процесса P_S, P_I, P_FW, M_PD, D_FD, KL, TB и P. На основе алгоритма, основанного на технологических знаниях о потенциале резервной мощности отдельных мероприятий в первом регулирующем модуле 62, получают критерии принятия решения для комбинации мероприятий. Для этого определяют актуальное рабочее состояние, характеризуемое мощностью генератора P_S и теплофикационной мощностью P_FW, а также массовым потоком пара для технологических нужд М_PD и степенью дросселирования D_FD. При этом для каждого актуального рабочего состояния устанавливают оптимальную комбинацию мероприятий L_1...n для покрытия мгновенно требующейся резервной мощности. При этом учитывают также ограничения за счет возможной мощности KL и технологической готовности TB отдельных мероприятий L_n. В заключение для установленных мероприятий L_n вычисляют доли мощности P_SRM(1...n) и в качестве выходной величины 1 образуют разрешающий сигнал для участвующих мероприятий L_n. Кроме того, в качестве дальнейшей выходной величины k определяют дополнительную тепловую мощность P_WL для (непредставленного) регулирования парогенератора.

Выходные величины j и 1, а также теплофикационная тепловая мощность P_WL образуют входные величины регулирующего модуля 64. В регулирующем модуле 64 в качестве выходных величин m - r образуются заданные значения положения Y_FD, Y_UKL, Y_PDKL и Y_KL для регулирующего клапана свежего пара 10, для перепускного клапана 32, регулирующих клапанов 28 и 36, регулирующего клапана 22 или, соответственно, регулирующих клапанов 12, 18, 24 и 34. Вычисленные заданные значения положения Y корригируют посредством связанного с регулирующим модулем 64 регулирующего модуля 66, к которому в качестве входных величин подводят заданное значение мощности P_S и действительное значение избыточной мощности P_I.

В регулирующем модуле 68 в качестве выходных величин s и t в зависимости от мероприятия L_n, положения клапанов или регулирующих клапанов 10, 12, 18, 22, 24, 28, 30, 32, 34 и/или 36, а также их скорости изменения положения образуют корректуру для заданных значений положения Y_KP, Y_NKP регулирования конденсата или, соответственно, вспомогательного конденсата NKR_1,2,3. Для этого к регулирующему модулю 63 подводят в качестве входных величин выходные величины j и r регулирующего модуля 62 или, соответственно, 64, то есть заданное значение положения Y_KL и комбинацию мероприятий L_1...n.

Регулирующий модуль 70 содержит алгоритмы для определения необходимой степени дросселирования для регулирующего клапана свежего пара 10. Для этого к этому регулирующему модулю 70 подводят в качестве входных величин выходную величину j и дальнейшую, описывающую актуальное рабочее состояние энергетического блока выходную величину v из регулирующего модуля 62. Вычисленную степень дросселирования регулирующего клапана свежего пара 10 сравнивают с заранее выбранной степенью дросселирования u выдают в качестве выходной величины и автоматически согласованную степень дросселирования D_FD.

Дросселирование регулирующего клапана или исполнительного органа свежего пара 10, который устанавливает массовый поток свежего пара, подведенный к частичной турбине высокого давления 2, восстанавливает тем самым регулируемо активируемый накопитель энергии, который может заряжаться под управлением через определенное заданное значение положения Y_FD и через степень дросселирования D_FD или разряжаться под управлением для предоставления в распоряжение резервной мощности. Для активирования дальнейших накопителей энергии частичные потоки пара отбора или отработавшего пара FD_1,2, MD_1...5, ND_1...5, а также подача конденсата К или вспомогательного конденсата NK в отдельности или совместно, а также частично или полностью могут дросселироваться посредством соответствующих исполнительных органов (регулирующих клапанов, насосов) 12, 18, 22, 24, 28, 32, 34, 36, 42, 46, 48, 50. Тем самым частично уменьшается или прекращается питание линий подогрева 14, 26. Управление происходит, конечно, через регулирующее устройство 60 на основе соответствующих заданных значений положения Y.

Лежащее в основе регулирующего устройства 60 объединение технологических знаний и договорных постановлений, которые, в частности, при снабжении технологическим паром и теплофикационным паром могут иметь особенное влияние на выбор мероприятий, гарантирует как экономически наилучшее использование имеющихся накопителей энергии, так и бережное ведение процесса энергетической установки.