技术领域
[0001] 本
发明涉及汽轮
发电机组研究领域，特别涉及一种抽汽调节的汽轮发电机组，及基于该机组的负荷控制方法和一次调频方法。
背景技术
[0002]
汽轮机是工业生产领域常用的
原动机之一，可用于驱动各类负载(如：
风机、
水泵、发电机等)。在电
力生产过程中，汽轮机常被用来驱动发电机，构成汽轮发电机组，向
电网(也可以是单个电用户或者多个电用户)供电。
[0003] 汽轮发电机组输出功率需实时满足电网的功率要求，为此汽轮机要配置一套负荷调节系统，当电网的需求功率变化时，汽轮机负荷调节系统自动并快速的调整汽轮机的出力，使汽轮发电机组输出功率与电网的需求功率匹配，满足电网的需求。另外，通常接入电网的汽轮发电机组还需要具备一次调频功能，当电网实际
频率和汽轮发电机组目标频率出现偏离时(需要大于规定死区)，汽轮机负荷调节系统要能够自动根据频率偏离调整输出功率。
[0004] 为实现上述目的，
现有技术主要采用以下三种方案：
[0006] 该方案中，蒸汽经过蒸汽调节装置进入汽轮机，蒸汽调节装置保持一定节流。当需要增加功率时，蒸汽调节装置开度增加，减小节流幅度，则经过蒸汽调节装置进入汽轮机的蒸汽量提高，汽轮机功率增加；当需要减小功率时，蒸汽调节装置开度减小，则经过蒸汽调节装置进入汽轮机的蒸汽量减少，汽轮机功率减小。
[0007] 这种调节方式作用直接，能快速响应负荷变化要求；但是蒸汽调节装置节流会带来额外的损失(节流损失)，长期运行将影响汽轮机的经济性。
[0009] 该方案中，蒸汽经过全开的蒸汽调节装置进入汽轮机。当需要增加汽轮机功率时，加大锅炉功率以产生较大流量的蒸汽或者较高参数的蒸汽；当需要减少汽轮机功率时，减小锅炉功率以产生较小流量的蒸汽或者较低参数的蒸汽。
[0010] 这种调节方式，汽轮机蒸汽调节装置全开，没有节流损失；但是通过改变锅炉功率达到改变蒸汽流量或者参数的方式，负荷响应速度较慢，可能无法满足负载的需求。
[0012] 该方案中，汽轮机除蒸汽调节装置外配置有补汽阀。汽轮机运行时，蒸汽经过全开的蒸汽调节装置进入汽轮机，少部分蒸汽经过补汽阀直接进入汽轮机；通过控制补汽阀开度，实现对汽轮机功率的迅速调节。
[0013] 这种调节方式，蒸汽调节装置可以全开，大部分蒸汽没有节流损失，但是通过补汽阀的部分蒸汽流量依然有节流损失。另一方面，使用补汽阀负荷调节方式，可能引起汽轮机轴系振动。
[0014] 为此，寻求一种节流损失小、响应时间短的汽轮发电机组及相关控制方法具有重要的研究和实用价值。
发明内容
[0015] 为了减少由于蒸汽调节装置未全开产生的节流损失，保证汽轮机负荷的响应时间满足负载的要求，本发明提供了一种抽汽调节的汽轮发电机组，以及基于该机组的负荷控制方法和一次调频方法。
[0016] 本发明的目的通过以下的技术方案实现：抽汽调节的汽轮发电机组，包括汽轮机、发电机、凝汽器、蒸汽加热系统和负荷调节系统，发电机由汽轮机进行驱动，汽轮机上设有抽汽口和排汽口，所述抽汽口分别通过抽汽管路与蒸汽加热系统中的蒸汽加热器相连，其中抽汽管路上设有抽汽流量调节装置，所述排汽口通过排汽管路与凝汽器的输入口相连，凝汽器的输出口通过
凝结水管路与蒸汽加热系统相连，在该凝结水管路上设有凝结水泵；蒸汽加热系统将从抽汽管路进来的蒸汽与凝结水管路进来的凝结水进行热交换后送入锅炉；锅炉与外部热源相连以加热凝结水产生合适参数的蒸汽；所述锅炉的输出端通过蒸汽管路与汽轮机的输入端对应相连；所述负荷调节系统与抽汽流量调节装置相连以控制其开度。本发明建立了汽轮机、蒸汽加热系统、锅炉之间的管路循环，通过在抽汽管路上设置抽汽流量调节装置，由负荷调节系统控制抽汽流量调节装置可实现汽轮发电机组负荷的控制以及一次调频，具有节流损失小、响应时间短的优点。
[0017] 优选的，所述蒸汽加热系统包括若干个
串联的蒸汽加热器，每个蒸汽加热器分别通过抽汽管路与一抽汽口相连，全部或部分抽汽管路上设有抽汽流量调节装置。所述负荷调节系统与抽汽流量调节装置相连以控制其开度。
[0018] 作为一种优选，所述蒸汽加热器采用低压加热器，所述蒸汽加热系统由若干个串联的低压加热器组成。
[0019] 优选的，抽汽调节的汽轮发电机组包括一除
氧器，该除氧器的蒸汽输入端与汽轮机的抽汽口连接，除氧器水侧输入端和蒸汽加热系统的输出口连接，水侧输出端通过给水管道与锅炉连接，在此管道上设有给水泵。
[0020] 更进一步的，与除氧器连接抽汽管路上设有抽汽流量调节装置，所述负荷调节系统与该抽汽流量调节装置相连以控制其开度。
[0021] 更进一步的，所述抽汽调节的汽轮发电机组包括一高压加热系统，该高压加热系统安装在给水管道上，高压加热器系统蒸汽侧输入端分别与汽轮机的抽汽口相连，水侧输入口与给水泵的输出口相连，水侧输出端与锅炉连接。
[0022] 优选的，所述高压加热系统包括若干个串联的高压加热器，每个高压加热器分别通过抽汽管路与一抽汽口相连。
[0023] 更进一步的，全部或部分与高压加热器连接的抽汽管路上设有抽汽流量调节装置，所述负荷调节系统与抽汽流量调节装置相连以控制其开度。
[0024] 优选的，在所述汽轮机输入端设有蒸汽调节装置，负荷调节系统分别与蒸汽调节装置、抽汽流量调节装置相连以控制二者的开度。
[0025] 一种基于上述抽汽调节的汽轮发电机组的负荷控制方法，包括步骤：汽轮发电机组运行时抽汽流量调节装置不全开，留有一定节流，当需要减小输出功率时，负荷调节系统将抽汽流量调节装置开度变大，使进入对应的蒸汽加热器、除氧器和高压加热器的蒸汽量增加，汽轮机内的蒸汽量相对减小，进而快速降低汽轮机及其驱动的发电机的输出功率；当需要增大输出功率时，负荷调节系统控制抽汽流量调节装置开度快速减小，使进入对应的蒸汽加热器、除氧器和高压加热器的蒸汽量减少，汽轮机内的蒸汽量相对增加，进而快速提高汽轮机及其驱动的发电机的输出功率。
[0026] 作为另一种优选方案，在所述汽轮机输入端设有蒸汽调节装置，负荷调节系统分别与蒸汽调节装置、抽汽流量调节装置相连以控制二者的开度，其负荷控制方法包括步骤：发电机将其输出的实际功率值传输给负荷调节系统，负荷调节系统对实际功率值与目标功率值比较，根据比较结果做出如下相应动作：
[0027] (1-1)当实际功率值与目标功率值相等，且目标功率值稳定时，蒸汽调节装置和抽汽流量调节装置全开；
[0028] (1-2)当实际功率值大于目标功率值时，负荷调节系统控制蒸汽调节装置开度快速变小，使进入汽轮机的蒸汽量减小，进而快速降低汽轮机及其驱动的发电机的输出功率；同时，锅炉减少输入
能量使输出蒸汽量逐渐减少；蒸汽调节装置配合锅炉输出蒸汽量的减少，开度缓慢打开直至全开；
[0029] (1-3)当实际功率值小于目标功率值时，负荷调节系统控制抽汽流量调节装置开度快速减小，使进入对应的蒸汽加热器、除氧器和高压加热器的蒸汽量减少，汽轮机内的蒸汽量相对增加，进而快速提高汽轮机及其驱动的发电机的输出功率；同时，锅炉增加输入能量使输出蒸汽量逐渐增加；抽汽流量调节装置配合锅炉输出蒸汽量的增加，开度缓慢打开直至全开。
[0030] 一种基于上述抽汽调节的汽轮发电机组的一次调频方法，包括步骤：汽轮发电机组运行时抽汽流量调节装置不全开，留有一定节流。电网实际频率大于电网目标频率(超出规定死区)，汽轮发电机组需要减小频率，负荷调节系统将抽汽流量调节装置开度变大，使进入对应的蒸汽加热器、除氧器和高压加热器的蒸汽量增加，汽轮机内的蒸汽量相对减小，进而快速降低汽轮机及其驱动的发电机的频率；电网实际频率小于电网目标频率(超出规定死区)，汽轮发电机组需要增加频率，负荷调节系统控制抽汽流量调节装置开度快速减小，使进入对应的蒸汽加热器、除氧器和高压加热器的蒸汽量减少，汽轮机内的蒸汽量相对增加，进而快速提高汽轮机及其驱动的发电机的频率。
[0031] 作为另一种优选方案，在所述汽轮机输入端设有蒸汽调节装置，负荷调节系统分别与蒸汽调节装置、抽汽流量调节装置相连以控制二者的开度，其负荷调节系统进行一次调频的方法包括步骤：电网将电网实际频率送给负荷调节系统，负荷调节系统对电网实际频率与电网目标频率比较后，根据比较结果做出如下相应动作：
[0032] (2-1)当电网实际频率与电网目标频率的偏差在规定死区范围内，蒸汽调节装置和抽汽流量调节装置全开；
[0033] (2-2)当电网实际频率大于电网目标频率(超出规定死区)时，负荷调节系统控制蒸汽调节装置开度快速变小，使进入汽轮机的蒸汽量减小，进而快速降低汽轮机及其驱动的发电机的输出功率，减小输出频率；同时，锅炉减少输入能量使输出蒸汽量逐渐减少；蒸汽调节装置配合锅炉输出蒸汽量的减少，开度缓慢打开直至全开；
[0034] (2-3)当电网实际频率小于电网目标频率(超出规定死区)时，负荷调节系统控制抽汽流量调节装置开度快速减小，使进入对应的蒸汽加热器的蒸汽量减少，汽轮机内的蒸汽量相对增加，进而快速提高汽轮机及其驱动的发电机的输出功率，增大输出频率；同时，锅炉增加输入能量使输出蒸汽量逐渐增加；汽轮机抽汽流量调节装置配合锅炉输出蒸汽量的变化，开度缓慢打开直至全开。
[0035] 本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
[0036] 1、本发明是通过控制汽轮机蒸汽调节装置和抽汽流量调节装置来对汽轮机的输出功率进行调节；汽轮发电机组正常运行时，汽轮机蒸汽调节装置全开，因此能够减小节流损失和热耗，有利于降低经济损失。
[0037] 2、相较于补气阀的调节，本发明能够降低汽轮机组的热耗，且较难引起机组轴系振动，有利于汽轮机发电系统的稳定运行。
附图说明
[0039] 图2是实施例2的结构示意图。
[0040] 图3是实施例3的结构示意图。
[0041] 图4是实施例4的结构示意图。
[0042] 图5是实施例5的结构示意图。
[0043] 图6是实施例6的结构示意图。
[0044] 图7是实施例7的结构示意图。
[0045] 图8是实施例8的结构示意图。
[0046] 图1-8中：1—汽轮机、2—发电机、3—低压加热系统、4—锅炉、5—凝汽器、6—凝结水泵、7—蒸汽关断
门、8—蒸汽调节装置、9—抽汽流量调节装置、10—抽汽口、11—排汽口、12—除氧器、13—给水泵、14—高压加热系统。
具体实施方式
[0047] 下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0048] 实施例1
[0049] 如图1所示，本实施例抽汽调节的汽轮发电机组，包括汽轮机1、发电机2、凝汽器5、低压加热系统3和负荷调节系统，发电机2由汽轮机1进行驱动，汽轮机1上设有抽汽口10和排汽口11，所述抽汽口分别通过抽汽管路与低压加热系统3中的低压加热器相连，其中全部抽汽管路上均设有抽汽流量调节装置9，当然，在实际应用中，也可以根据工作要求仅在部分抽汽管路上设置抽汽流量调节装置，这里不再详述。所述排汽口通过排汽管路与凝汽器5的输入口相连，凝汽器5的输出口通过凝结水管路与低压加热系统3相连，在该凝结水管路上设有凝结水泵6；低压加热系统3将从抽汽管路进来的蒸汽与凝结水管路进来的凝结水进行热交换后送入锅炉4；锅炉4与外部热源相连以加热凝结水产生合适参数的蒸汽；所述锅炉4的输出端分别通过蒸汽管路与汽轮机1的输入端对应相连，在所述蒸汽管路上设有蒸汽调节装置8以及蒸汽关断门7。本实施例中所述负荷调节系统分别与蒸汽调节装置、抽汽流量调节装置相连以控制二者的开度。
[0050] 上述抽汽调节的汽轮发电机组正常工作时，汽轮机内的一部分蒸汽通过抽汽管路进入所述的低压加热系统中，另外一部分蒸汽则在做功后进入凝汽器中，经过凝汽器的蒸汽凝结成凝结水，经凝结水泵加压后流入低压加热系统中；低压加热系统利用从抽汽管路进来的蒸汽与凝结水进行热交换，后送入锅炉；锅炉通过外部热源加热凝结水以产生合适参数的蒸汽；发电机将其输出的实际功率值传输给负荷调节系统，负荷调节系统通过控制抽汽流量调节装置和蒸汽调节装置的开度，实现汽轮发电机组的负荷调节以及一次调频功能。
[0051] 具体到本实施例，所述负荷调节系统对汽轮发电机组进行负荷控制的步骤是：发电机将其输出的实际功率值传输给负荷调节系统，负荷调节系统对实际功率值与目标功率值比较，根据比较结果做出如下相应动作：
[0052] (1-1)当实际功率值与目标功率值相等，且目标功率值稳定时，蒸汽调节阀和抽汽流量调节装置全开；
[0053] (1-2)当实际功率值大于目标功率值时，负荷调节系统控制蒸汽调节装置开度快速变小，使进入汽轮机的蒸汽量减小，进而快速降低汽轮机及其驱动的发电机的输出功率；同时，锅炉减少输入能量使输出蒸汽量逐渐减少；蒸汽调节装置配合锅炉输出蒸汽量的减少，开度缓慢打开直至全开；
[0054] (1-3)当实际功率值小于目标功率值时，负荷调节系统控制抽汽流量调节装置开度快速减小，使进入对应的低压加热器、除氧器和高压加热器的蒸汽量减少，汽轮机内的蒸汽量相对增加，进而快速提高汽轮机及其驱动的发电机的输出功率；同时，锅炉增加输入能量使输出蒸汽量逐渐增加；抽汽流量调节装置配合锅炉输出蒸汽量的增加，开度缓慢打开直至全开。
[0055] 本实施例中，负荷调节系统进行一次调频的方法包括步骤：电网将电网实际频率送给负荷调节系统，负荷调节系统对电网实际频率与电网目标频率比较后，根据比较结果做出如下相应动作：
[0056] (2-1)当电网实际频率与电网目标频率的偏差在规定死区范围内，蒸汽调节装置和抽汽流量调节装置全开；
[0057] (2-2)当电网实际频率大于电网目标频率(超出规定死区)时，负荷调节系统控制蒸汽调节装置开度快速变小，使进入汽轮机的蒸汽量减小，进而快速降低汽轮机及其驱动的发电机的输出功率，减小输出频率；同时，锅炉减少输入能量使输出蒸汽量逐渐减少；蒸汽调节装置配合锅炉输出蒸汽量的减少，开度缓慢打开直至全开；
[0058] (2-3)当电网实际频率小于电网目标频率(超出规定死区)时，负荷调节系统控制抽汽流量调节装置开度快速减小，使进入对应的低压加热器的蒸汽量减少，汽轮机内的蒸汽量相对增加，进而快速提高汽轮机及其驱动的发电机的输出功率，增大输出频率；同时，锅炉增加输入能量使输出蒸汽量逐渐增加；汽轮机抽汽流量调节装置配合锅炉输出蒸汽量的变化，开度缓慢打开直至全开。
[0059] 在实际应用中，也可以将蒸汽管路上设置的蒸汽调节装置去掉，这种替代方案时，负荷控制方法包括步骤：汽轮发电机组运行时抽汽流量调节装置不全开，留有一定节流，当需要减小输出功率时，负荷调节系统将抽汽流量调节装置开度变大，使进入对应的低压加热器、除氧器和高压加热器的蒸汽量增加，汽轮机内的蒸汽量相对减小，进而快速降低汽轮机及其驱动的发电机的输出功率；当需要增大输出功率时，负荷调节系统控制抽汽流量调节装置开度快速减小，使进入对应的低压加热器、除氧器和高压加热器的蒸汽量减少，汽轮机内的蒸汽量相对增加，进而快速提高汽轮机及其驱动的发电机的输出功率。
[0060] 同样的，在将蒸汽管路上设置的蒸汽调节装置去掉时，其一次调频方法包括步骤：汽轮发电机组运行时抽汽流量调节装置不全开，留有一定节流；当电网实际频率大于电网目标频率(超出规定死区)，汽轮发电机组需要减小频率，负荷调节系统将抽汽流量调节装置开度变大，使进入对应的低压加热器、除氧器和高压加热器的蒸汽量增加，汽轮机内的蒸汽量相对减小，进而快速降低汽轮机及其驱动的发电机的频率；当电网实际频率小于电网目标频率(超出规定死区)，汽轮发电机组需要增加频率，负荷调节系统控制抽汽流量调节装置开度快速减小，使进入对应的低压加热器、除氧器和高压加热器的蒸汽量减少，汽轮机内的蒸汽量相对增加，进而快速提高汽轮机及其驱动的发电机的频率。
[0061] 实施例2
[0062] 本实施例除下述特征外其他结构同实施例1：参见图2，本实施例在抽汽调节的汽轮发电机组中增加了一除氧器12，除氧器的输入端分别与汽轮机的输出口和低压加热系统的输出口连接，输出端通过除氧管道与锅炉连接，在此管道上设有给水泵13。
[0063] 除氧器与汽机抽汽连接管道上可设有抽汽流量调节装置。抽汽流量调节装置与负荷调节系统相连。上述抽汽流量调节装置可参与汽轮机的负荷调节和一次调频功能。
[0064] 实施例3
[0065] 本实施例除下述特征外其他结构同实施例2：参见图3，本实施例在抽汽调节的汽轮发电机组中增加了一高压加热系统14，高压加热系统安装在给水管道上，高压加热器系统蒸汽侧输入端分别与汽轮机的抽汽口相连，水侧输入口与给水泵的输出口相连，水侧输出端与锅炉连接。
[0066] 高压加热系统14包括若干个串联的高压加热器，高压加热器与汽轮机全部或部分抽汽管路上可设有抽汽流量调节装置。抽汽流量调节装置与负荷调节系统相连。上述抽汽流量调节装置可参与汽轮机的负荷调节和一次调频功能。
[0067] 实施例4
[0068] 对应于实施例1，本实施例中采用的汽轮机包括多个
气缸，参见图4，每个气缸均分别包括抽汽口和排汽口，不同气缸的抽汽口和排汽口分别通过管道与对应的低压加热系统和凝汽器相连。
[0069] 实施例5
[0070] 对应于实施例2，本实施例中采用的汽轮机包括多个气缸，参见图5，每个气缸均分别包括抽汽口和排汽口，不同气缸的抽汽口和排汽口分别通过管道与对应的低压加热系统、除氧器和凝汽器相连。
[0071] 实施例6
[0072] 对应于实施例3，本实施例中采用的汽轮机包括多个气缸，参见图6，每个气缸均分别包括抽汽口和排汽口，不同气缸的抽汽口和排汽口分别通过管道与对应的高压加热系统、除氧器、低压加热系统和凝汽器相连。
[0073] 实施例7
[0074] 对应于实施例6，本实施例中锅炉和汽轮机之间设有2条蒸汽管路，参见图7，在每条蒸汽管路上均分别设置一组蒸汽调节装置以及蒸汽关断门。
[0075] 实施例8
[0076] 对应于实施例7，本实施例中锅炉和汽轮机之间设有3条蒸汽管路，参见图8，在每条蒸汽管路上均分别设置一组蒸汽调节装置以及蒸汽关断门。
[0077] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
