авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 |

Исследование участия теплофикационного энергоблока т-250 в регулировании частоты и мощности в энергосистеме на базе его тренажерной модели

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Матвиенко Константин Сергеевич

Исследование УЧАСТИЯ ТЕПЛОФИКАЦИОННОГО ЭНЕРГОБЛОКА т-250 В РЕГУЛИРОВАНИИ ЧАСТОТЫ И МОЩНОСТИ В ЭНЕРГОСИСТЕМЕ на базе его тренажерной модели

Специальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям: энергетика)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва 2011 г.

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированных систем управления тепловыми процессами» Московского энергетического института (технического университета).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, Аракелян Эдик Койрунович
Официальные оппоненты: доктор технических наук Рубашкин Александр Самуилович кандидат технических наук Зорченко Наталья Викторовна
Ведущая организация: Мосэнергопроект

Защита состоится « 10 » марта 2011г. в 11 ч. 30 мин. на заседании диссертационного Совета Д 212.157.14 при Московском энергетическом институте (Техническом университете) по адресу: г. Москва, ул. Красноказарменная, д.17, ауд. Б-205.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 111250, Москва, Е-250, ул. Красноказарменная, дом 14, Ученый Совет МЭИ (ТУ).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан «…..» ………………..2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.14

канд. техн. наук Зверьков В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В последние годы регулирование частоты и мощности в энергосистеме стало одной из важнейших проблем. Как известно, частота энергосистемы определяет качество ее работы, и ее отклонения ведут к значительным экономическим потерям у потребителей и оказывают негативное влияние на работу турбоагрегатов. Поэтому регулирование частоты и мощности является приоритетной обязанностью электростанций. Выполнение системных требований по регулированию является одним из основных условий их подключения к ЕЭС России.

Рядом проектных, научно-исследовательских институтов и наладочных организаций (ОАО «ВТИ», ОАО «Фирма ОРГРЭС», ЗАО «Интеравтоматика» и др.) ведется большая работа по модернизации АСУТП конденсационных энергоблоков с целью привлечения их к регулированию частоты и мощности энергосистемы. Для теплофикационных энергоблоков проблема осложняется из-за необходимости обеспечения ими в первую очередь теплофикационной нагрузки. Вместе с тем, при работе теплофикационных турбин в режимах с недогрузкой по тепловой нагрузке участие их в регулировании частоты и мощности становится возможным, особенно при работе энергоблока в комбинированном скользящем режиме (КСР).

Для проверки возможности и целесообразности привлечения теплофикационных энергоблоков к регулированию частоты и мощности в энергосистеме, а также для отработки такой системы регулирования, которая позволила бы форсировать блок по электрической нагрузке, необходимо проведение значительного числа натурных экспериментов, что, в настоящее время, как правило, затруднено. Поэтому в данном случае оправдано применение компьютерного тренажера энергоблока на базе аналитических математических моделей технологических объектов для решения различных прикладных задач, в том числе и поставленных выше задач, при условии обеспечения определенных требований его адекватности реальному объекту.





Тем самым становится очевидной актуальность темы – показать возможность применения тренажеров для решения научных и практических задач, в том числе по исследованию и выбору способов участия теплофикационных энергоблоков в регулировании частоты и мощности в энергосистеме

Цель работы и задачи исследования. Исследование и выбор оптимальных способов участия теплофикационного энергоблока сверхкритического давления, работающего на частичных нагрузках, в регулировании частоты и мощности энергосистемы с использованием тренажера на базе аналитической модели энергоблока для моделирования технологических процессов энергоблока.

Задачи, требующие решения в рамках поставленной цели:

1. Определение возможности участия теплофикационного энергоблока в регулировании частоты и мощности энергосистемы, расчет допустимых режимов работы энергоблока по отпуску электрической мощности при заданной тепловой нагрузке;

2. Разработка методики оценки адекватности компьютерных тренажеров реальному объекту и оценка возможности использования тренажера в исследовательских задачах, проведения экспериментов;

3. Исследование возможных способов форсировки энергоблока по электрической мощности при его работе в режиме комбинированного скользящего регулирования (КСР) и выявление их ограничений с целью выбора оптимальных методов участия в регулировании частоты и мощности энергосистемы;

4. Разработка схемы и алгоритмов автоматизации форсировки энергоблока по электрической мощности.

Методы исследования, использованные в работе. При выполнении диссертационной работы научные исследования основывались на методах математического моделирования, современной теории управления. Для получения переходных характеристик с целью последующей их обработки и выведения аппроксимирующих выражений соответствующих передаточных функций проводились эксперименты на компьютерном тренажере. Для обработки экспериментальных данных и модельных исследований использовалась программа 20-sim 4.1.

Научная новизна.

  • Впервые сформулированы методические положения по оценке адекватности математической модели тренажеров.
  • Доказана возможность поддержания теплофикационным энергоблоком заданной тепловой нагрузки при изменении электрической в определенных пределах.
  • Исследованы возможные способы форсировки блока по электрической нагрузке и дана оценка возможности применения данных способов на практике.
  • Разработана структурная схема и алгоритм автоматической форсировки теплофикационного энергоблока по электрической мощности при его участии в регулировании частоты и мощности в энергосистеме.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов подтверждаются теоретическими доказательствами, экспериментальной проверкой на основе модельных исследований, обеспечивается многовариантностью расчетов и контролировалась путем сопоставления математических расчетов с экспериментальными данными и данными других авторов. Достоверность изложенных в диссертации данных и отдельных выводов обеспечивается также использованием расчетно-теоретических методик, разработанных ведущими специалистами и организациями.

Практическая ценность работы. Разработаны методические положения и алгоритмы по проверке адекватности компьютерного тренажера по отношению к реальному объекту. Доказана возможность применения тренажеров в качестве моделей объектов управления и применения их для решения исследовательских задач, что значительно расширяет их роль в энергетике. Полученные в ходе исследований переходные характеристики энергоблока Т-250 при различных вариантах его форсировки по электрической мощности и разработанная структурная схема автоматической форсировки теплофикационного энергоблока при его участии в регулировании частоты и мощности энергосистемы могут служить основой для дальнейших исследований по изучению целесообразности привлечения теплофикационных энергоблоков к регулированию частоты и мощности в энергосистемах.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на двенадцатой и тринадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г. Москва, март 2006, 2007г.), на научном семинаре и заседании кафедры АСУ ТП МЭИ (ТУ).

Публикации. По материалам диссертационной работы имеется 4 публикации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка используемой литературы, приложения. Материал диссертации изложен на 135 страницах стандартного формата А4. Включает 68 рисунков, 50 таблиц, 92 наименования использованных литературных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, сформулирована цель и основные задачи исследования, дается краткое содержание работы.

В первой главе диссертации дан обзор технической литературы, посвященный проблеме регулирования частоты и мощности энергосистемы, анализированы требования современных стандартов к качеству электрической энергии и к генерирующему оборудованию конденсационных электростанций при привлечении их к нормированному первичному (НПРЧ), общему первичному (ОПРЧ) и автоматическому вторичному регулированию частоты сети и перетоков мощности. Так, в случае НПРЧ диапазон первичного регулирования регламентируется в пределах 5% от номинальной мощности, при этом 50 % этой мощности должно достигаться за 10 с, а 100 % - за 30 с.

Для теплофикационных энергоблоков на данный момент такие стандарты не проработаны. Однако по результатам обзора сделан вывод об актуальности исследования возможности их участия в регулировании частоты и мощности в энергосистеме, особенно при работе их на частичных нагрузках, и, в частности, в комбинированном скользящем режиме. Приведено описание различных способов кратковременного увеличения мощности теплофикационного энергоблока, их преимущества и недостатки.

Дан анализ возможности применения компьютерных тренажеров для проведения экспериментальных исследований, который выявил необходимость создания методических подходов по оценке адекватности аналитической модели технологических процессов, заложенной в тренажере, к реальному объекту управления при его использовании в исследовательских задачах. Рассмотрены современные схемы систем автоматизированного регулирования частоты и мощности (САРЧМ) для конденсационных блоков. Для теплофикационных энергоблоков имеется единственная публикация ОАО «ВТИ» по привлечению турбины ПТ-80 к регулированию частоты в энергосистеме. Сделан вывод о необходимости разработки системы регулирования, обеспечивающей возможность форсировки блока по электрической нагрузке при работе его на частичных нагрузках в режиме СКР. Подведен итог основным проблемам, препятствующим участию теплофикационных энергоблоков сверхкритического давления в регулировании частоты и мощности энергосистемы с точки зрения автоматизации данного режима.

Во второй главе дается описание тепловой схемы и режимов работы теплофикационного энергоблока Т-250 с турбиной Т-250/300-240 и котлом ТГМП-314 и исследуется проблема привлечения его к участию в нормированном первичном регулировании частоты и мощности в энергосистеме при условии обязательного обеспечения заданной теплофикационной нагрузки Qт.

На основе нормативных характеристик энергоблока при его работе в режиме 2-х ступенчатого подогрева с полностью закрытой регулирующей диафрагмой для различных значений давления в верхнем теплофикационном отборе Ротб составлены аппроксимирующие зависимости минимальных и максимальных значений электрической мощности в зависимости от тепловой нагрузки и построены графики данных зависимостей (сплошные линии Nmax и Nmin на рис. 1 для случаев Ротб=0,6 кгс/см2 (верхний рисунок) и Ротб=1,6 кгс/см2 (нижний рисунок)).

Как было указано выше, для теплофикационных энергоблоков пока нет стандарта, регламентирующего их участие в нормированном первичном и автоматическом вторичном регулировании частоты, поэтому при проведении настоящих исследований за базу принят существующий стандарт для энергоблоков КЭС, в соответствии с которым нормальный запас первичного регулирования энергоблока Т-250 при работе его в теплофикационном режиме должен составлять ±12,5 МВт.

 Зависимость минимальной и-0

 Зависимость минимальной и-1

Рис. 1. Зависимость минимальной и максимальной электрических мощностей от тепловой мощности в случае двухступенчатого подогрева при давлении в отборе Ротб= 0,6 кгс/см2 (верхний рисунок) и Ротб=1,6 кгс/см2 (нижний рисунок)

Обеспечение такого диапазона приводит к сужению допустимых значений минимальных и максимальных мощностей, обусловленных допустимыми величинами давления пара в верхнем отборе турбины (прерывистые линии на рис. 1). Таким образом, если значение текущей электрической мощности при известной величине теплофикационной нагрузке попадает в заштрихованную область, то энергоблок может принимать участие в регулировании частоты и мощности энергосистемы.

Из приведенных графиков очевидно, что теплофикационный энергоблок в состоянии изменить электрическую мощность в определенных границах с одновременным поддержанием заданной тепловой нагрузки. При этом допустимый диапазон электрической мощности существенно зависит от давления в верхнем теплофикационном отборе.

Для проведения численных экспериментов с целью исследования возможных способов повышения мощности энергоблока использовался хорошо зарекомендовавший себя компьютерный тренажер указанного энергоблока. Очевидно, что перед его применением необходимо выяснить, насколько точно он соответствует реальному объекту как в статических, так и в динамических режимах работы последнего, т.е. определить его адекватность.

Проверка адекватности модели в статике проводилась сравнением результатов экспериментов на тренажере с нормативными характеристиками турбины Т-250/300-240, при этом в качестве допустимой погрешности была принята известная погрешность построения нормативных характеристик, равная 46%.

Исследовались зависимости следующих параметров:

- давления свежего пара и пара в регулирующей ступени от расхода питательной воды;

- температуры питательной воды перед котлом от ее расхода;

- расхода пара на питательный турбонасос от расхода питательной воды.

На компьютерном тренажере ставились эксперименты по изменению нагрузки блока при скользящем режиме, комбинированном скользящем режиме и в режиме постоянного давления при различных нагрузках. Сравнение нормативных данных и результатов экспериментов на тренажере показало, что максимальная погрешность не превышает 4,73 %, что ниже вышеприведенной ее величины и это позволяет сделать вывод об адекватности данной модели в статике.

Оценка адекватности модели в динамических процессах проводилась сравнением результатов экспериментов на тренажере с результатами натурных экспериментов, проведенных ранее на энергоблоках Т-250 ТЭЦ-25 для двух нагрузок (260 МВт при постоянном давлении и 160 МВт при КСР). При проведении этих экспериментов изучалась зависимость электрической мощности энергоблока и давления пара перед турбиной от расхода топлива.

Для исследуемой задачи пока не существует общепринятой погрешности, поэтому принято, что если результаты экспериментов на тренажере попадают в разброс натурных экспериментов (попадают в доверительный коридор), то такая модель адекватна реальному объекту. Поэтому результаты экспериментов, проведенных на станции ТЭЦ-25, нормированы по расходу топлива и усреднены. А для оценки точности их получения были построены необходимые доверительные коридоры, задавшись доверительной вероятностью Рдов=0,95.

На тренажере в свою очередь были проведены эксперименты по изменению расхода топлива для тех же режимов работы энергоблока. На основании полученных данных было произведено сравнение результатов экспериментов на тренажере и натурных экспериментов. Анализ данного сравнения показывает, что результаты экспериментов на тренажере не выходят за пределы доверительного коридора, построенного на основе результатов аналогичных натурных экспериментов на станции ТЭЦ-25.

В качестве примера на рис. 2 приведен доверительный коридор по каналу «расход газа Fг – электрическая мощность N» и результаты эксперимента на модели в случае электрической нагрузки 160 МВт.

В результате был сделан общий вывод об адекватности аналитической модели технологических процессов энергоблока, на базе которой создан тренажер в статике и динамике и возможности ее использования для решения исследовательских задач.

Рис. 2. Сплошная линия – усредненный результат натурных экспериментов, штрихпунктирная линия – результат эксперимента на модели. Пунктирные линии – доверительный коридор

В третьей главе рассмотрены различные способы форсировки теплофикационного энергоблока по электрической мощности при его работе на частичных нагрузках путем воздействия на:

  1. регулирующие клапана (РК) турбопривода (ТП) питательного насоса (ПН);
  2. регулирующие питательные клапана (РПК);
  3. РК турбины;
  4. РК первого впрыска;
  5. РК второго впрыска;
  6. отключение подогревателей высокого давления (ПВД) по пару;
  7. частичное отключение ПВД по воде.

Эксперименты проводились на компьютерном тренажере при работе энергоблока в КСР на трех электрических нагрузках (160, 180 и 200 МВт) и различных теплофикационных нагрузках с целью выявления возможных пределов регулирования мощности и недостатков, присущих различным способам форсировки котла. При проведении экспериментов на тренажере давление питательной воды за ПТН на всех режимах не опускалось ниже 24,9 МПа по условиям надежности работы ПВД-6 на пониженных нагрузках.

На основании результатов экспериментов составлена сводная таблица с перечислением рассмотренных вариантов воздействия, с указанием их плюсов и минусов и дана оценка возможности их применения с целью форсировки энергоблока с учетом требований вышеприведенного Стандарта СО-ЦДУ ЕЭС (табл. 1), где:

1 - воздействие на РК ТП ПН;

2 - воздействие на РПК;

3 - воздействие на РК впрысков;

4 - совместное воздействие на РК впрысков и РПК;

5 - совместное воздействие на РК впрысков и на РК топлива;

6 - воздействие на РК турбины;

7 - совместное воздействие на РК турбины и РК впрысков;

8 - совместное воздействие на РК турбины, РК впрысков и РК топлива;

9 - воздействие на РК подачи пара на ПВД-8;

10 - воздействие на РК подачи пара на ПВД-7, 6;

11 - воздействие на РК байпаса группы ПВД по питательной воде;

12 - совместное воздействие на РК байпаса группы ПВД по питательной воде и на РК подачи пара на ПВД-8;

13 - воздействием на задвижку по повышению уровня конденсата греющего пара в ПВД;

14 - одновременное воздействие на байпас ПВД, РК турбины и РК топлива.

Таблица 1



Pages:   || 2 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.