（中国能源建设集团天津电力建设有限公司天津300171）
摘要：近年来，三北地区的风电并网规模正在持续扩大，冬季供暖阶段的弃风现象已经非常严重，这主要是因为供热机组实际运行中受到了热定电的约束影响。强迫供暖使风电上网空间受到了极大限制。风电产能过剩，热电厂难以全部接纳，要想进一步提高供热机组的调峰能力，相关技术人员就必须进行解耦其以热定电约束。本文针对供热机组进行了热力学分析，通过供热抽汽系统能量、质量平衡关系建立起包含供热抽汽的火电机组机理模型，模型中要充分考虑LV阀和EV阀对供热抽汽起到的具体作用，以此精准的满足模型相关的控制要求，同时定量计算供热机组较为安全的运行区间，提出基于图解方法的调峰定值方法，进而约束供热机组与储热罐的协同运行。
关键词：供热机组；出力特性；电热优化；分配；研究
引言
现阶段，我国的火电机组供热抽汽调节基本依靠着人员的手动操作，我们可以设计热网供热的自动化控制策略，构建完善的供热抽汽自动化控制系统，设计周期的脉冲控制方式，从而大大增加供热抽汽蝶阀的安全性、可靠性，实现真正意义上的自动化控制、高效化运行，并基于热网供水温差下制定出有效的开环控制方案，全方位、多角度的优化控制，能够为热电厂获取到更高的经济效益和社会效益。分析供热机组的出力特性，探究电热优化分配要点，需要相关技术人员在不断实践中的努力探索。
一、供热系统结构与原理
（一）热电联产型供热机组与传统的纯凝式火电机组形式大同小异，具体差异仅仅体现在供热系统的区域划分上。汽轮机的排管道直接连接低压缸，通过LV阀进行压力调节。一般情况下，中压缸会设计五段抽汽，并被分成两部分。其中一部分负责低压加热器的热源供应，另外一部分负责热网加热器的热源供应。供热加热器抽汽、放热后，利用了热网水泵输送疏水至凝汽器。热网加热器有两条管道，分别安装着逆止阀和EV阀。从区域热网送回的循环水回水经过热网循环水泵升压，送入热网加热器加热，之后作为热网循环水供水送往用热用户。由此可见，供热机组的供热负荷可以通过两类阀门进行调节，一是安装在中压缸排汽管道上的低压缸进气阀，二是安装在机组抽汽送往热网加热器管道上的供热抽汽蝶阀。由于LV阀调节过程中可能引起低压缸内抽汽流量变化过大引起轴系振动，因此实际调节过程中以EV阀为主，LV阀起到大范围缓慢调节作用。热网加热器的工作原理与普通加热器的工作原理是基本一致的，普通加热器也称为表面式加热器，它的工质可分为壳侧内流动和管侧内流动。供热抽汽主要从汽轮器中压缸末级抽出后直接送至热网加热器，从而释放热量后凝结为饱和水，经过降温后成为疏水送往凝汽器热网加热器水位指的是热网加热器壳侧水位，该水位由热网疏水泵控制。从区域热网回来的热网循环水在管侧中流动。热网加热器还具备一个重要特征就是自动平衡能力，具体是指：热网循环水温升高，热网加热器温度随之变化，在饱和水压力也不断提高的情况下，热网加热器中压缸的供热抽汽差将会有所减小，此时的热网加热器将会处于一种新的稳定状态。这样的特性对于区域供暖系统的调节十分有帮助，因为在这种情况下供热机组中的相关调节阀只需控制汽轮机中压缸的排汽压力（中排压力）稳定就能够获得良好的供热量匹配供热需求效果。
（二）供热系统的调节手段可以分为质调节和量调节两种。所谓质调节即维持循环水流量稳定，通过调节供热循环水温度来调节供热负荷；所谓量调节即维持供热循环水温度稳定，通过调节供热循环水流量来调节供热负荷。对比两种调节方式，质调节在管理上比较简单，供热管网内的供水热力工况比较稳定，缺点是耗电量相对量调节方式大。量调节的特点是控制过程比较复杂，相对优点是节能效果较为显著。如果能够满足供热管网水力工况稳定这个前提，使用量调节对区域供暖进行控制是更好的方案。然而目前在我国北方供暖的运营管理自动化水平低下，因此仍然采用质调节为主的手段或者采用质、量联合控制的手段。质、量联合调节手段实际上为分时改变供热循环水流量的质调节方式，即利用区域环境温度为热网循环供水流量进行设定，完成热网循环供水流量定值后控制热网循环水供水温度来维持用热用户的热需求。一般来说，热网循环水温度利用汽轮机中压缸排汽压力来控制，热网供水流量利用热网循环水泵变频来控制。机组供热负荷控制过程中要检测低压缸进汽阀前后压力。LV阀前压力即中排压力高于安全定值引起中压缸末级出现“鼓风”现象；LV阀后压力即低压缸进汽压力低于安全定值会引起低压缸蒸汽流量小于安全运行值，从而导致出现“闷缸”现象。因此需要对中排压力进行精确控制，过高和过低的低压缸进汽压力都会引起汽轮机保护动作。
（三）储热罐存储的热量一般来自热电联产机组发电余热、风电、太阳能发电等低碳热能或廉价热能，其最大储热时间一般为几小时到几天。热水储热系统主要利用水的显热来储存热量。储热设备主要采用储热水罐，储热水罐的主要功能为：1.实现热电解耦，使热电联产机组具有深度调峰灵活性运行的能力；2.实现热源与供热系统的优化与经济运行；3.热网系统中热源与用户之间的缓冲器；4.尖峰热源；5.备用热源。
二、供热抽汽系统自动控制方案
（一）系统控制问题
相对于蓬勃发展的热电联产事业，供热机组的供热负荷控制系统研发相对落后。由于热网用户对供热负荷的控制精度要求不高，以及区域热网自身的大迟滞与惯性，使机组供热抽汽控制长期处于低水平自动化状态。一方面大多数电厂对供热负荷的控制仍采用手动控制方式，由运行人员根据经验手动调节供热抽汽阀门；另一方面部分电厂为节省成本而采用控制精度较低，甚至不具备连续调节能力的供热抽汽蝶阀，以及存在未安装供热抽汽流量或抽汽阀门开度测点等问题。
（二）控制方案设计思路
供热抽汽蝶阀自身存在诸多问题，这导致供热抽汽流量自动控制策略设计存在多重限制。首先，由于抽汽电动门自身不具备连续调节功能，要实现开度可调只能通过向阀门发送短时间的动作脉冲，在电动门打开／关闭过程中发送停止指令，使阀门开度挺留在期望位置：其次，由于驱动电动门阀位动作的液压不稳定，且打开和关闭动作受供热抽汽流向影响，因此固定时间的动作脉冲不能获得固定的开度变化结果；再次，由于测量阀位的电容式位移传感器存在偏差，变送到DCS侧的供热抽汽蝶阀阀位反馈无法准确反映阀门实际开度，因此对供热抽汽流量的控制不能像给水流量或凝结水流量那样简单设计为单回路PID控制。针对以上控制局限，本文设计供热抽汽流量控制方案思路如下：由于供热抽汽蝶阀阀位反馈无法准确反映阀门实际开度，因此控制过程中跳过阀位控制，选择供热抽汽流量本身作为控制量；由于阀门动作开度的不确定性，因此控制过程中将阀门的连续调节改为阶梯式调节，即周期重复发送动作／停止脉冲控制阀门动作，防止过调。采用该方案后供热抽汽蝶阀调节过程如下：当实际供热抽汽流量与设定值偏差超过调节死区时，给供热抽汽电动门动作电路发送周期动作脉冲，脉冲结束后判断供热抽汽流量是否进入设定值死区，否则继续发送动作脉冲，是则结束调节过程。
结束语
供热机组改变“以热定电”工作方式，参与电网调峰调频是大势所趋。通过本次研究结果可知，供热机组具备调节功能，想要进一步了解供热抽汽的出力特性，我们必须不断完善现有的供热机组动态模型，并同时考虑LV阀和EV阀，从而使模型更加接近实际需求，最终实现电热的优化分配。
参考文献
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[2]李祖雷.热电厂负荷优化分配与热网优化研究[J].工业c,2016(05)74-75.