автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Оптимизация режимов ПГУ при участии ее в регулировании мощности и частоты в энергосистеме

на правах рукописи

Хуршудян Смбат Размикович

Оптимизация режимов ПГУ при участии ее в регулировании мощности и частоты в энергосистеме (на примере ПГУ-450)

Специальность

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ИЮН 2014

Москва-2014

005549799

Работа выполнена в Национальном исследовательском университете «МЭИ» на кафедре Автоматизированных систем управления тепловыми процессами.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

кафедры Автоматизированных систем управления тепловыми процессами ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ», г. Москва Аракелян Эдик Койрунович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор каф. Высшей математики Московского государственного университета путей сообщений Саркисян Рафаэль Еремович

кандидат технических наук заместитель технического директора дирекции по строительству ТЭЦ-12 ТЭК «Мосэнерго» Тарасов Дмитрий Викторович

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Ивановский

государственный энергетический университет им. В.И. Ленина

Защита состоится «26» июня 2014 г. в 16 час 00 мин. в малом актовом зале ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ» на заседании диссертационного совета Д 212. 157.14 при ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ» по адресу 111250, г.Москва, Красноказарменная ул., дом 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ» и на сайте www.mpei.ru. Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью организации), просим направить по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., дом 14, Ученый Совет ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ».

Автореферат разослан: «_» _

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н. доц.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В процессе эксплуатации современных парогазовых установок (ЛГУ) выявились проблемы, характерные для оборудования ПГУ на частичных нагрузках, — ограничение границы регулировочного диапазона по условию надежной работы паровой турбины (III), значительное снижение экономичности работы газовых турбин (ГТ) и ПГУ в целом, а также ряд других факторов. Вместе с тем, очевидно, что в ближайшей перспективе ПГУ, наравне с другими ТЭС, будут вынужденно привлекаться к регулированию мощности и частоты в энергосистеме. Подтверждением этого является как выпущенный СО ЦДУ ЕЭС Стандарт «Нормы участия парогазовых установок в общем и нормированном первичном регулировании частоты и автоматическом вторичном регулировании частоты и перетоков мощности», так и то, что ПГУ, работающие в составе ТЭЦ-21 и ТЭЦ-27 ОАО «Мосэнерго», с начала 2013 года впервые в ЕЭС России начали оказывать услуги по нормированному первичному регулированию частоты (НПРЧ).

В последние годы ряд организаций (ОАО «ВТИ», ОАО «Фирма ОРГРЭС» и др.) ведут интенсивные работы по исследованию работы ПГУ в переменных режимах, по расширению их регулировочного диапазона, повышению их маневренности, изучению проблем участия ПГУ в регулировании частоты и мощности в энергосистеме. Вместе с тем в этих исследованиях уделяется мало внимания исследованию и оптимизации режимов работы оборудования ПГУ на пониженных нагрузках с учетом температуры наружного воздуха, определению технической возможности и целесообразности привлечения ПГУ к регулированию нагрузки и частоты в энергосистеме с учетом технических, экономических и других ограничений.

Именно поэтому работы по расширению регулировочного диапазона ПГУ, исследованию и оптимизации режимов ПГУ при ее участии в регулировании мощности и частоты в энергосистеме являются актуальными • как с научной, так и с практической точек зрения.

Делью работы является разработка и исследование комплекса мероприятий по расширению регулировочного диапазона ПГУ-450 и выбору оптимальных алгоритмов управления ее мощностью, обеспечивающих участие ПГУ в регулировании мощности и частоты в энергосистеме.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи: - обосновано применение тренажерной модели для проведения исследований режимов работы ПГУ-450 на пониженных нагрузках, проведено планирование и проведение на тренажере экспериментов и получены на их

основе регрессионные зависимости для расчета энергетических показателей оборудования ПГУ и ill У в целом;

- проведено исследование известных и разработка новых предложений по расширению регулировочного диапазона ПГУ-450 при работе ее в режиме регулирования электрической нагрузки с учетом температуры наружного воздуха;

- разработаны методика и алгоритм оптимального распределения требуемой энергосистемой величины дополнительного расширения регулировочного диапазона ПГУ между различными способами такого расширения и проведены оптимизационные расчеты применительно к ПГУ-450;

- разработаны методика и алгоритм оптимального распределения нагрузки ПГУ между газовыми турбинами при работе ПГУ в режиме регулирования нагрузки с учетом технических и экономических ограничений;

-на тренажерной модели определены динамические характеристики элементов ПГУ и ПГУ в целом при сбросах и наборах нагрузки и выбраны оптимальное техническое решение и разработан алгоритм управления мощностью ПГУ при участии ПГУ-450 в нормированном первичном регулировании частоты в энергосистеме.

Методы исследования. При проведении работы использовались методы теории автоматического управления и теории газотурбинных и парогазовых установок электростанций. Исследование экономических и маневренных показателей ПГУ при ее работе в режимах регулирования нагрузки проведено на тренажере блока ПГУ-450Т. При оптимизации режимов работы оборудования ПГУ использовались методы теории оптимального управления и математические методы оптимизации.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Предложены новые способы расширения регулировочного диапазона ПГУ-450 с определенной «базовой» мощности ПГУ путем сброса пара высокого давления частично в линию подачи пара низкого давления в паровую турбину и/или частично — в ЦНД;

2. Предложен новый показатель — характеристика относительного прироста удельного расхода топлива на единицу мощности расширения регулировочного диапазона и критерий — минимум суммарного прироста удельного расхода, на основе которых разработана методика оптимального распределения требуемой энергосистемой величины расширения регулировочного диапазона между альтернативными способами расширения регулировочного диапазона ПГУ;

3. Разработаны методика и алгоритм оптимального распределения текущей нагрузки ГТУ между ГТ по критерию минимума удельного расхода топлива при работе ill У в режиме регулирования частоты и мощности в энергосистеме;

4. Разработан алгоритм управления мощностью ГТУ и ПТ, определены оптимальные показатели процессов набора/сброса нагрузки ПГУ — порядок воздействия на РКПТ и РТК, степень и скоростью их открытия/закрытия, обеспечивающие условия Стандарта участия ПГУ-450 в НПРЧ.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

-в результате проведения опытов на тренажере энергоблока ПГУ-450, разработанного ОАО «Тренажеры для электростанций», получены регрессионные уравнения зависимостей основных показателей ГТУ, КУ, ПТ и ПГУ в целом от температуры наружного воздуха, расхода топлива и мощности ГТУ для различных режимов ГТУ и паровой турбины, в том числе — уравнения зависимости максимальной, минимальной нагрузок и регулировочного диапазона ПГУ от температуры наружного воздуха.

- предложены новые способы расширения регулировочного диапазона ПГУ-450, а также проведены расчеты по определению показателей паровой турбины и ПГУ в целом при реализации указанных способов расширения регулировочного диапазона;

- разработаны методики и алгоритмы по оптимальному распределению требуемой величины расширения регулировочного диапазона между альтернативными способами расширения регулировочного диапазона ПГУ и оптимального распределения общей нагрузки ПГУ между газовыми турбинами;

- разработан алгоритм управления мощностью ГТУ и ПТ на основе полученных впервые оптимальных показателей процессов набора/сброса нагрузки ПГУ, порядка воздействия на РКПТ и РТК, степенью и скоростью их открытия/закрытия при условии соблюдения допустимой скорости изменения нагрузки ГТ, обеспечивающие условия стандарта участия ПГУ в НПРЧ.

Соответствие паспорту специальности. Указанная область исследования соответствует паспорту специальности 05.13.06 — «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в энергетике)», а именно: пункту 4 — «Теоретические основы и методы математического моделирования организационно-технологических систем и комплексов, функциональных задач и объектов управления и их алгоритмизация»; пункту 6 — «Научные основы, модели и методы идентификации производственных процессов, комплексов и интегрированных систем управления»; пункту 11 — «Методы планирования и

оптимизации отладки, сопровождения, модификации и эксплуатации задач функциональных и обеспечивающих подсистем АСУТП, АСУП, АСТПП и др., включающие задачи управления качеством, финансами и персоналом»; пунюу 13 — «Теоретические основы и прикладные методы анализа и повышения эффективности, надежности и живучести АСУ на этапах их разработки, внедрения и эксплуатацию).

Апробация работы. Результаты научных исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на 17-й, 18-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА», (г. Москва, 2012-2013 гг.), на научном семинаре и заседании кафедры АСУТП «НИУ «МЭИ».

Внедрение результатов работы. Результаты работы используются в виде методических разработок при проведении практических занятий по дисциплине «Оптимизация режимов работы объектов энергетики», при курсовом и дипломном проектировании по специальности АСУТП «НИУ «МЭИ».

Достоверность результатов исследований основана на опытных данных, полученных на аналитическом полномасштабном тренажере ПГУ-450, подтверждена корректным использованием методов математического моделирования, применением современных методов оптимизации и оптимального управления.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты проведенных опытов на тренажере энергоблока ПГУ-450 и полученные на их основе регрессионные уравнения зависимостей основных показателей ГТУ, КУ, ПТ и ill У в целом от температуры наружного воздуха;

- предложенные новые способы расширения регулировочного диапазона ПТУ- 450 и результаты проведенных расчетов по определению показателей паровой турбины и ПТУ в целом при реализации указанных способов расширения регулировочного диапазона;

- методика и алгоритм оптимального распределения требуемой энергосистемой величины расширения регулировочного диапазона ПГУ-450 между возможными способами расширения регулировочного диапазона ПГУ;

- методика оптимального распределения общей нагрузки ПГУ между газовыми турбинами с учетом технологических ограничений;

-алгоритм управления мощностью ГТУ и ПТ и полученные впервые оптимальные показатели процессов набора/сброса нагрузки ПГУ при условии соблюдения допустимой скорости изменения нагрузки ГТ, обеспечивающие условия Стандарта участия ПГУ-450 в НПРЧ.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 научных работ, отражающих основные результаты работы, в том числе три — в рецензируемых журналах перечня ВАК.

Лично автором проведены следующие этапы научного исследования:

- проведен аналитический обзор современной научно-технической литературы, затрагивающий проблему оптимального управления режимами работы ПТУ при ее участии в регулировании мощности и частоты в энергосистеме;

- проверена на адекватность модель тренажера ПГУ-450, проведены опыты на тренажере, получены регрессионные зависимости для расчета основных показателей оборудования;

- разработаны и обоснованы новые способы расширения регулировочного диапазона ПТУ при работе ее в режимах регулирования нагрузки;

- произведен выбор критерия и разработана на его основе методика оптимального применения предлагаемых способов расширения регулировочного диапазона ПТУ;

- проведено экспериментальное исследование на тренажере и разработан алгоритм оптимального управления мощностью ГТ и ГТГ при участии ПГУ в нормированном первичном регулировании частоты в энергосистеме.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 74 наименований. Работа содержит рисунков и таблиц. Общий объем диссертации — 146 страницы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цели и задачи исследования, показана научная новизна, практическая значимость и апробация результатов, приводится краткое содержание всех глав диссертационной работы, данные о ее структуре и объеме.

В первой главе приведены общие положения по современному состоянию внедрения ПГУ в российской энергетике, проведен анализ особенностей технологического процесса, режимов работы, систем управления и регулирования ПГУ в переменных режимах ее работы. Также производится обзор методов расчета энергетических показателей оборудования ПГУ и ПГУ в целом при работе их в режимах регулирования частоты и мощности. На основе проведенных исследований выявлена необходимость проведения работ, направленных на оптимизацию параметров

и режимов работы по расширению регулировочного диапазона ПГУ-450Т, в том числе, с учетом температуры наружного воздуха, для обеспечения условий участия ПГУ в регулировании частоты и мощности.

Вторая глава посвящена краткому описанию оборудования энергоблока ПГУ-450Т, обоснованию использования тренажера этого блока для моделирования энергетических показателей ПГУ при ее работе в режиме регулирования нагрузки, изложены основные положения проверки адекватности тренажера реальному объекту. В качестве критерия адекватности принято условие попадания результатов на тренажере в доверительный интервал, построенный на основании экспериментальных или проектных данных при идентичных условиях технологического процесса. Для иллюстрации на рис. 1 приведен график зависимости максимальной мощности ПГУ-450 от температуры наружного воздуха.

4- 1 1 Ьг Nnry,MBr ! 1 1

1 1

«с fc —!—!— 1

— Ч^г —^-j

— 48 5- ! 1 rs3 s

1 1

i 1 1 s

1 1 i

1 \

45

44 3-

|

42 Ь- 1 j ! V1 h

1 ЧА 0- !

-ю -5 О 5 10 15 20 25 30

-»-Тренажер -■ 'Модель -* -Проектные данные —Доверительный интервал Рисунок - 1. Максимальная мощность ПГУ при изменении температуры наружного воздуха в интервале от (-5) до +25 "С

В главе приведено описание и алгоритм проведения экспериментов на тренажере, полученные на основе их обработки регрессионные уравнения в виде зависимостей основных показателей ГТУ, КУ, ПТ и ПГУ в целом от температуры наружного воздуха tHB,°C,(-25<tHB S25); мощности ГТУ N^y, МВт, расхода натурального топлива гш3 /ч, при изменении последних в допустимых пределах.

Для получения регрессионных зависимостей в диссертационной работе использовались известные программные комплексы TSWIN (для однопараметрических функций) и ТСЗБ2 (для двухпараметрических функций). Выбор вида регрессионной зависимости производился таким образом, чтобы коэффициенты парной и множественной корреляции имели значение не ниже 0,99, а абсолютная погрешность рассчитываемых показателей не превышала 0,5-1,0% по сравнению с их значениями, полученными на тренажере. Так, для максимальной мощности ГТУ, как функции от температуры наружного воздухи, получены следующие выражения:

= 341,96-1,379гга -0,0574,, при -5 < 1„в 2+25 °С ; (1)

И™ = 343,6-0,4ина -0,0113^, при -25 < ¡нв<-5 °С . (2)

Текущая мощность ГТУ рассчитывается по выражению:

N¡^=0,34592?^ -0,426/д, -11,92,при£ 66,0, где Вт = -10"3. (3)

Для котлов-утилизаторов получены регрессионные выражения расчета расхода пара высокого и низкого давлений при работе паровой турбины на постоянном и скользящем давлении; для паровой турбины — мощности, параметров пара высокого и низкого давлений перед паровой турбины, давления в конденсаторе и т.д. Полученные регрессионные уравнения использованы для расчета энергетических показателей оборудования Ш У при ее работе на частичных нагрузках.

В третьей главе проведен анализ следующих факторов и ограничений, влияющих на регулировочный диапазон 111У с учетом температуры наружного воздуха, режимов работы ГТ и ПТ:

- снижение надежности работы паровой турбины при температуре пара контура высокого давления ниже 450-460 °С из-за увеличения сверх допустимой конечной влажности пара в зоне последних ступеней цилиндра низкого давления;

- ухудшение экологических характеристик при понижении нагрузки ГТ ниже 85 МВт (56,7% от максимальной мощности ГТ), обусловленного тем, что в камере сжигания ГТУ происходит технологический переход из режима предварительного смешения в диффузионный режим горения, приводящий к резкому росту концентрации оксидов азота, а ниже нагрузки 60 МВт — еще и увеличения концентрации СО в дымовых газах;

- снижение экономичности 111 У при ее работе на пониженных нагрузках обусловлено двумя факторами — снижением КПД ГТ из-за увеличения доли потребляемой компрессором мощности и КПД ПТ из-за снижения

температуры пара высокого давления.

Обобщая результаты этих исследований, выявлены две характерные особенности ПГУ-450 при работе ее в режиме регулировании мощности в энергосистеме:

-наличие разрыва в 10% от номинальной мощности ПГУ между мощностями нижней границы регулировочного диапазона при работе ПГУ с полным составом оборудования (2ГТ+2КУ+ПТ) и верхней границы при работе ее с неполным составом (1ГТ+1КУ+ПТ), в пределах которого эксплуатация энергоблока не допускается как по критерию надежности, так и по экологическим показателям.

- зависимость мощностей верхней и нижней границ и регулировочного диапазона ПГУ от температуры наружного воздуха.

Первая особенность создает определенные сложности как для эксплуатационного персонала, так и для диспетчерских служб, в связи с чем, важными являются исследования, направленные на поиск технологических решений, позволяющих уменьшить или устранить указанный разрыв.

Вторая особенность требует учета такой зависимости при планировании участия ПГУ в регулировании мощности как в суточном, так и в долгосрочном (месячном, годовом) интервалах времени.

На основании данных, полученных на тренажере, получены регрессионные уравнения для определения мощностей верхней и нижней границ регулировочного диапазона в зависимости от температуры наружного воздуха:

Л'™ = 494,64 - 1,43/я, - 0,06264, при -5 < Хт 25 °С ; (4)

= 498,05 - 0,00483/щ, - 0,0001674, при -25 < 1на <-5 °С; (5)

Кгу = 293,1 - 1,41 „ - 0,00775^, при 10вд = 450 °С ; (6)

= 292,0-3,2271НВ, при /оад = 460 °С ; (7)

ЛТД = 298,2 - 3,198/т, при *оад = 470 °С . (8)

На основании этих данных величина регулировочного диапазона ПГУ-450, как функции от температуры наружного воздуха, для говд = 460 °С, может бьгть представлена в виде регрессионного выражения:

Г199,4-3,11*да+0,0514Л (9)

РД 1,1-0,0172^+0,0005784/

Анализ (9) показывает, что регулировочный диапазона ПГУ-450 при изменении температуры наружного изменяется в достаточно широких пределах — максимальное его значение достигает 202 МВт при температуре

наружного воздуха около (-0,5)°С, а при температурах (-30)°С и +30"С он снижается соответственно на 34,9 и 50,1 МВт.

Таким образом, регулировочный диапазон ПГУ-450Т находится в пределах 38-41 % от максимальной нагрузки, что значительно уступает аналогичному показателю конденсационных энергоблоков на газо-мазутном топливе, что показывает необходимость разработки технологических решений, позволяющих расширить регулировочный диапазон ПТУ.

В качестве способа расширения регулировочного диапазона ПГУ-450 предлагается технологическое решение, особенность которого заключается в разгружение ПГУ до рассчитываемой по (9) «базовой» мощности в соответствие с эксплуатационной инструкцией, а дальнейшее снижение мощности ПГУ производится при постоянных мощности и расходе топлива на ГТУ только за счет снижения мощности ПТ, путем сброса пара высокого давления частично в линию подачи пара низкого давления, частично — в ЦНД ПТ (рис. 2). В первом случае предварительно снижают давление пара в РОУ и его температуру в пароводяном теплообменнике (ТО) до соответствующих параметров пара в паропроводе низкого давления. Остальная часть пара высокого давления подается по штатной схеме в ЦВД турбины. Такой способ дает снижение мощности ПТ на 4,9 МВТ при допустимом максимальном общем расходе пара низкого давления 150т/ч.

Рисунок- 2 Упрощенная схема ПГУ-450 при переводе ее в МПР с расширением регулировочного диапазона

Дальнейшее разгружение турбины осуществляется сбросом части пара высокого давления в ЦНД, предварительно снизив его давление и температуру пара до необходимых величин. Такой режим можно использовать до достижения расхода пара высокого давления, подаваемого по штатной схеме в ЦВД, минимально допустимой величины — 50т/ч (13,89 кг/с). Такой режим может быть применен, как отдельный способ, т.е. без сброса пара высокого

давления в линию пара низкого давления, так и совместно с ним. В первом случае снижение мощности ПТ может составлять до 36,4 МВт, во втором — до 28 МВт.

Преимуществом предлагаемых способов расширения регулировочного диапазона ПГУ заключается в том, что при этом ГТУ и КУ работают в штатном режиме без ухудшения экономических и экологических характеристик, соблюдаются также все требования по надежности ПТ, но при этом происходит рост удельного расхода топлива на выработку электроэнергии ДЪед (ддгвд) за счет снижения общей мощности ПГУ, равного снижению мощности ПТ.

При постоянном расходе топлива на ПГУ АЬРД (шРД) будет равен:

гд eBnry{NB) >Ьпгу.е— абсолютный расход и удельный расход топлива на ПГУ при «базисной» мощности; Ns ; АЫРД — величина расширения регулировочного диапазона ПГУ.

В качестве альтернативных, в главе приводятся также данные ранее известных способов расширения регулировочного диапазона ПГУ-450: включение штатной системы антиобледенения (CAO), что позволяет расширить регулировочный диапазон примерно на 16-19 МВт, но при этом происходит снижение КПД ГТ на 1,4-1,6%, ПТ — на 1,3-1,7%; перевод части ЦВД (с 1-й по 16-е ступени) в малопаровой режим (МПР), для чего пар высокого давления, как и в вышеописанном способе, сбрасывается частично в линию подачи пара низкого давления, частично — в проточную часть ЦНД, а охлаждение работающих в МПР ступеней ЦВД осуществляется паром низкого давления, который по схеме противотока двигается от 16-й ступени ЦВД к 1-й ступени и далее сбрасывается в ЦНД паровой турбины (см. рис. 2). Мощность паровой турбины при этом снижается на 30,4 МВт.

Для сравнения альтернативных способов расширения регулировочного диапазона между собой по экономичности предлагается использовать показатель «характеристика относительного прироста удельного расхода топлива» — (ХОПУРТ) аЪРД ((г/кВт-ч)/кВт), численно равный приросту удельного расхода топлива на ПГУ (г/кВг ч), при расширении регулировочного диапазона на 1 кВт и рассчитываемый тю выражению:

(Ю)

(И)

где Дг>рд(ллг

ел)" Функция прироста удельного расхода топлива на 111 У. При совместном применении нескольких способов расширения регулировочного диапазона он для 111У составит:

-Ь

(12)

при соблюдении границ изменения:

АМРД 5 Ш™, ]=1,2, ...ш, (13)

а в силу постоянства «базовой» мощности справедливо следующее соотношение:

рд )• (И)

РДЛГУ — рщ

¡л

здесь т — число рассматриваемых способов.

В качестве критерия для оптимального распределении заданной ШРД между т способами ПГУ-450 предлагается использовать минимум функции (14) при условии(12) и ограничениях (13).

На основании применения метода неопределенных множителей Лагранжа получено условие достижения минимума функции (14) — равенство ХОПУРТ между собой, т.е.:

8АЬРД1 _ ЗАЬРД2 __ 8АЬРД„ ^^

дШт 8АМРД2 8ШРДп

На основании результатов опытов на тренажере и расчетов мощности ПТ для оценки прироста удельного расхода топлива в зависимости от величины расширения регулировочного диапазона при tHB=\5aC для рассматриваемых способов получены соответствующие регрессионные уравнения и выражения для расчета ХОПУРТ. На их основании на рис. 3 приведены графики относительных приростов потерь удельного расхода условного топлива для приведенных выше способов расширения регулировочного диапазона 111 У.

15 16

2Q

23,5 25

Рисунок-3. Графики характеристик относительных приростов удельного расхода условного топлива при применении: 3.1— сброс пара высокого давления в линию пара низкого давления; 3.2 — сброс пара высокого давления в ЦНД; CAO — включение системы антиобледенения.

Результаты оптимизационных расчетов, проведенных на основании условия (15) с учетом граничных мощностей рассматриваемых способов для варианта с применением всех рассматриваемых способов расширения регулировочного диапазона приведены на рис. 4 в зависимости от требуемой величины расширения регулировочного диапазона ПТУ.

О 5 8,1 10 13 20 23,5 25^ 30 .-1,6 55 л0 52д

Рисунок-4. Графики оптимального распределения требуемой величины ШРД пгу ПГУ (обозначения см. рис. 3)

Анализ полученных результатов показывает, что совместное применение рассматриваемых способов расширения регулировочного

диапазона при «базовой» мощности ПГУ 210 МВт позволит снизить допустимую минимальную нагрузку ПГУ-450 до уровня 157,6 МВт (35% от номинальной мощности).

Малопаровой режим рекомендуется использовать либо как режим резервирования мощности, либо как способ расширения регулировочного диапазона при невозможности применения CAO, при этом допустимая минимальная нагрузка ПГУ-450 при указанной «базовой» мощности ПГУ составит 179,6 МВт (39,9% от номинальной мощности).

Четвертая глава посвящена выбору и оптимизации параметров и режимов работы ПГУ при участии её в регулировании частоты и мощности в энергосистеме, приведены результаты расчета показателей оборудования ПГУ при работе ее в регулировочном диапазоне.

На основании исследований, проведенных на тренажере, определены количественные характеристики — увеличение мощности ПТ ( ANCK_P ) и КПД ПГУ (Д^ск.р) при переходе с постоянного давления пара высокого давления на скользящее в виде регрессионных уравнений:

- увеличения мощности ПТ, МВт:

ДАГ„_, = ехр(4,355 - 0,01245ЛГЯП,С*), (16)

- увеличения КПД ПГУ, (%):

àVcK-P =ехр(2,711-0,01337Nnryxx), (17)

где Nmу ж — мощность ПГУ при работе ПТ на скользящем давлении.

При работе ПГУ в режиме регулирования нагрузки на основании опытов на тренажере получены количественные характеристики ГТ при возможных режимах работы регулятора температуры на выходе из газовой турбины, на основании которых дана рекомендация о целесообразности работы ГТ в пределах действия ВНА с постоянной температурой газов на уровне 540° С .

Показано, что отключение регулятора температуры газов на выходе из ГТ может привести к некоторому увеличению мощности ГТ. Так, при ее мощности 120-125 МВт отключение регулятора газов может привести к увеличению мощности ГТ на 2,0-2,5 МВт, но при этом произойдет снижение мощности паровой турбины на 16-18 МВт. Это свойство ПГУ можно использовать при выборе технологии участия 111 У в регулировании частоты в энергосистеме. Применение этого способа снижения нагрузки ПГУ при ее участии в регулировании мощности не имеет значительного практического смысла, так как регулятор газов действует только в диапазоне работы ВНА.

Анализ проведенных исследований на тренажере показал, что при работе ПГУ на низких нагрузках (ниже 300 МВт) имеет место нелинейная

зависимость расхода топлива от ее мощности; зависимость температуры пара от мощности газовой турбины имеет кусочно-линейный, а при работе ГТ на низких нагрузках — нелинейный характер. Эти два фактора и определяют возможность наличия определенного эффекта от оптимального распределения общей нагрузки ГТУ между газовыми турбинами.

В качестве условия сопоставимости принято одинаковая мощность ПГУ, а в качестве критерия оптимальности — минимум удельного расхода топлива на выработку электроэнергии:

ъ = Brr^m)+Bm{Nn2) ^ э N + W + N v J

" ГТ] ГТ2 пт

при следующих ограничениях:

|'овд.(^т)-W^m} ^ {^ку-пт +40). (19)

где ¿^ку-пт — снижение температуры пара на участке КУ — ПТ.

Наличие ограничения (19) обусловлено тем, что при работе газовых турбин на разных нагрузках расходы пара высокого давления и их температуры на выходе из котлов-утилизаторов t0RIW(Nm) и t^i^m)будут отличаться между собой, при этом в соответствии с эксплуатационной инструкцией ПГУ максимально допустимый перекос температур перегретого пара ВД перед перемычкой между паропроводами высокого давления перед паровой турбиной составляет 40 °С.

Разработан алгоритм двухэтапной оптимизации вариантных расчетов: на первом шаге для выбранных вариантов рассчитываются удельные расходы топлива на выработку электроэнергии с соблюдением условия равенства мощности газовых турбин, на втором шаге — сравниваемые варианты приводятся к равным условиям по мощности ПГУ. Оптимизационные расчеты проведены для конденсационного режима работы ПГУ при температуре наружного воздуха 15 °С .

На основании полученных результатов сделаны следующие выводы: - в пределах нагрузки ПГУ 380-260 МВт равномерное и неравномерное распределение нагрузки ГТУ между газовыми турбинами равноэкономичны;

-при дальнейшем снижении нагрузки в интервале 260-210 МВт неравномерное распределение эффективнее (до 0,5-0,8 % по величине удельного расхода топлива на выработку электроэнергии, а температура пара высокого давления на 2-6 гр. выше, чем при равномерном распределении, что позволяет расширить регулировочный диапазон ПГУ по ограничению температуры пара высокого давления перед паровой турбиной на 1,0-2,5 МВт.

В пятой главе приведены системные требования, предъявляемые к ПГУ при участии в регулировании частоты сети (ОПРЧ, НПРЧ), определен наиболее целесообразный по экономическому критерию диапазон, в котором энергоблок ПГУ-450 целесообразно привлекать к участию в НПРЧ — 405340 МВт, приведены результаты опытов на тренажере по инерционности и маневренности ГТ и ПТ при наборе и сбросе нагрузки для различных исходных нагрузок и скоростей изменения нагрузки ПГУ.

Для экспериментального исследования на тренажере участия энергоблока ПГУ-450 в НПРЧ был выбран режим работы ПГУ на исходной нагрузке 405 МВт, что позволяет энергоблоку регулировать частоту с возможностью изменения нагрузки ПГУ ±45 МВт, т.е. ±10% от ее номинальной мощности (при температуре наружного воздуха 15 °С).

Экспериментально показано, что при допустимой скорости изменения нагрузки ГТУ с полностью открытыми РКПТ набор/сброс нагрузки не отвечает требованиям Стандарта, и дальнейшие исследования были направлены на поиски оптимального алгоритма совместного использования РКПТ и РТК по следующим критериям: исходное состояние (степень открытия) РКПТ при исходной нагрузке 405 МВт; порядок (последовательность) подачи управляющего воздействия на РТК и РКПТ; изменение степени открытия/закрытия РКПТ при наборе/сбросе нагрузки ПГУ; время, в течение которого происходит изменение степени открытия/закрытия РКПТ, т.е. скорость его открытия/закрытия.

На основании экспериментальных исследований разработан алгоритм управления мощностью ПГУ и определены следующие оптимальные показатели процессов набора/сброса нагрузки ПГУ, обеспечивающие условия Стандарта участия ПГУ-450 в НПРЧ: исходное состояние РКПТ при исходной нагрузке 405 МВт - открыто на 60%; при наборе нагрузки РКПТ открывается полностью (100%) в течение 70 сек.;при сбросе нагрузки РКПТ закрывается на 13% (т.е. всего закрытие 53%) в течение 80-100сек. (рис. 5).

Мпт,

Г^ГТУ [МВт)

350 300 250 200 150 100 50

а

Мт-у (МВт)'

г

405 400 395 39С 385 380 375 370 365 ЗбО 355

-Мощность ПТ -Мощность ГТУ - Мощность ПГУ

1 ( сек )

Рисунок-5. Графики мощностей ГТУ, ПТ и ПГУ при оптимальном алгоритме сбросе нагрузки

На основании проведенных исследований на рис. 6 приведены совмещенные графики набора и сброса нагрузки при участии ПГУ-450 в НПРЧ и реализации рекомендуемых алгоритмов управления мощностью ПГУ при наборе/сбросе нагрузки.

Рп,« ф

1% Ра

1% Ра

Рисунок-6. Совмещенные графики набора и сброса нагрузки при участии ПГУ-450 в НПРЧ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведена проверка адекватности тренажера энергоблока ПГУ-450Т и обосновано его применение для моделирования показателей оборудования ПГУ и ПГУ в целом при работе их в режимах регулирования нагрузки, дано описание планируемых экспериментов на тренажере и алгоритм работы на тренажере при их проведении. Результаты опытов использованы для получения регрессионных уравнений в виде зависимостей основных показателей 1 'ГУ, КУ, ГТГ и ПГУ в целом и границ регулировочного диапазона ПГУ от температуры наружного воздуха и расхода топлива.

2. Проведен анализ известных и предложены новые способы расширения регулировочного диапазона ПГУ-450 — сброс пара высокого давления частично в линию подачи пара низкого давления и/или частично — в ЦНД, проведены расчеты по определению степени расширения регулировочного диапазона ПГУ и энергетических показателей ПТ и ПГУ в целом в этих режимах.

3. Для сравнения различных способов расширения регулировочного диапазона ПГУ между собой по экономичности предложен и обоснован новый показатель — характеристика относительного прироста удельного расхода топлива на единицу мощности расширения регулировочного диапазона, разработана методика и проведены расчеты по определению данного показателя для известных и предлагаемых в работе способов расширения регулировочного диапазона ПГУ-450.

4. Разработаны методика и алгоритм оптимального распределения требуемой величины расширения регулировочного диапазона между различными способами расширения регулировочного диапазона ПГУ-450 на базе предложенного нового критерия — минимума прироста удельного расхода топлива при заданной величине регулировочного диапазона ПГУ, на основе которых проведены расчеты и построены графики оптимального распределения при различном сочетании способов расширения регулировочного диапазона ПГУ.

5. Разработаны методика и алгоритм оптимального распределения текущей нагрузки ГТУ между газовыми турбинами по критерию минимума удельного расхода топлива при работе ПГУ на пониженных нагрузках с учетом технологических ограничений, определены границы оптимальности равномерного и неравномерного распределения нагрузки ПГУ.

6. Разработан оптимальный алгоритм управления мощностью ПГУ — порядок воздействия на РКГГГ и РТК, степень и скорость их открытия/закрытия при наборе/сбросе нагрузки ПГУ, определены

оптимальные показатели процессов набора/сброса нагрузки ill У, обеспечивающие условия Стандарта участия ПГУ-450 в НПРЧ: исходное состояние РКГГГ при исходной нагрузке 405 МВт — открыто на 60%; при наборе нагрузки РКПТ открывается полностью (100%) в течение 70 сек.; при сбросе нагрузки РКПТ закрывается на 13% (т.е. всего закрытие 53%) в течение 80-100 сек.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

1. Аракелян Э.К., Коршикова A.A., ХуршудянС.Р. Эффективность применения дополнительной камеры сгорания низкого давления для совершенствования режимов энергоблока ПГУ-450 на пониженных нагрузках // Вестник МЭИ — 2013.—№3.

2 Аракелян Э.К., Хуршудян С.Р. Выбор оптимальных режимов газовых турбин ПГУ-450Т при пониженных нагрузках // Новое в российской электроэнергетике. — 2013.—№7.

3. Аракелян Э.К., Васильев Е., Хуршудян С.Р. Проблемы современных АСУ ТП на базе ПТК и возможный путь их решения/ЛЗестник МЭИ.— 2014. —№1.(в печати).

4. АракелянЭ.К., ХуршудянС.Р., БурцевС.Ю. Способы расширения регулировочного диапазона ПГУ-450 и их сравнительная оценка по экономичности//Энергосбережение и водоподготовка.— 2014.—№2.

5. Хуршудян С.Р., Аракелян Э.К. Оптимальное распределение нагрузки между газовыми турбинами при работе ПГУ-450 на пониженных нагрузках//Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез.докл.ХУШ МНТК студентов и аспирантов: В Зт. Т.З.—М.: МЭИ,2013 — С.172.

6. Хуршудян С.Р., Аракелян Э.К. Исследование экономичности работы ПГУ-450 на пониженных нагрузках// Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Тез.докл.ХУШ МНТК студентов и аспирантов: В Зт. Т.З.—М.: МЭИ,2012 —С.227.

Подписано в печать Ю.Сб'АОЩ Зак._Щ_,Тир._Ю0_П,л._М£-Полиграфический центр МЭИ Красноказарменная ул.,д.13

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ»

04201458519 на правах рукописи

Хуршудян Смбат Размикович

Оптимизация режимов ПГУ при участии ее в регулировании мощности и частоты в энергосистеме (на примере ПГУ-450)

Специальность

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

Диссертация На соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, проф. АРАКЕЛЯН Э.К.

Москва

2014

( и 1

\

Оглавление

Введение................................................................................ 4

Глава 1. Анализ проблем эксплуатации ПГУ в условиях переменных

графиков нагрузки....................................................... 10

1.1 .Общее состояние внедрения ПГУ........................................ 10

1.2.Анализ тепловых схем и методических материалов по расчету энергетических показателей теплофикационных ПГУ................. 13

1.3.Особенности режимов работы ПГУ в режимах регулирования

нагрузки......................................................................... 16

1.4. Использование тренажерных моделей для исследования режимов работы ПГУ.................................................................... 25

Глава 2.Моделирование энергетических характеристик ПГУ-450Т на

тренажере.................................................................... 30

2.1. Краткое описание объекта исследования................................. 30

2.2. Краткое описание тренажера ПГУ-450..................................... 38

2.3. Проверка адекватности тренажера......................................... 43

2.4. Исследование показателей работы ПГУ на пониженных нагрузках на тренажерной модели........................................................... 46

Глава 3. Исследование и расширение регулировочного диапазона ПГУ-450Т при работе ее в режиме регулирования электрической нагрузки с учетом температуры наружного воздуха.......... 57

3.1. Анализ факторов, ограничивающих регулировочный диапазон ПГУ-450Т................................................................................ 57

3.2. Способы расширения регулировочного диапазона ПГУ и их сравнительная оценка по экономичности................................. 72

Глава 4. Выбор оптимальных параметров и режимов работы

оборудования ПГУ и ПГУ в целом в режиме регулирования электрической нагрузки.............................................. 92

4.1. Исследование экономичности применения скользящего

регулирования давления пара высокого давления при работе ПГУ на

пониженных нагрузках...................................................... 92

2

4.2. Выбор режима регулятора температуры газов на выходе из ГТ при

работе ПГУ на пониженных нагрузках.................................... 95

4.3. Оптимальное распределение электрической нагрузки ГТУ ПГУ-450 между газовыми турбинами при работе ПГУ на пониженных нагрузках с полным составом оборудования.............................. 98

Глава 5. Выбор оптимальных технологии и алгоритма управления

мощностью ПГУ при участии ее в нормированном первичном регулировании частоты в энергосистеме.......................... 107

5.1. Системные требования к энергоблокам ПГУ при участии их в первичном и нормированном первичном регулировании частоты энергосистемы................................................................. 107

5.2. Исследование на тренажере особенностей участия ПГУ-450Т в НПРЧ.............................................................................. 112

5.3. Экспериментальное исследование и выбор оптимальных условий участия ПГУ-450 в НПРЧ................................................... 118

Список использованной литературы.......................................... 132

Приложение............................................... ........................... 138

л

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Развитие энергетики России в последние годы осуществляется главным образом за счет парогазовых установок. Особенностями ПГУ, помимо высоких КПД, являются умеренная удельная стоимость (в 1,5-2 раза ниже, чем у паровых энергоблоков близкой мощности), возможность сооружения за короткое (два года) время, вдвое меньшая потребность в охлаждающей воде, хорошая маневренность, поэтому широкое внедрение ПГУ позволяет уменьшить удельный расход топлива на выработку электроэнергии, сократить капитальные вложения и затраты на обслуживание и ремонт оборудования, снизить экологическую нагрузку. В настоящее время доля ПГУ в общем составе оборудования электростанций России составляет около 11%.

Как правило, ПГУ, как теплофикационные, так и конденсационные, из-за высокой экономичности проектируются для эксплуатации с базовыми нагрузками и для использования их в режимах регулирования графиков электрической нагрузки энергосистем, что в настоящее время является обязательным для всех типов электростанций, требуются дополнительные исследования и доработки. Дело в том, что при работе ПГУ на пониженных нагрузках в пределах регулировочного диапазона электрической нагрузки имеет место ряд ограничений по факторам надежности, экономичности и экологии.

Отличительной особенностью ПГУ, как объекта управления, является то, что регулировочный диапазон электрической нагрузки - переменная величина, зависящая от температуры наружного воздуха и режима работы блока. Главным ограничением работы для ПГУ-450 является температура пара высокого давления. По техническим условиям завода-изготовителя длительная эксплуатация паровой турбины Т-150 при температуре пара ниже 460°С не допускается. Это ограничение обусловлено тем, что уменьшение температуры пара ниже этой величины приводит к увеличению конечной влажности в зоне последних ступеней цилиндра низкого давления паровой турбины и, как следствие, к повышенному эрозионному износу рабочих лопаток и снижению надежности турбоустановки. В связи с этим, а также с учетом ограничений по фактору экологии, при разгружении блока с полным составом оборудования появляется недопустимая зона работы блока в интервале нагрузок от 60% до 50% от номинальной мощности, что создает определенные сложности для диспетчерского управления и эксплуатационного персонала. В условиях эксплуатации во избежание

работы паровой турбины в указанном интервале нагрузок приходится либо останавливать паровую турбину, что означает останов всего блока, либо переводить блок в режим работы с неполным составом оборудования, что приводит к простою технологического оборудования, дополнительному пуску остановленных газовой турбины и котла-утилизатора при последующем увеличении нагрузки и, соответственно, к дополнительным потерям топлива.

В последние годы рядом организаций (ОАО «ВТИ», ОАО «Фирма ОРГРЭС» и др.) ведутся интенсивные работы по исследованию работы ПГУ в переменных режимах, по расширению их регулировочного диапазона повышению и маневренности, изучению проблем участия ПГУ в первичном и аварийном регулировании частоты в энергосистеме. Вместе с тем в этих исследованиях мало уделяется внимание исследованию и оптимизации режимов работы оборудования ПГУ и ПГУ в целом на пониженных нагрузках, построению энергетических характеристик оборудования ПГУ с учетом температуры наружного воздуха, определению технической возможности и экономической целесообразности привлечения ПГУ к регулированию нагрузки и частоты в энергосистеме с учетом технических, экономических и других ограничений.

Именно поэтому работы по расширению регулировочного диапазона ПГУ, исследованию и оптимизации режимов ПГУ, необходимые при проектировании систем управления при ее участии в регулировании мощности и частоты в энергосистеме являются актуальными как с научной, так и с практической точек зрения.

Цель н задачи исследования.

Цель диссертационной работы - разработка и исследование комплекса мероприятий по расширению регулировочного диапазона ПГУ-450 и выбору оптимальных алгоритмов управления ее мощностью, обеспечивающих участие ПГУ в регулировании мощности и частоты в энергосистеме.

Основные задачи, решаемые для достижения поставленной цели;

-обоснование применения тренажерной модели ПГУ -450Т для проведения исследований режимов ее работы в режимах регулирования нагрузки, планирование и проведение на тренажере экспериментов и получение на их основе регрессионных зависимостей для расчета

энергетических показателей оборудования ПГУ и ПГУ в целом при работе ПГУ на пониженных нагрузках в пределах регулировочного диапазона;

- исследование известных и разработка новых предложений по расширению регулировочного диапазона ПГУ- 450 при работе ее в режиме регулирования электрической нагрузки с учетом температуры наружного воздуха;

-разработка методики и алгоритма оптимального распределения требуемой энергосистемой величины дополнительного расширения регулировочного диапазона ПГУ между различными способами такого расширения и проведение оптимизационных расчетов применительно к ПГУ-450;

- выбор оптимальных параметров и режимов работы оборудования ПГУ при работе ее в режиме регулирования нагрузки;

- разработка методики оптимального распределения нагрузки ПГУ между газовыми турбинами при работе ПГУ в режиме регулирования нагрузки с учетом технических и экономических ограничений;

- исследование на тренажере динамических характеристик элементов ПГУ и ПГУ в целом при сбросах и наборах нагрузки и поиск оптимального технического решения и алгоритма управления мощностью ПГУ при участии ПГУ-450 в нормированном первичном регулировании частоты энергосистемы .

Методы исследования. Исследования проведены на основе теории автоматического управления и теории газотурбинных и парогазовых установок электростанций. Исследование экономических и маневренных показателей ПГУ при ее работе на пониженных нагрузках проведено на тренажере блока ПГУ-450Т[15,16]. При оптимизации режимов работы оборудования ПГУ в режимах регулирования нагрузки использованы математические методы оптимизации и теории оптимального управления.

Научная новизна работы:

- разработка и исследование предложенных в работе новых способов расширения регулировочного диапазона ПГУ-450 путем сброса пара высокого давления частично в линию подачи пара низкого давления в паровую турбину и/или частично - в ЦНД;

- предложен и обоснован новый показатель - характеристика относительного прироста удельного расхода топлива на единицу мощности расширения регулировочного диапазона и новый критерий - минимум прироста удельного расхода топлива при заданной величине регулировочного диапазона ПГУ, на основе которых разработана методика и проведены расчеты по оптимальному распределению требуемой величины расширения регулировочного диапазона между возможными способами расширения регулировочного диапазона ПГУ;

- разработаны методика и алгоритм оптимального распределения текущей нагрузки ГТУ между газовыми турбинами по критерию минимума удельного расхода топлива при работе ПГУ на пониженных нагрузках с учетом максимально допустимого перекоса температур перегретого пара ВД перед перемычкой между паропроводами высокого давления перед паровой турбиной;

- определены оптимальные условия участия ПГУ-450 в НПРЧ при условии соблюдения скорости изменения нагрузки ГТ на уровне 11 МВт/мин:

- разработан алгоритмы управления мощностью ГТУ и ПТ, определены оптимальные показатели процессов набора/сброса нагрузки ПГУ, обеспечивающие условия стандарта участия ПГУ-450 в НПРЧ - порядка воздействия на РКПТ и РТК, степенью и скоростью их открытия/закрытия.

Практическая значимость работы.

- подтверждена возможность использования тренажера энергоблока ПГУ-450 разработки ОАО «Тренажеры для электростанций» для моделирования показателей оборудования ПГУ и ПГУ в целом при работе ПГУ на пониженных нагрузках;

- результаты проведенных опытов на тренажере и полученные на их основе регрессионные уравнения зависимостей основных показателей ГТУ, КУ, ПТ и ПГУ в целом от температуры наружного воздуха, расхода топлива для различных режимов ГТ и паровой турбины, в том числе - уравнения зависимости максимальной, минимальной нагрузок и регулировочного диапазона ПГУ от температуры наружного воздуха.

предложенные новые способы расширения регулировочного диапазона ПГУ-450 путем сброса пара высокого давления частично в линию подачи пара низкого давления, частично - в ЦНД, а так же результаты проведенных расчетов по определению показателей паровой турбины и ПГУ в целом при реализации указанных способов расширения регулировочного диапазона;

- разработанные методики и алгоритмы на их базе: по оптимальному распределению требуемой величины расширения регулировочного диапазона между возможными способами расширения регулировочного диапазона ПГУ; оптимального распределения общей нагрузки ПГУ между газовыми турбинами;

- разработанный алгоритм управления мощностью ГТУ и ПТ на основе полученных впервые оптимальных показателей процессов набора/сброса нагрузки ПГУ, порядка воздействия на РКПТ и РТК, степенью и скоростью их открытия/закрытия при условии соблюдения допустимой скорости изменения нагрузки ГТ, обеспечивающие условия стандарта участия ПГУ в НПРЧ.

Апробация работы. Результаты научных исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на 17-й, 18-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, ЭЛЕКТРОТЕХНИКА И ЭНЕРГЕТИКА», Москва, 2012 и 2013 года, на научном семинаре и заседании кафедры АСУТП НИУ «МЭИ».

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 6 научных работ, отражающие основные результаты работы, в том числе 3 публикации в научных журналах, рекомендуемых ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из наименований. Работа содержит рисунков и таблиц. Общий объем диссертации -страницы.

В первой главе диссертации: приведены общие положения по современному состоянию внедрения ПГУ в российской энергетике, проведен анализ режимов работы ПГУ в режимах регулирования частоты и нагрузки, выявлена необходимость проведения работ по оптимизации режимов работы и расширению регулировочного диапазона ПГУ-450Т при ее участии в регулировании частоты и мощности в энергосистеме.

В второй главе приведено краткое описание оборудования

энергоблока ПГУ-450Т, обосновано применение тренажера этого блока для

моделирования энергетических показателей ПГУ при ее работе в режиме

регулирования нагрузки, изложены основные положения проверки

адекватности тренажера реальному объекту для статических и динамических

процессов, дано описание планируемых экспериментов на тренажере,

алгоритм работы на тренажере при их проведении; приведены полученные на

8

основе обработки опытных данных на тренажере регрессионные уравнения в виде зависимостей основных показателей ГТУ, КУ, ПТ и ПГУ в целом от температуры наружного воздуха, расхода топлива и мощности ГТ для различных режимов ГТ и паровой турбины.

В третей главе Проведен анализ факторов, влияющих на величину регулировочного диапазона ПГУ с учетом температуры наружного воздуха, режимов работы ГТ и ПТ, определена необходимость разработки технологических решений, позволяющих расширить регулировочный диапазон ПГУ; предложен новый способ расширения регулировочного диапазона ПГУ-450 путем сброса пара высокого давления частично в линию подачи пара низкого давления, частично - в ЦНД, проведены расчеты по определению показателей паровой турбины и ПГУ в целом; приведена методика выбора оптимальной последовательности разгружения ПГУ при параллельном и последовательном применении рассматриваемых способов расширения регулировочного диапазона ПГУ на базе равенства введенного автором нового показателя - характеристики относительного прироста удельного расхода топлива на единицу мощности расширения регулировочного диапазона ПГУ и результаты оптимизационных расчетов очередности параллельного применения рассматриваемых способов расширения регулировочного диапазона по критерию минимуму суммарного прироста удельного расхода топлива в зависимости от требуемой величины расширения регулировочного диапазона по отношению к «базовой» нагрузке ПГУ при заданной температуре наружного воздуха.

В четвертой главе приведены результаты расчета показателей ПГУ при переходе с постоянного давления пара высокого давление на скользящее давление при работе ПГУ на частичных нагрузках в пределах регулировочного диапазона; обоснован режим работы регулятора газов на выходе из ГТ; приведены методика , алгоритм и результаты расчетов по оптимальному распределению суммарной нагрузки ПГУ между газовыми турбинами при работе их с равномерной и неравномерной нагрузкой с учетом существующих ограничений.

В пятой главе приведены системные требования, предъявляемые к

ПГУ при их участии в регулировании частоты в сети (ОПРЧ, НПРЧ);

определен наиболее целесообразный по экономическому фактору диапазон ,

в котором эне�