Автореферат (Совершенствование структуры и оптимизация режимных параметров автоматической системы управления мощностью ПГУ при ее участии в регулировании частоты и мощности в энергосистеме)

доктор технических наук, профессор кафедры Систем упраВления ФГБОУ ВПО «Ивановского ГосударстВеннОГО энерГетическОГО университета им. В,И. Ленина» Тверской Юрий Семенович Открытое акционерное общество «Всероссийский Двюкды ОрДена Грудового Красного Знамени 1еплотехнический научноисследовательский институт» «ОАО «В'ГИ»), г. Москва Защита диссертации состоится «31» марта 2016 г. в 16 часов 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.14 при ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ» по адресу 111250, г.

Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, малыЙ актовыЙ зал. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ф1 БОУ ВО «НИУ «МЭИ» или на сайте ем;ъ лпре1ха. Отзывы на автореферат «в двух экземплярах, заверенные печатью организации), просим направить по адресу: 111250, г. Москва, ул, Красноказарменная, д, 14, Учень|й Совет ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ», Ученый секретарь диссертационного Совета Д 212.157,14, к.т.н., доцент Акт альность зботы. В настоящее время большое внимание уделено развитию парогазовой отрасли. Создание первых и ныне работао1цих парогазовых установок рассчитывалось нз эксплуатацию в базовой части графиков нагрузки с ограниченным числом переменных и остзновочнопусковых режимов.

В основе разработки тепловой схемы парогазовых установок ~ПГУ) лежат заводские данные завода-изготовителя основного оборудования, который прорабатывает автономную работу только своего изделия. Поэтому возникают вопросы экономичности, экологичности, маневренности и надежности ПГУ в целом, где важно учитывать как комплексные связи отдельных единиц оборудования между собой, так и влияние внешних факторов, С недавнего времени ПГУ начали вынужденно привлекаться к регулированию частоты и мощности в энергосистеме.

Участие ПГУ в нормированном первичном регулировании частоты ~НПРЧ) регламентируется отраслевым стандартом, выпущенным Системным оператором. Анализ состояния оборудования ПГУ, проводимый рядом ведущих энергетических компаний, показал, что оборудование технически устарело и не может, соблюдая условия эксплуатации и ограничения завода-изготовителя, отвечать требованиям Системного оператора в оказании услуг НПР~1. Кроме того, различие в динамических свойствах газовой и паровой турбин ПГУ и их высокая .зависимость от климатических условий существенно влияют на показатели качества процессов регулирования частоты и мощности, С учетом вышеизложенных особенностей исследование и оптимизация режимов ПГУ при ее участии в регулировании частоты и мощности в энергосистеме несомнеино Обуславливают актуальность данной работы как с научной, так и с практической точек зрения.

ели и зз ачи иссле овация. Цель диссертации — разработка, исследование и оптимизация алгоритмов системы автоматического управления мошностью бинарных ПГУ и разработка методики выбора технологии участия ПГУ-450 в НПРЧ с комплексной оценкой факторов маневренности, экономичности и надежности. Поставленная цель реализовывалась за счет решения следующих подзадач: - валидация тренажерной модели ПГУ-450, планирование и проведение модельных исследоваиий; - получение и исследование регрессионных уравнений статики энергетических показателей и динамических характеристик объекта управления на основании полученных опытных данных в зависимости от температуры наружного воздуха и исходной нагрузки; - разработка модели мощности ПГУ и исследование способов регулирования нагрузки бинарной ПГУ; - исследование существующих систем управления мощностью ПГУ и их моделирование на тренажере при участии энергоблока в регулировании частоты и мощности в энергосистеме; - разработка методических и практических рекомендаций по совершенствованию современных систем управления мощностью ПГУ при участии ее в НПРЧ и их исследование на тренажерной модели; - выбор технологии участия ПГУ в НПРЧ в энергосистеме с учетом факторов маневренности, экономичности и надежности.

Метр ы иссле рванин. При выполнении работы использовались теории режимов работы парогазовых установок, паровых и газовых турбин методы теории автоматического и оптимального управления. Снятие кривых разгона, получение исходных данных для расчета технико-экономических, надежностных и маневренных показателей, моделирование процессов регулирования мощности ПГУ проводились на полномасштаоном компьютерном тренажере энергоблока ПГУ-450Т. На чная новизна аботы: 1. Результаты модельных исследований в широком диапазоне температур наружного воздуха и нагрузки энергоблока, энергетических показателей и динамических характеристик оборудования ПГУ и ПГУ в целом и полученное на их базе распределение вырабатываемой мощности ПГУ между паровой и газовыми турбинами. 2. Разработана методика и предложен новый алгоритм управления мощностью ПГУ при участии ее в НПРЧ с активным привлечением паровой турбины к регулированию нагрузки ПГУ, результаты выбора оптимальных режимных параметров для процессов нагружения/разгружения энергоблока ПГУ, в частности„скорость регулирования регулирующего клапана высокого давления ~РК ВД) паровой турбины, начальное положение РК ВД, обеспечивающие системные требования участия ПГУ в НПРЧ с одновременным выполнением ограничений завода-изготовителя.

3. Впервые предложена методика выбора технологии участия ПГУ-450 в НПРЧ на основании сравнения эффективности применяемых альтернативных технологий с комплексным учетом факторов маневренности, экономичности и надежности. И актическая значимость абптьь Важность проводимых исследований в диссертации заключается в предложенном новом алгоритме управления мощностью газовых и паровой турбины с учетом влияния температуры наружного воздуха для участия ПГУ в НПРЧ, в разработанной методике выбора технологии участия ПГУ в НПРЧ с комплексной оценкой факторов маневренности„экономичности и надежности, а также в результатах модел~ных исследований, в том числе в получении оптимальных режимных параметров для процессов нагружения/разгружения энергоблока ПГУ, обеспечиваюшие системные требования участия ПГУ-450 в НПРЧ с выполнением ограничений завода-изготовителя, Результаты диссертационной работы дают практические рекомендации по совершенствованию существующих систем управления мощности ПГУ, открывают новые направления в исследованиях режимов работы парогазовых установок и их автоматизации.

Ап оба ни аботьь Основные результаты научных исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Национальном конгрессе по энергетике 1г. Казань, 2014 г.), на ХХ1 международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», (г. Москва, 2015 г.), на международной конференции 1Х семинаре ВУЗов по теплофизике и энергетике (г. Казань, 2015 г.), на научном семинаре и заседании кафедры АСУТП «НИУ ссМЭИ» 1г. Москва, 2015 г.), Вне ение ез льтатов аботы. Результаты работы используются в виде методического материала при чтении курса лекций и проведении практических занятий по дисциплине «Оптимизация режимов работы оборудования ТЭС», при курсовом и дипломном проектировании по специальности АСУ ТП в «НИУ «МЭИ».

остове ность ез льтатов иссле оваций. Обеспечивается строгим применением математического аппарата с современными методами математического моделирования, заложенными в аналитическом полномасштабном компьютерном тренажере ПГУ-450. Подтверждается функциональными связями результатов экспериментов с данными натурных испытаний. Личный вкла авто а. Автором лично решены основные задачи диссертации, в том числе: составлен обзор современной научно-технической литературы, проведены модельные исследования на тренажере, разработаны методики и даны практические рекомендации, выполнены техникоэкономические расчеты и получены результаты„отражающие научную новизну работы.

Положения выносимьк на за н . На защиту выносятся следующие результаты работы: 1. Модель мощности ПГУ и экспериментально полученные динамические характеристики паровой и газовых турбин. 2. Методика, алгоритм и модельные исследования регулирования мощности ПГУ при участии в НПРЧ с активным привлечением паровой турбины и обеспечением требований Стандарга Системного оператора и завода-изготовителя газовых турбин, 3. Практические рекомендации совершенствования системы автоматического управления мощностью 1САУМ) ПГУ. 4. Методика выбора и оценка технологии участия ПГУ в НПРЧ, совокупно учитывающая факторы маневренности, экономичности и надежности.

Прблиннбнть Основные ретультаты выло»ивины» исслеловаииа опубликованы в 9 научных работах — 4 публикаций в рецензируемых журналах перечня БАК, одна из которых в базе данных ЯСОР1Ь с переводом на иностранный язык, 1 статья в рецензируемом научном журналел остальные в материалах докладов международных конференций. Ст а и объем аботы. Диссертационная работа состоит нз введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 72 наименований. Работа иллюстрирована 36 рисунками и содержит 33 таблицы.

Материал диссертации изложен на 140 страницах, включая 1 приложение на б страницах. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ бо введении обоснова» выбор направпени» исслеповвни» и а»тра»снесть темы диссертационной работы. Расставлены цели и задачи исследования, приведена практическая значимость и научная новизна. Представлена структура диссертационной работы. современном состоянии парогазовой отрасли российской энергетики, проанализированы основные направления ее развития, изложены особенности режимов работы бинарных ПГУ в статических и переходных процессах, рассмотрены требования участия ПГУ в НПРЧ и технические возможности их удовлетворения на работающем в настоящее время оборудовании. По результатам обзора работа была направлена на исследование режимов эксплуатации ПГУ в переменной части графика нагрузок в условиях изменения температуры наружного воздуха. Анализ Стандарта и существующих способов привлечения оборудования ПГУ к регулированию нагрузки показали необходимость совершенствования системы управления мощностью и разработки алгоритма для участия ПГУ в НПРЧ с соблюдением ограничений завода-изготовителя газовой турбины.

ца вто ой главе приведена постановка первостепенных задач и выбора направления исследований для достижения поставленной цели диссертационной работы. Принято, что в первую очередь необходимо провести анализ влияния текущей нагрузки энергоблока ПГУ и температуры наружного воздуха на его основные технико-экономические показатели.