基于汽輪機能量平衡的供熱機組以熱定電方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及基于汽輪機能量平衡的供熱機組以熱定電方法，包括以下步驟：根據(jù)汽輪機能量平衡得出供熱機組采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量與有功功率的數(shù)學模型；根據(jù)數(shù)學模型確定機組最小負荷以及最大負荷關系式；考慮蒸汽在汽輪機流動過程中存在汽門漏汽、熱傳導及輻射損失等雜散損耗，采用最小二乘法對最小負荷以及最大負荷關系式參數(shù)進行辨識并修正，得到精準的數(shù)學模型；將從機組DCS獲得的數(shù)據(jù)傳至系統(tǒng)主站，得到機組的最小負荷值以及最大負荷值，送至電網(wǎng)調度控制中心；對最小負荷和最大負荷表達式積分，得到最小電量和最大電量與供熱量關系的表達式，根據(jù)各電廠上報機組的供熱量，確定其最小和最大發(fā)電量，為制定電量計劃提供依據(jù)。
【專利說明】
基于汽輪機能量平衡的供熱機組從熱定電方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明設及基于汽輪機能量平衡的供熱機組W熱定電方法，主要應用于火力發(fā)電 廠供熱機組的調度、電力與電量預測，解決供熱期電網(wǎng)調峰問題，從而最大限度地接納水 電、風電、光伏及核電等清潔能源，目的是降低能源消耗，減少污染物排放。
【背景技術】
[0002] 目前，我國東北和西北地區(qū)多采用熱電聯(lián)產(chǎn)機組提供冬季采暖供熱，當供熱機組 容量占整個電網(wǎng)比例較大時，由于電力調度部口不能及時掌握各機組的在線供熱狀況，為 保證供熱可靠性，供熱機組發(fā)電負荷裕度較大，從而給電網(wǎng)低負荷調峰帶來難度。
[0003] 隨著風電容量的增加 W及核電機組的投入運行，采暖期為保供熱，不得不大量放 棄風電，運與《中華人民共和國可再生能源法》等相關政策相違背，因此，基于供熱機組W熱 定電在線監(jiān)測技術，研究供熱機組最小發(fā)電負荷及其在線調度方法，通過降低供熱機組發(fā) 電負荷，提高電網(wǎng)接納清潔能源的能力。公開號CN101619850A《基于熱電系統(tǒng)負荷在線預測 的調度方法與系統(tǒng)》，此發(fā)明調度方法調度操作的主要對象是熱電生產(chǎn)系統(tǒng)的核屯、設備鍋 爐和蒸汽發(fā)電機組，而沒有針對熱電機組的發(fā)電負荷對電網(wǎng)調峰方面的影響做出闡述。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對上述技術不足，為了對電網(wǎng)中供熱機組實施公開、公平、公正的發(fā)電負荷調度 及發(fā)電計劃編制，本發(fā)明提供了供熱機組電力和電量負荷預測方法，通過控制其最小發(fā)電 負荷，從而緩解采暖期電網(wǎng)低負荷調峰的壓力。
[0005] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:基于汽輪機能量平衡的供熱機組W 熱定電方法，包括W下步驟：
[0006] 根據(jù)汽輪機能量平衡得出供熱機組采暖抽汽流量、工業(yè)抽汽流量與有功功率的數(shù) 學模型；
[0007] 根據(jù)數(shù)學模型確定機組最小負荷W及最大負荷表達式；
[000引根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和機組最小負荷W及最大負荷表達式，采用最小二乘法對最小負荷 W及最大負荷數(shù)學模型參數(shù)進行辨識，得到最小負荷和最大負荷的數(shù)學模型；
[0009] 將從發(fā)電廠機組DCS獲得的機組參數(shù)傳送至供熱機組主站代入最小負荷和最大負 荷數(shù)學模型中，得到最終的機組最小負荷值W及最大負荷值，實現(xiàn)W熱力定電力，并通過終 端發(fā)送至電網(wǎng)調度控制中屯、。
[0010] 所述數(shù)學模型：
[0011] .W I=P .l=.i
[0012]其中，P為供熱機組的有功功率;Dg為工業(yè)抽汽流量，k為主蒸汽洽，h'H為高壓缸排 汽洽，hM為中壓缸進汽洽，hg為工業(yè)抽汽洽，Dd為采暖抽汽流量，hd為采暖抽汽洽，De為各段抽 汽流量，Qi且i = l，2時、為高壓缸各段抽汽流量占化的比例;Qi且i = 3,4,5時、為中壓缸各段 抽汽流量占化的比例;曰1且i = 6,7,別寸、為低壓缸各段抽汽流量占化的比例;hai且i = l，2時、 為高壓缸各段抽汽抽汽洽;hai且i = 3,4,5為中壓缸各段抽汽抽汽洽;hai且i=6,7為低壓缸 各段抽汽抽汽洽;Dn為低壓缸排汽流量，hp為低壓缸排汽洽，Pm為機械損失，n為發(fā)電機效率； [OOU]主蒸汽流量表達式為：DH=Dg+Dd+Dc+DN;
[0014] 〇1+〇2+〇3+〇4+〇5+〇6+〇7+〇8 = 1。
[0015] 所述最小負荷表達式：
[0016]
[0020] Pn=Dn X ((hH-hH' +hM-hp)。
[0021] 所述最大負荷表達式：
[0022] Pmax = { Dh X 化H-h' H+hM-hp) -Dg X 化g-hp) -Dd X 化d-hp)
[0023] -Dc X [ha8-hp+(ai+a2+日3+日4+日日+日6+日7) (ha7-ha8) + (日 1+日2+日3+日4+日日+日6) (ha6-ha7) + (口 1+ 02+曰3+日4+日日）（hd-ha6)
[0024] (日1+日2+日3+日4) (hg-hd) +(日 1+日2+日3) (ha3-hg) + (ai+a2) (hM-ha3)+日]-Pm} Xq
[0025] =nXPH-dXDg-eXDd-kXDcXri-PmXn (5)
[0026] 式中；PH=DHX(化H-h'H+hM-hp)
[0027] d=化 g-hp)Xri;
[002引 e = Ad-hp)Xri;
[0029]
[0030] 采用最小二乘法對最小負荷數(shù)學模型參數(shù)進行辨識，得到最小負荷數(shù)學模型包括 W下步驟：
[0031] 1)對于給定n組實測數(shù)據(jù)(巧，巧，= "> 3,令其總的偏差平方和最小， 即：
；其中，巧，巧，pi分別表示實際測得的工業(yè)抽汽流 量、采暖抽汽流量、機組有功功率；
[0032] 2)對a'、b'和U'min分別求偏導，并令導數(shù)為零可求出辨識后的a'、b'和U'min:
[0033] 3)將辨識后的a '、b '和U 'min代入Pmin = B 'Dg+b 'Dd+U 'min即得到最小負荷數(shù)學模型。
[0034] 采用最小二乘法對最大負荷數(shù)學模型參數(shù)進行辨識，得到最大負荷的數(shù)學模型包 括W下步驟：
[0035] 1)對于給定n組實測數(shù)據(jù)（巧.化- P')i，，= i.2....". ">3,令其總的偏差平方和最小， 即：
;其中，卑巧，pi分別表示實際測得的工業(yè)抽汽流 量、采暖抽汽流量、機組有功功率；
[0036] 2)對d'、e'與U'max分別求偏導，并令導數(shù)為零可求出辨識后的d'、e'與U'max;
[0037] 3)將辨識后的d'、e'與U'max代入P麗=d'Dg+e'Dd+U'max即得到最大負荷數(shù)學模型。
[0038] 得到修正后的最小負荷和最大負荷的表達式后，分別對最小負荷和最大負荷表達 式積分，得到最小電量、最大電量分別與供熱量關系的表達式，再根據(jù)各電廠上報機組的供 熱量，確定其最小和最大發(fā)電量用于制定電量計劃
[0039] 本發(fā)明具有W下有益效果及優(yōu)點：
[0040] 1.本發(fā)明具有物理意義清晰、推導過程嚴謹、模型簡捷實用、計算結果準確、適用 范圍廣等特點。
[0041] 2.根據(jù)汽輪機能量平衡分析，提出了能量平衡法并建立W熱定電數(shù)學模型，并利 用最小二乘法模型參數(shù)進行了修正，豐富和發(fā)展了 W熱定電的理論和方法。
[0042] 3.采用最小二乘法修正模型參數(shù)既保持了原有的物理意義清晰、模型簡捷實用的 特點，又具有計算結果準確、適用范圍廣等特點，可W準確計算出機組在給定的采暖抽汽流 量和工業(yè)抽汽流量情況下最大可增出力和可減出力。
[0043] 4.通過本發(fā)明可W較好掌握供熱機組在不同采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量下的 出力范圍及可調整空間，從而為電網(wǎng)調度部口提供有利信息，有利于調度部口準確把握熱 電聯(lián)產(chǎn)機組功率調節(jié)能力，W配合風電大規(guī)模消納及其它冷凝機組協(xié)調運行。
[0044] 5.通過本發(fā)明可W使電網(wǎng)調度運行人員全面、及時、準確地掌握供熱機組在不同 采暖和工業(yè)流量下的出力范圍和可調整空間，W及根據(jù)機組的供熱量確定其發(fā)電量的上下 限，促進非化石能源與化石能源協(xié)同發(fā)電，實施精準調度交易，提高了能源利用效率，符合 國家提出的巧聯(lián)網(wǎng)"+智慧能源行動的指導方向。
【附圖說明】
[0045] 圖1供熱機組負荷調度的流程圖；
[0046] 圖2為本發(fā)明開發(fā)的汽輪機簡化熱力圖；
[0047] 圖3為135MW雙抽供熱機組試驗負荷與修正負荷比較圖。
【具體實施方式】
[0048] 下面結合實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
[0049] 本發(fā)明提供了基于汽輪機能量平衡的供熱機組W熱定電方法。適用于電網(wǎng)調度人 員在采暖期對供熱機組實施合理調度。本方法基于電網(wǎng)中供熱機組參數(shù)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)， 計算機組的各項供熱指標。W能量平衡法結合機組現(xiàn)場試驗求取W熱定電數(shù)學模型。電網(wǎng) 調度人員可根據(jù)需求采用最小負荷方式調度、快速增減負荷方式調度和經(jīng)濟運行方式調 度，提供了對供熱機組調度決策的依據(jù)。各供熱機組的發(fā)電企業(yè)根據(jù)氣象部口發(fā)布的天氣 預報，結合供熱機組歷史數(shù)據(jù)進行供熱量預測，根據(jù)預測的供熱量結合W熱定電數(shù)學模型 預測機組次日或次月的電力和電量。
[0050] 基于汽輪機能量平衡的供熱機組W熱定電方法，將所有進入汽輪機和排出汽輪機 的能量進行平衡計算，得到不同采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量下機組發(fā)電負荷的關系，并 通過試驗對數(shù)學模型進行修正，可W確定機組在不同的采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量下最 大電力和最小電力的關系式;對該關系式進行數(shù)學積分，對電力積分可得到電量，由此可得 出不同采暖抽汽熱量和工業(yè)抽汽熱量下與機組發(fā)電量的關系，并根據(jù)各供熱電廠上報的供 熱量，可W準確計算出在一段時間內機組在給定的采暖抽汽熱量和工業(yè)抽汽熱量下最大電 量和最小電量范圍。調度和計劃對象是電網(wǎng)中的供熱汽輪發(fā)電機組，調度的參數(shù)是發(fā)電負 荷，計劃的參數(shù)是發(fā)電量，在線調度的流程包含W下步驟：
[0051] a、供熱機組有關參數(shù)的實時在線監(jiān)測與分析。數(shù)據(jù)源于電廠的DCS系統(tǒng)W及額外 增加的監(jiān)控測點，將運些參數(shù)傳送至電網(wǎng)調度部口，主要監(jiān)控熱網(wǎng)參數(shù)和機組參數(shù)。對各電 廠、各機組參數(shù)進行匯總和趨勢分析，計算全廠的供熱量，機組的工業(yè)供熱量、采暖供熱量、 發(fā)電負荷等指標，形成數(shù)據(jù)庫。
[0052] b、根據(jù)能量平衡，將所有進入汽輪機和排出汽輪機的能量進行平衡計算，得到不 同采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量下機組發(fā)電負荷的關系。建立W熱定電的數(shù)學模型，并通 過試驗對數(shù)學模型進行修正，確定機組的可增負荷與可減負荷。
[0053] C、按照機組爬坡速率或降谷速率及可增減負荷的大小進行排序，再按照序位的先 后實施在線調度。
[0054] 計劃的流程如下：
[0055] a、對根據(jù)汽輪機能量平衡所得到采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量與機組發(fā)電負荷 的關系，進行數(shù)學積分。對電力積分得到電量，由此得出不同采暖抽汽熱量和工業(yè)抽汽熱量 下機組發(fā)電量的關系。
[0056] b、根據(jù)供熱電廠申報的供熱需求，計算出在給定的采暖抽汽熱量和工業(yè)抽汽熱量 下最大電量和最小電量范圍。
[0057] C、再根據(jù)電網(wǎng)負荷電量、受入電量、送出電量來確定電網(wǎng)各類電源的上網(wǎng)電量空 間。然后在保障電網(wǎng)安全及可靠供熱電前提下，根據(jù)電網(wǎng)優(yōu)先發(fā)電序位、機組檢修計劃和火 電發(fā)電進度來確定各類電源W及各家電廠的發(fā)電量。通過在供熱機組最大電量和最小電量 范圍內調整其發(fā)電量，來最大限度吸納清潔能源。若所有供熱機組按最小電量考慮，仍不能 滿足電量平衡，則需相應減少電網(wǎng)接納清潔能源電量的數(shù)量。
[0058] 電網(wǎng)調度部口可根據(jù)電網(wǎng)實時需求選擇S種調度模式。①當電網(wǎng)需要最大限度地 接納風電等清潔能源時，可對供熱機組全部按照計算的最小發(fā)電負荷進行調度。②當電網(wǎng) 需要快速增加或減少負荷時，按照機組爬坡速率或降谷速率及可增減負荷的大小對所有供 熱機組的排序結果進行調度，W實現(xiàn)最短的調整時間或最少的調整次數(shù)。③當電網(wǎng)需要經(jīng) 濟運行調度模式時，在滿足供熱、供電安全的前提下，按照熱電負荷優(yōu)化分配的方案決定機 組的開機方式和發(fā)電負荷。
[0059] 根據(jù)預測的供熱量，按照建立的W熱定電數(shù)學模型開展電力預測和電量預測，從 而為政府和電網(wǎng)公司分別開展年度發(fā)電計劃電量和月度發(fā)電計劃的制訂提供依據(jù)。
[0060] 本發(fā)明基于供熱機組W熱定電在線監(jiān)測技術，通過熱電機組的供熱量，確定各供 熱機組的最小和最大發(fā)電負荷，W及根據(jù)供熱量的預測，實現(xiàn)電力與電量的預測方法。調度 和計劃流程包含W下步驟。
[0061] 1.供熱機組有關參數(shù)的實時在線監(jiān)測。數(shù)據(jù)源于現(xiàn)場的DCS系統(tǒng)W及額外增加的 監(jiān)控測點。主要分為兩個方面，一是熱網(wǎng)參數(shù)，二是機組參數(shù)。將運些參數(shù)傳送至電網(wǎng)調度 交易部口的監(jiān)控中屯、，對供熱機組的運行狀態(tài)、運行方式進行監(jiān)控。
[0062] 2.建立實時數(shù)據(jù)分析和歷史數(shù)據(jù)分析功能。根據(jù)參數(shù)的在線采集，建立實時數(shù)據(jù) 庫和歷史數(shù)據(jù)庫，對各電廠、各機組的參數(shù)匯總分析，計算全廠的供熱量，機組的工業(yè)供熱 量、采暖供熱量、發(fā)電負荷和發(fā)電量等指標。通過各參數(shù)的信息分析，判斷機組運行狀態(tài)、運 行方式，為下一步調度交易決策和發(fā)電計劃編制提供依據(jù)。
[0063] 3.根據(jù)汽輪機的能量平衡，建立W熱定電的數(shù)學模型，通過現(xiàn)場試驗對數(shù)學模型 進行在線修正。通過數(shù)學模型，計算機組的發(fā)電負荷區(qū)間，確定機組的可增負荷與可減負 荷。
[0064] 4.掌握各電廠、各機組發(fā)電負荷區(qū)間后，根據(jù)電網(wǎng)需求，可選=種調度模式。模式1 為最低負荷模式，即對供熱機組全部按照計算的最小發(fā)電負荷進行調度，W便電網(wǎng)最大限 度地接納風電等清潔能源。模式2為快速增減負荷模式，當電網(wǎng)需要快速增加或減少負荷 時，按照機組爬坡速率或降谷速率及可增減負荷的大小對所有供熱機組的排序結果進行調 度，W實現(xiàn)最短的調整時間或最少的調整次數(shù)。模式3為經(jīng)濟調度模式，即在滿足供熱、供電 安全的前提下，按照熱電負荷優(yōu)化分配的方案決定機組的開機方式和發(fā)電負荷。
[0065] 5.根據(jù)各電廠、各機組實時監(jiān)測的供熱量數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，由W熱定電數(shù)學模型， 計算出供熱機組次日或次月的電力和電量的最大值與最小值，從而達到電力與電量預測的 目的。
[0066] 6.根據(jù)W上計算結果，在保證供熱安全、機組設備安全的前提下，經(jīng)綜合判斷，確 定供熱機組優(yōu)化調度的方法和策略，并在實踐中得到應用。
[0067] 圖1是形成用于供熱機組負荷調度的流程，主要有W下S方面內容。
[0068] 1.數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析
[0069] 數(shù)據(jù)源于現(xiàn)場的DCS系統(tǒng)W及額外增加的監(jiān)控測點，主要分為兩個方面，一是熱網(wǎng) 系統(tǒng)中供回水壓力、溫度和流量的監(jiān)測;二是機組系統(tǒng)中的發(fā)電負荷、主蒸汽壓力、溫度、流 量;在熱蒸汽壓力、溫度;汽輪機排汽壓力;工業(yè)抽汽壓力、溫度、流量;采暖抽汽壓力、溫度、 流量;環(huán)境溫度等。將運些參數(shù)傳送至電網(wǎng)調度部口的監(jiān)控中屯、，建立實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù) 據(jù)庫，根據(jù)監(jiān)控的參數(shù)，對各電廠、各機組的數(shù)據(jù)匯總分析，計算全廠的供熱量，機組的工業(yè) 供熱量、采暖供熱量、供電負荷，機組的熱電比、機組效率等指標。通過各參數(shù)的信息分析， 判斷機組運行狀態(tài)、運行方式，為下一步調度交易決策提供依據(jù)。
[0070] 2.調度模式
[0071] (1)根據(jù)供熱機)的能量平衡，計算出機組在不同供熱工況下基于熱耗率功率(THA) 工況的最大和最小發(fā)電負荷區(qū)間W及基于汽輪機最大連續(xù)出力(TMCR)工況主蒸汽參數(shù)時 的最大發(fā)電負荷，形成W熱定電數(shù)學模型。
[0072] 間通過現(xiàn)場試驗，對數(shù)學模型進行修正計算，來保證數(shù)學模型更符合機組運行的 實際狀況。
[0073] 間根據(jù)機組當前的供熱量和發(fā)電量，進行熱電負荷分配，W判斷機組采用何種方 式運行最佳。
[0074] ①當電網(wǎng)需要更多地接納風電、核電等清潔能源時，調度部口可根據(jù)計算的機組 最小發(fā)電負荷全部調度，從而為接納清潔能源提供空間。
[0075] ②當電網(wǎng)需要快速增加或減少供熱機組負荷時，通過計算得到機組在當前運行狀 態(tài)下的可增負荷和可減負荷后，結合機組的爬坡速率和降谷速率，重新對機組的增減負荷 序位進行優(yōu)化排序，從而使調度運行人員在電網(wǎng)增減負荷過程中能夠根據(jù)機組的增減負荷 序位快速進行調整，W最少的調整次數(shù)或最短的調整時間達到最佳的調整效果。
[0076] ③當電網(wǎng)需要經(jīng)濟調度模式時，就是在運行時間內滿足熱用戶的熱、電負荷的要 求及滿足機組總供熱和總出力的限制條件下，合理分配各個運行供熱機組間的熱、電負荷， 使整個熱電廠的總煤耗量為最小。
[0077] 開停機方式：當化(max)>Qk，即某臺機組最大供熱能力大于等于熱網(wǎng)需求的供熱量 時，系統(tǒng)將提示可W停止一臺機組運行，根據(jù)機組熱力試驗結果，在同容量的機組間停止煤 耗大的機組處于備用狀態(tài)(但需要檢修等特殊情況例外）。
[0078] 熱電負荷優(yōu)化分配：當
即熱網(wǎng)需求的供熱量大于某單臺機組 最大供熱量，小于幾臺（2、3、4)機組最大供熱量之和時，W2臺機組為例，熱耗率為
;其中，HRi(Pi)為第一臺機組的熱 耗，kJ/kWh;皿2(p-pi)為第二臺機組的熱耗，kJ/kWh;祐為熱網(wǎng)需求的供熱量，kJ/h;Qi(x)為第 一臺機組供熱量kjA，p為兩臺機組發(fā)電出力之和，kW;p功第一臺機組發(fā)電出力，kWh。
[0079] 優(yōu)化調度步驟:第一臺機最大供熱量時，計算第一臺機組最小負荷，總需求熱量減 去第一臺供熱量即為第二臺供熱量，計算第二臺機組最小負荷，判斷第二臺最小負荷是否 滿足供熱壓力在0.25MPa-0.4M化之間，供熱溫度在65 °C-11 (TC之間，第一臺機由最大供熱 量變步長減少供熱量，增加第二臺機組供熱量直至最大供熱量，同時按系統(tǒng)中已經(jīng)實現(xiàn)的 功能根據(jù)供熱量分別計算兩臺機組最小發(fā)電負荷，同時計算總熱耗，在計算結果中選取熱 耗最小值，再根據(jù)計算的兩臺機組最小發(fā)電負荷進行調度。兩臺機組的熱負荷由電廠調節(jié) 和分配。運樣即解決了電網(wǎng)調峰的問題，又兼顧了電廠的節(jié)能。
[0080] 3.供熱機組的電力與電量預測
[0081] 首先由各裝設供熱機組的電廠根據(jù)氣象部口發(fā)布的天氣預報，獲取下月各電廠所 在地的天氣狀況，調用供熱機組的供熱量歷史數(shù)據(jù)，進行供熱量預測。
[0082] 電力預測：
[0083] 圖2是汽輪機簡化熱力圖，圖中化表示主蒸汽流量;hH表示主蒸汽洽;h'H表示高壓 缸排汽洽;hM表示中壓缸進汽洽;Dg表示工業(yè)抽汽流量;hg表示工業(yè)抽汽洽;Dd表示采暖抽汽 流量;hd表示采暖抽汽洽;Dc表示各段抽汽流量;Qi，（ i = 1，2)表示高壓缸各段(第1、2段)抽 汽流量占化的比例;曰1，。= 3,4,5)表示中壓缸各段(第3、4、5段)抽汽流量占化的比例;口1， (i = 6,7,8)表示低壓缸各段(第6、7、8段)抽汽流量占化的比例;11。1，（1 = 1，2)表示高壓缸各 段抽汽抽汽洽;hai，（i = 3,4,5)表示中壓缸各段抽汽抽汽洽;11。1，。=6,7,8)表示低壓缸各 段抽汽抽汽洽;Dn表示低壓缸排汽流量;hp表示低壓缸排汽洽;P表示發(fā)電機功率。
[0084] 在得到機組的預測采暖供熱量后，可W根據(jù);
，計算出 電廠的總采暖抽汽流量。在進行采暖抽汽流量分配后，根據(jù)采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量， 結合每臺供熱機組對應的數(shù)學模型預測出機組最大、最小電力。其中，F(xiàn)d為電廠的總采暖抽 汽量，t/h;Fgs為采暖熱水(一環(huán)網(wǎng)）供水流量，t/h;tgs為采暖熱水(一環(huán)網(wǎng)）供水溫度，°C;ths 為采暖熱水(一環(huán)網(wǎng)）回水溫度，°C;出為電廠的采暖抽汽洽，kj/kg;出為電廠的采暖抽汽疏 水洽，kj/kg。
[0085] 根據(jù)汽輪機能量平衡得出供熱機組有功功率的計算公式為：
[0086]
(1)
[0087] 主蒸汽流量表達式為:DH=Dg+Dd+Dc+DN (2)
[008引 01+曰2+日3+曰4+曰5+曰6+曰7+曰8=1 (3)
[0089] 當計算機組最小負荷時，低壓缸排汽流量Dn已知，為低壓缸最小冷卻蒸汽流量，所 W最小負荷的表達式為：
[0090]
[0091] 式中：a=化H-hH'+hM-hg) Xq;
[OOW] b = (；hH-hH'+hM-hd)Xri;
[0093]
[0094] Pn=DnX ((hH-hH'+hM-hp)。
[OOM]當計算供熱機組最大負荷時，主蒸汽流量化已知，為汽輪機TMCR(最大連續(xù)出力） 工況下主蒸汽流量，所W最大負荷的表達式為：
[0096] Pmax={DHXAH-h'H+hM-hp)-DgXAg-hp)-DdXAd-hp)
[0097] -Dc X 比(i8-hp+(ai+a2+a3+a4+日5+〇6+〇7) (ha7-ha8) + (日 1+〇2+〇3+〇4+日5+日6) (ha6-ha7) + (曰 1+ 〇2+曰3+日4+日日）（hd-ha6)
[009引 （日1+日2+日3+日4) (hg-hd) +(日 1+日2+日3) (ha3-hg) + (ai+a2) (hM-ha3)+日I(Ilca-Il^H) ]-Pm} Xq
[0099] =nXPH-dXDg-eXDd-kXDcXri-PmXn (5)
[0100] 式中；PH=DHX(化H-h'H+hM-hp)
[0101] d=化 g-hp)Xri;
[0102] e = (；hd-hp)Xri; 「01031
[0104] 本實施例對某135麗雙抽供熱機組（型號為CC100/N135-13.24/535/535)進行試 驗。額定主蒸汽壓力為13.24MPa、溫度為535°C，再熱蒸汽溫度為535°C，TMCR工況主蒸汽流 量為4(K)t/h，汽輪機低壓缸最小排汽流量為81.5t A，最大采暖抽汽流量21化A，最大工業(yè) 抽汽流量44t/h。根據(jù)汽輪機額定抽汽工況設計數(shù)據(jù)，得到hH = 3424.1kJ/kg;h'H = 3050.8kJ/kg；hn=3535.9kJ/kg；hg = 3221.9kJ/kg；hd = 2835kJ/kg；hp = 2492.9kJ/kg；D〇 = 22.04kg/s；Pm = 493kW；n = 0.985；ai = 0.184； hai = 3152.9kJ/kg； 02 = 0.474； ha2 = 3050.8kJ/kg;a3 = 0.099;ha3 = 3201.3kJ/kg;a4 = 0.063 ;ha4 = 3029.3kJ/kg;as = 0.09; ha 已= 2859.9kJ/kg;日6=〇.031 ;ha6 = 2662.9kJ/kg;日7=〇.060 ;ha7 = 2500.1 kJ/kg。
[0105] 按能量平衡理論模型Pmin = aDg + bDd + Umin與Pmax=dDg + eDd + Umax計算得到a = 677.0kJ/kg；b = 1058.7kJ/kg； C = 569.4kJ/kg； Pn = 32064.7kW；PH= 157372.8kW；d = 718.1kj/kg; e = 337. OkJ/kg; k = 847. OkJ/kg。即：
[0106] Pmin= (677. ODg+1058.7Dd+44430.7)/1000
[0107] Pmax=(136138.7-718.1山-337.ODdVlOOO
[0108] 試驗條件下，采暖抽汽流量Dd與工業(yè)抽汽流量Dg的試驗取值范圍分別為0<Dd< 58.3kg/s和0<Dg<12.化g/s，通過對此熱電聯(lián)產(chǎn)機組在不同義暖抽汽量與不同工業(yè)抽汽量 工況下進行測試，試驗工況和試驗結果見表1與圖3。由于工業(yè)抽汽量較小，為突出研究重 點，圖3只描述了采暖抽汽流量與機組負荷的關系。
[0109] 夫U擊胎債補臺倏iF債補的比妓
[0110：
[0111]由表1可見，理論機組負荷與試驗機組負荷相比存在明顯的系統(tǒng)誤差。試驗最大負 荷與試驗最小負荷均低于理論值?；趯y試結果的進一步分析，認為主要是機組能量平 衡建模中未考慮蒸汽在汽輪機流動過程中存在汽口漏汽、熱傳導及福射損失等雜散損耗， 運將導致理論計算結果偏大5%左右。因此，不考慮雜散損耗的能量平衡法理論負荷與試驗 負荷相比存在較大系統(tǒng)誤差，需要根據(jù)試驗結果對理論參數(shù)進行修正。
[0112] 由圖3可見，機組發(fā)電負荷與采暖抽汽流量間對映關系對熱電機組參與電網(wǎng)低谷 調節(jié)及高峰期調節(jié)有重要作用。最小發(fā)電負荷曲線中的采暖抽汽流量對供熱機組最小發(fā)電 負荷值具有重要影響，而最小發(fā)電負荷值對供熱機組低谷期調節(jié)能力具有重要參考價值。 在采暖抽汽流量較小時，熱電機組的最小發(fā)電負荷較小，隨著采暖抽汽流量的增長，最小發(fā) 電負荷值逐漸增大。運也意味著低谷期供熱機組若采暖供熱較多，則其對低谷期調節(jié)的貢 獻將受到削弱。與之相對照的是，試驗最大負荷曲線反映了采暖抽汽流量對供熱機組最大 發(fā)電負荷值的影響。隨著采暖抽汽流量增大，供熱機組試驗最大發(fā)電負荷將逐漸減小。運意 味著若供熱機組在高峰期采暖抽汽流量較大，則供熱機組調峰能力也將受到極大限制。
[0113] 由圖3可見，試驗負荷曲線與理論負荷曲線呈現(xiàn)出較強的正相關性，運說明試驗負 荷曲線中機組負荷與采暖抽汽流量Dd和工業(yè)抽汽流量Dg的數(shù)學關系，與能量平衡法模型所 得的線性關系是一致的，只不過相關參數(shù)會發(fā)生變化，需對參數(shù)進行辨識修正。
[0114] 現(xiàn)場試驗模型修正：
[0115] 基于汽輪機能量平衡的供熱機組W熱定電模型可根據(jù)采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽 流量實時計算出發(fā)電功率最大與最小值，為調度運行部口提供熱電聯(lián)產(chǎn)機組出力范圍有效 信息。然而在汽輪機能量平衡進行建模過程中沒有考慮蒸汽在汽輪機流動過程中的氣口漏 氣等雜散損耗，從而在實際工程應用中產(chǎn)生一定的誤差。本發(fā)明根據(jù)不同采暖抽汽流量及 工業(yè)抽汽流量下發(fā)電機實測功率曲線與能量平衡法理論計算功率曲線相關性較強的現(xiàn)象， 在建立能量平衡法修正模型時，采用了與理論模型相同的線性組合表達式，重新辨識模型 參數(shù)。修正后的能量平衡法模型計及了熱電機組雜散損耗。通過在供熱機組現(xiàn)場試驗驗證 了該方法的準確性、合理性和實用性。
[0116] 采用最小二乘法對式（1)與式(2)中的Pmin與Pmax進行辨識。WPmin為例，最小二乘參 數(shù)辨識后為：
[0117]
(6)
[011引對于給定n組實測數(shù)據(jù)(//.化./->'）O' = !.2....". "^3)，令其總的偏差平方和最小，即： [0119]
巧)
[01 20]根據(jù)最優(yōu)化原理，對a '、b '和U 'min分別求偏導，并令導數(shù)為零可得：
[0121；
賊
[0122]由式（8)可直接求出辨識后的a'、b'和u'min，其^
，
啊理可得d'、e'與U'max。
[0123]
(9)
[0124] 為了表達簡捷，公式(7)、（8)、（9)中分別用聲、？嗦示瓦,。、？1。1。;歹。;。未示平均功 率，巧i。表示第i采樣點的最小功率。
[0125] 將從發(fā)電廠機組DCS獲得的機組供電量、發(fā)電機端功率、主蒸汽壓力、主蒸汽溫度、 主蒸汽流量、高壓缸排汽壓力、高壓缸排汽溫度、再熱蒸汽壓力、再熱蒸汽溫度、凝汽器真 空、工業(yè)抽汽壓力、工業(yè)抽汽溫度、工業(yè)抽汽流量、采暖抽汽壓力、采暖抽汽溫度、采暖抽汽 流量、采暖抽汽疏水溫度、采暖抽汽疏水流量、采暖熱水(一環(huán)網(wǎng))供水壓力、采暖熱水(一環(huán) 網(wǎng)）供水溫度、采暖熱水(一環(huán)網(wǎng)）供水流量、采暖熱水(一環(huán)網(wǎng)）回水壓力、采暖熱水(一環(huán) 網(wǎng)）回水溫度、采暖熱水(一環(huán)網(wǎng)）回水流量等參數(shù)傳送至供熱機組主站代入最小負荷和最 大負荷數(shù)學模型中，得到最終的機組最小負荷值W及最大負荷值，實現(xiàn)W熱力定電力，并通 過終端發(fā)送至電網(wǎng)調度控制中屯、。
[0126] 電量預測：
[0127] 在確定供熱機組在不同的采暖抽汽流量和工業(yè)抽汽流量下最大電力和最小電力 的關系式后，對該關系式進行數(shù)學積分r = ，對電力積分可得到電量，由此可得出不 同采暖抽汽熱量和工業(yè)抽汽熱量下與機組發(fā)電量的關系，并根據(jù)各供熱電廠上報的供熱 量，可W準確計算出在一段時間內機組在給定的采暖抽汽熱量和工業(yè)抽汽熱量下最大電量 和最小電量范圍，并為政府和電網(wǎng)公司制定電量計劃提供依據(jù)。
[012引電量計算公式為
[0129]
(10)
[0130] 將Pmin式代入公式10得：
[0131]
[013^ 式中:Wmin為最小電量;Qg (T)-在時間T內工業(yè)抽汽總熱量;Qd (T)-在時間T內采暖 抽汽總熱量;T為時間單位，可W是年、月、日。
[0133] 將Pmax式代入公式10得：
[0134
[0135] Wmax為最大電量。
【主權項】
1. 基于汽輪機能量平衡的供熱機組以熱定電方法，其特征在于包括以下步驟： 根據(jù)汽輪機能量平衡得出供熱機組采暖抽汽流量、工業(yè)抽汽流量與有功功率的數(shù)學模 型； 根據(jù)數(shù)學模型確定機組最小負荷以及最大負荷表達式； 根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和機組最小負荷以及最大負荷表達式，采用最小二乘法對最小負荷以及 最大負荷數(shù)學模型參數(shù)進行辨識，得到最小負荷和最大負荷的數(shù)學模型； 將從發(fā)電廠機組DCS獲得的機組參數(shù)傳送至供熱機組主站代入最小負荷和最大負荷數(shù) 學模型中，得到最終的機組最小負荷值以及最大負荷值，實現(xiàn)以熱力定電力，并通過終端發(fā) 送至電網(wǎng)調度控制中心。2. 根據(jù)權利要求1所述的基于汽輪機能量平衡的供熱機組以熱定電方法，其特征在于 所述數(shù)學模型：其中，P為供熱機組的有功功率;Dg為工業(yè)抽汽流量，hH為主蒸汽焓，h'H為高壓缸排汽 焓，hM為中壓缸進汽焓，hg為工業(yè)抽汽焓，Dd為采暖抽汽流量，hd為采暖抽汽焓，De為各段抽汽 流量，Ct i且i = 1，2時、為高壓缸各段抽汽流量占 Dc的比例;Cti且i = 3，4，5時、為中壓缸各段抽 汽流量占 Dc的比例;Cti且i = 6，7，8時、為低壓缸各段抽汽流量占 Dc的比例;hai且i = 1，2時、為 高壓缸各段抽汽抽汽焓;匕1且1 = 3,4,5為中壓缸各段抽汽抽汽焓如1且1 = 6,7為低壓缸各 段抽汽抽汽洽;Dn為低壓缸排汽流量，hp為低壓缸排汽洽，Pm為機械損失，η為發(fā)電機效率； 主蒸汽流量表達式為AH = DADt^DdDN; (2)(3)3. 根據(jù)權利要求1所述的基于汽輪機能量平衡的供熱機組以熱定電方法，其特征在于 所述最小負荷表達式：4. 根據(jù)權利要求1所述的基于汽輪機能量平衡的供熱機組以熱定電方法，其特征在于 所述最大負荷表達式：5. 根據(jù)權利要求1所述的基于汽輪機能量平衡的供熱機組以熱定電方法，其特征在于 采用最小二乘法對最小負荷數(shù)學模型參數(shù)進行辨識，得到最小負荷數(shù)學模型包括以下步 驟： 1) 對于給定η組實測數(shù)據(jù)，1 = 1，2，...11，11彡3，令其總的偏差平方和最小，即：;其中，A:.分別表示實際測得的工業(yè)抽汽流量、 采暖抽汽流量、機組有功功率； 2) 對a'、b'和u'min分別求偏導，并令導數(shù)為零可求出辨識后的a'、b'和u'min: 3) 將辨識后的a'、b '和u 'min代入Pmin=a'Dg+b'Dd+u'min即得到最小負荷數(shù)學模型。6. 根據(jù)權利要求1所述的基于汽輪機能量平衡的供熱機組以熱定電方法，其特征在于 采用最小二乘法對最大負荷數(shù)學模型參數(shù)進行辨識，得到最大負荷的數(shù)學模型包括以下步 驟： 1) 對于給定η組實測數(shù)據(jù)把,1)〇1 = 1，2,. . .n，n彡3,令其總的偏差平方和最小，即：;其中，/^巧^分別表示實際測得的工業(yè)抽汽流量、 采暖抽汽流量、機組有功功率； 2) 對d'、e'與u'max分別求偏導，并令導數(shù)為零可求出辨識后的d'、e'與u'max; 3) 將辨識后的d'、e '與u'max代入Pmax=d'Dg+e'Dd+u'max即得到最大負荷數(shù)學模型。7. 根據(jù)權利要求1所述的基于汽輪機能量平衡的供熱機組以熱定電方法，其特征在于 得到修正后的最小負荷和最大負荷的表達式后，分別對最小負荷和最大負荷表達式積分， 得到最小電量、最大電量分別與供熱量關系的表達式，再根據(jù)各電廠上報機組的供熱量，確 定其最小和最大發(fā)電量用于制定電量計劃。
【文檔編號】G06F19/00GK106021950SQ201610383445
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】王漪, 李喜旺, 陳兆慶, 金鐘鶴, 薛永鋒, 張敏, 石雪梅, 韓越波
【申請人】國網(wǎng)遼寧省電力有限公司, 中國科學院沈陽計算技術研究所有限公司