一种热电厂灵活性调整空间的分析方法及系统与流程

1.本公开涉及热电厂调控领域，具体涉及一种热电厂灵活性调整空间的分析方法及系统。


背景技术：

2.随着供应企业生产蒸汽和居民采暖的小型火电机组逐步被关停，大型火电厂同时承担热、电负荷的现象逐步成为常态。随着供热需求增加，要求热电联产机组保障供电的同时提高供热能力，然而，“以热定电”运行模式制约了热电厂运行的灵活性。
3.目前关于热电厂运行灵活性的研究多集中于对单台机组的改造，比如在供暖季前后机组灵活性改造或热电解耦技术。然而技术改造往往会带来成本与安全问题，甚至影响整个热电厂的正常运行。此外，对于已经进行了低压缸零出力等灵活性改造的机组，以及对不同的供热抽汽压力等情况，缺乏热电厂厂级热电负荷调度范围的量化描述。在当前新能源发电占比不断增加的情况下，准确把握热电厂全厂的灵活性调整空间对于区域电网调度制订机组的发电及调停计划具有现实意义。


技术实现要素：

4.本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种热电厂灵活性调整空间的分析方法及系统，从整个热电厂的机组调度角度考虑，建立热负荷、电负荷的运行域和对应关系，通过负荷分配使得不同机组之间的优势互补，在满足能源供应要求的同时，减少改造成本和运行风险，将整个热电厂的灵活性调整空间通过坐标图的形式展现，直观、方便、可视。
5.本公开的第一目的是提供一种热电厂灵活性调整空间的分析方法，采用以下技术方案：
6.包括以下步骤：
7.基于全厂各个供热机组的供热工况，获取各个供热机组运行域，建立热负荷、电负荷的对应关系；
8.获取各个供热机组运行域内满足设定电负荷约束的工况点，依据该工况点下热负荷、电负荷的对应关系，获取约束条件下所有供热机组的最大供热量和最小供热量；
9.记录不同电负荷下对应的最大供热量和最小供热量，得到热电厂运行域，基于热电厂运行域分析热电负荷可调空间，进而进行电负荷和/或热负荷调整。
10.进一步地，获取各个供热机组实际运行工况下的运行参数，得到供热机组的供热工况；供热机组的运行参数包括：发电功率、供热抽汽量、抽汽温度、抽汽压力与疏水温度。
11.进一步地，通过运行参数得到各个供热机组的供热抽汽焓与疏水焓，结合各个机组的供热抽汽量得到实际运行工况下当前热负荷；电负荷为各个供热机组发电功率之和。
12.进一步地，依据各个供热机组运行域建立直角坐标系，以电负荷为横坐标、热负荷为纵坐标，得到热负荷、电负荷的对应关系。
13.进一步地，基于全厂所有供热机组运行域，以所有供热机组的最小电负荷之和为
全厂最小电负荷，以所有供热机组的最大电负荷之和为全厂最大电负荷。
14.进一步地，在各个供热机组运行域内产生满足所设约束的情况的工况点作为迭代初值，计算各个供热机组供热量，并将所有机组供热量相加并记为全厂供热量。
15.进一步地，利用粒子群算法更新各机组工况点，通过不断迭代获取满足电负荷约束条件下全厂的最大供热量与最小供热量。
16.进一步地，在全厂最小电负荷到全厂最大电负荷范围内，以固定间隔取电负荷，计算该电负荷约束下全厂供热机组的最大供热量与最小供热量并记录，整合记录结果获取热电厂运行域。
17.进一步地，基于供热机组的实时工况，代入热电厂运行域，获取该电负荷下热负荷调整范围、该热负荷下的调峰空间。
18.本公开的第二目的是提供一种热电厂灵活性调整空间分析系统，采用以下方案：
19.热电关联关系模块，被配置为：基于全厂各个供热机组的供热工况，获取各个供热机组运行域，建立热负荷、电负荷的对应关系；
20.供热量获取模块，被配置为：获取各个供热机组运行域内满足设定电负荷约束的工况点，依据热负荷、电负荷的对应关系，迭代获取约束条件下所有供热机组的最大供热量和最小供热量；
21.热电负荷调整空间分析模块，被配置为：记录不同电负荷下对应的最大供热量和最小供热量，得到热电厂运行域，基于该运行域进行分析热电负荷可调空间分析。
22.与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
23.(1)从整个热电厂的机组调度角度出发，建立热负荷、电负荷的运行域和对应关系，通过负荷分配使得不同机组之间的优势互补，在满足能源供应要求的同时，减少改造成本和运行风险，将整个热电厂的灵活性调整空间可视化。
24.(2)基于单台机组运行域不同，利用粒子群智能算法计算出给定电负荷下的全厂最大、最小热负荷，进而获得热电厂厂级运行域；可在线计算出给定电负荷下全厂热负荷调整空间与给定热负荷下全厂电负荷调整空间。
25.(3)从调度角度提高热电厂运行灵活性，避免了供暖季前后由于机组灵活性改造或热电解耦技术造成的停机检修或调整。并且，能够适用于已经进行了灵活性改造的机组，基于更多的工况能够进一步挖掘热电厂调峰空间。
附图说明
26.构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
27.图1为本公开实施例1、2、3中某亚临界机组供热工况示意图；
28.图2为本公开实施例1、2、3中某超临界机组供热工况示意图；
29.图3为本公开实施例1、2、3中某亚临界机组运行域示意图；
30.图4为本公开实施例1、2、3中某超临界机组运行域示意图；
31.图5为本公开实施例1、2、3中热电厂厂级运行域示意图；
32.图6为本公开实施例1、2、3中某工况下热电厂负荷可调空间示意图。
具体实施方式
33.实施例1
34.本公开的一个典型实施例中，如图1
‑
图6所示，给出一种热电厂灵活性调整空间的分析方法。
35.主要包括以下步骤：
36.基于全厂各个供热机组的供热工况，获取各个供热机组运行域，建立热负荷、电负荷的对应关系；
37.获取各个供热机组运行域内满足设定电负荷约束的工况点，依据热负荷、电负荷的对应关系，迭代获取约束条件下所有供热机组的最大供热量和最小供热量；
38.记录不同电负荷下对应的最大供热量和最小供热量，得到热电厂运行域，基于该运行域进行热电负荷可调空间分析。
39.具体的，结合附图，从调度角度出发，利用粒子群算法得出了整个热电厂可视化的灵活性调整空间，并给出一种图解法获取任意工况下全厂的热、电负荷可调空间。
40.采用以下技术方案：热电厂参与供热的抽汽凝汽式机组台数为n，n≥2。每台机组运行域不同，供热参数也不同。包括以下步骤：
41.步骤1：记录机组实际运行工况下的运行参数，包括：各机组发电功率、供热抽汽量、抽汽温度、抽汽压力与疏水温度。
42.步骤2：根据步骤1所记录的数据，查饱和蒸汽与过热蒸汽的热焓表可获得各机组的供热抽汽焓与疏水焓。
43.步骤3：根据步骤1所记录的各机组供热抽汽量与步骤2中的供热抽汽焓与排水焓计算实际运行工况下全厂当前热负荷。全厂当前电负荷等于机组发电功率之和。
44.步骤4：利用全厂各供热机组供热工况图，绘制各供热机组运行域，并将其绘制在直角坐标系中，横坐标表示为电负荷，纵坐标表示为热负荷，单位均为mw。
45.步骤5：将n台机组运行域的最小电负荷相加，记为全厂最小电负荷；将n台机组运行域的最大电负荷相加，记为全厂最大电负荷。
46.步骤6：在各机组运行域内产生满足所设约束的情况的工况点作为迭代初值，计算各台机组供热量，并将n台机组供热量相加并记为全厂供热量。利用粒子群算法更新各机组工况点，通过不断迭代获取满足约束条件下全厂的最大供热量与最小供热量。
47.步骤7：在全厂最小电负荷到全厂最大电负荷范围内，以固定间隔取电负荷，计算该电负荷约束下全厂的最大供热量与最小供热量，并将数据记录在matlab向量中。
48.步骤8：将步骤7中matlab向量中的数据绘制在直角坐标系中，可获得热电厂运行域。
49.步骤9：在热电厂运行域中将步骤3中所述工况点标出，记为点o。
50.步骤10：过点o作垂直于横轴的线l1，l1与运行域上界交点记为o
i
，与运行域下界交点记为o
ii
。o
i
表示热电厂在该电负荷下能承担的最大热负荷；o
i
与o
ii
之间代表热电厂在该电负荷下热负荷调整范围。
51.步骤11：过点o作垂直于纵轴的线l2，l2与运行域的左界交点记为o
iii
。o
iii
表示热电厂在该热负荷下的最小电负荷；o与o
iii
之间代表热电厂在该热负荷下的调峰空间。
52.利用粒子群智能算法计算出给定电负荷下的全厂最大、最小热负荷，进而获得热
电厂厂级运行域。可在线计算出给定电负荷下全厂热负荷调整空间与给定热负荷下全厂电负荷调整空间。
53.必要步骤解释
54.所述步骤3中，各机组抽汽量计算公式如下：
55.q
i
＝d
i
(h
i
‑
h
is
)
56.式中，q
i
为第i台机组的供热量，d
i
为第i台机组的供热抽汽流量，h
i
为第i台机组供热抽汽焓值，h
is
为第i台机组供热疏水焓值。
57.所述步骤6中，粒子群算法中，以粒子速度矢量代表每次迭代的大小与方向，以粒子位置代表工况点，粒子速度与位置计算公式为：
[0058][0059]
式中：v
k+1
和v
k
分别为第k+1与第k次迭代时粒子速度；v
k+1
和v
k
分别为第k+1与第k次迭代时粒子位置；w为惯性权重；c1、c2为学习因子；r1、r2分别为0～1之间的随机数字。
[0060]
目标函数与约束条件
[0061]
所述步骤7中获得全厂最大与最小供热量，目标函数如下：
[0062][0063]
式中，q
all
为全厂当前热负荷。
[0064]
步骤8所述热电厂运行域，见附图5；步骤10所述热、电负荷调整空间，详见附图6。
[0065]
上述约束条件：n台机组发电功率之和应等于步骤3中计算的全厂当前电负荷，每台机组的热负荷与电负荷均在运行域范围内。
[0066]
电负荷约束：
[0067][0068]
式中，p
all
为全厂当前热负荷，pi为各机组电负荷。
[0069]
运行域约束：机组不同抽汽量对应的电负荷取值范围不同，#1号与#2号机组运行域，见附图3；#3号与#4号机组运行域，见附图4。
[0070]
当d
a
≤d
i
≤d
b
时，机组电负荷取值范围为
[0071][0072]
当d
e
≤d
i
≤d
a
时，机组电负荷取值范围为
[0073][0074]
式中，d
a
、d
b
、d
c
、d
d
、d
e
分别为运行域中a、b、c、d、e工况点对应机组供热抽汽量；p
a
、
p
b
、p
c
、p
d
、p
e
分别为运行域中a、b、c、d、e工况点对应机组电负荷。其中k
ab
、k
cd
、k
ae
分别为运行域内直线ab、cd、ae的斜率。
[0075]
实施例2
[0076]
本公开的另一个典型实施例中，如图1
‑
图6所示，给出一种热电厂灵活性调整空间的分析方法。
[0077]
某热电厂有4台热电联产机组在运。其中2台为330mw一次中间再热、抽汽凝汽式亚临界机组；2台为350mw一次中间再热，抽汽凝汽式超临界机组。各机组设计参数如表1所示。
[0078]
表1各机组设计参数
[0079][0080]
步骤1：从电厂dcs系统记录当前运行工况的供热抽汽量、抽汽温度、抽汽压力与疏水温度。
[0081]
步骤2：查饱和蒸汽与过热蒸汽的热焓表可获得各机组的供热抽汽焓与疏水焓。具体结果如表2所示。
[0082]
表2各机组供热参数
[0083][0084]
步骤3：根据步骤1所记录的各机组供热抽汽量与步骤2中的供热抽汽焓与排水焓计算实际运行工况下全厂当前热负荷。全厂当前电负荷等于机组发电功率之和。计算结果如表3所示。
[0085]
表3各机组热电负荷
[0086][0087]
步骤4：利用全厂各供热机组供热工况图，获得各供热机组运行域，并将其绘制在坐标系中。以图1为例，在允许的电负荷范围内，每个电负荷都对应其供热抽汽量的调整范
围，将各电负荷对应的最大、最小供热抽汽量记录在matlab向量中，利用步骤3所述方法可计算出对应热负荷。不同电负荷下最大供热抽汽量对应的热负荷间的连线为运行域上界；最小供热抽汽量对应的热负荷间的连线为运行域下界。#1、#2号机组运行域如图3所示；#3、#4号机组运行域如图4所示。运行域所示abcde点坐标如表4所示。
[0088]
表4运行域工况点坐标
[0089][0090][0091]
步骤5：将n台机组运行域的最小电负荷相加，记为全厂最小电负荷；将n台机组运行域的最大电负荷相加，记为全厂最大电负荷。
[0092]
全厂最小电负荷为：p
all，min
＝127+127+180+180＝614mw
[0093]
全厂最大电负荷为：p
all，max
＝340+340+390+390＝1460mw
[0094]
步骤6：在各机组运行域内产生满足所设约束的情况的工况点作为迭代初值，计算各台机组供热量，并将n台机组供热量相加并记为全厂供热量。利用粒子群算法更新各机组工况点，通过不断迭代获取满足约束条件下全厂的最大供热量与最小供热量。粒子群算法中，粒子的初始速度、初始位置与迭代过程中的参数如表5所示。
[0095]
表5粒子群算法参数
[0096][0097]
步骤7：在全厂最小电负荷到全厂最大电负荷范围内，以固定间隔取电负荷，计算该电负荷约束下全厂的最大供热量与最小供热量，并将数据记录在表格中。全厂电负荷调整范围为614mw～1460mw，电负荷间隔取20mw。
[0098]
步骤8：将步骤7中matlab向量中的数据绘制在坐标系中，可获得热电厂运行域，如图5所示。
[0099]
步骤9：在热电厂运行域中将步骤3中所述工况点标出，记为点o。
[0100]
步骤10：过点o作垂直于横轴的线l1，l1与运行域上界交点记为o
i
，与运行域下界交点记为o
ii
。o
i
表示热电厂在该电负荷下能承担的最大热负荷；o
i
与o
ii
之间代表热电厂在该电负荷下热负荷调整范围。
[0101]
步骤11：过点o作垂直于纵轴的线l2，l2与运行域左界交点记为o
iii
。o
iii
表示热电厂在该热负荷下的最小电负荷；o与o
iii
之间代表热电厂在该热负荷下的调峰空间。
[0102]
当案例中热电厂电负荷为760mw，热负荷为713mw时，步骤10与步骤11所述热负荷与电负荷可调空间如图6所示。电负荷760mw时，热电厂最大供热量为1186mw，向上调整空间为39.88％；热负荷为713mw时，热电厂最小电负荷为690mw，向下调整空间为9.21％。
[0103]
计算结果表明，本实施例中提出的方法可直观显示热电厂在实际运行工况下热负荷与电负荷调整空间，可用于在线计算，为调度部门提供参考。
[0104]
从调度角度提高热电厂运行灵活性，避免了供暖季前后由于机组灵活性改造或热
电解耦技术造成的停机检修或调整。从本方法的角度分析，对于已经进行了低压缸零出力等灵活性改造的机组，以及对于不同的供热抽汽压力等情况，只是提供了更多的运行工况匹配方案的情况，本实施例提供的方法仍然适用，并且基于更多的工况，能够为进一步挖掘热电厂调峰空间提供了可能，具有广阔的应用前景。
[0105]
实施例3
[0106]
本公开的另一个典型实施例中，如图1
‑
图6所示，给出一种热电厂灵活性调整空间分析系统。
[0107]
包括：
[0108]
热电关联关系模块，被配置为：基于全厂各个供热机组的供热工况，获取各个供热机组运行域，建立热负荷、电负荷的对应关系；
[0109]
供热量获取模块，被配置为：获取各个供热机组运行域内满足设定电负荷约束的工况点，依据热负荷、电负荷的对应关系，迭代获取约束条件下所有供热机组的最大供热量和最小供热量；
[0110]
热电负荷调整空间分析模块，被配置为：记录不同电负荷下对应的最大供热量和最小供热量，得到热电厂运行域，基于该运行域进行热电负荷调整空间分析。
[0111]
对于热电厂热电负荷调整系统各个模块的具体功能和方案，参照实施例1、2中所述的热电厂灵活性调整空间的分析方法，在此不再赘述。
[0112]
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。