CN103412526A - 一种供热机组在线负荷的调度方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种供热机组在线负荷的调度方法与系统，适用于在采暖期对供热机组实施合理调度；本方法基于电网中供热机组参数的实时监测数据，计算机组的各项供热指标，以汽轮机变工况法结合机组实际运行状态求取以热定电数学模型，电网调度人员可根据需求采用最小负荷方式调度、快速增减负荷方式调度和节能方式调度，提供了对供热机组调度决策的依据；根据气象部门发布的天气预报，结合供热机组历史数据的回归分析结果，将天气现象、气温和风力应用于供热量预测之中，根据预测的供热量结合以热定电数学模型预测机组次日或次月的电力和电量。

Description

一种供热机组在线负荷的调度方法与系统

技术领域

本发明涉及一种供热机组在线负荷的调度方法和系统，主要应用于火力发电厂供热机组的负荷调度、电力与电量预测，解决供热期电网调峰问题，从而最大限度地接纳风电、核电等清洁能源，目的是降低能源消耗，减少污染物排放。

背景技术

目前，我国北方地区多采用热电联产机组提供冬季采暖供热，当供热机组容量占整个电网比例较大时，由于电力调度部门不能实施掌握各机组的在线供热状况，为保证供热可靠性，供热机组发电负荷裕度较大，从而给电网低负荷调峰带来难度。

随着风电容量的增加以及核电机组的投入运行，采暖期为保供热，不得不大量放弃风电，这与《中华人民共和国可再生能源法》等相关政策相违背，因此，基于供热机组以热定电在线监测技术，研究供热机组最小发电负荷及其在线调度方法，通过限制供热机组发电负荷，提高电网接纳清洁能源的能力。公开号CN101619850A《基于热电系统负荷在线预测的调度方法与系统》，此发明调度方法调度操作的主要对象是热电生产系统的核心设备锅炉和蒸汽发电机组，而没有针对热电机组的发电负荷对电网调峰方面的影响做出阐述。

发明内容

发明目的

为了对电网中供热机组实施公开、公平、公正的发电负荷调度，本发明提供了一种供热机组在线负荷的调度方法和系统，通过控制供热机组最小发电负荷，从而缓解采暖期电网低负荷调峰的压力。

技术方案

一种供热机组在线负荷的调度方法，调度的对象是电网中的供热汽轮发电机组，调度的参数是发电负荷，该方法步骤如下：

a、供热机组有关参数的实时在线监测与分析：数据源于电厂的DCS系统以及额外增加的监控测点，将这些参数传送至电网调度部门，主要监控热网参数和机组参数；对各电厂、各机组参数进行汇总和趋势分析，计算全厂的供热量，机组的工业供热量、采暖供热量、供电负荷，机组的热电比、机组效率指标，形成数据库；

b、根据机组的热力特性，以汽轮机变工况法建立以热定电的数学模型，结合机组的在线运行参数、实际效率对数学模型进行修正；计算机组的THA工况和TMCR工况的发电负荷区间，确定机组的可增负荷、可减负荷和开机方式建议；

c、根据实时监控的参数和计算结果，按照电网需求实施具体的调度方法，结合机组的历史数据，基于天气预报开展供热机组供热量、电力与电量的预测。

上述步骤c中电网调度部门可根据电网实时需求选择以下三种调度方法之一：

（1）采用最小负荷方式调度：当电网需要最大限度地接纳风电等清洁能源时，可对供热机组全部按照计算的最小发电负荷进行调度；

（2）快速增减负荷方式调度：当电网需要快速增加或减少负荷时，按照机组爬坡速率和降谷速率对所有供热机组的排序结果进行调度，以实现最少的调整次数或最短的调整时间；

（3）节能方式调度：当电网需要节能调度模式时，在满足供热、供电安全的前提下，按照热电负荷优化分配的方案决定机组的开机方式和发电负荷。

所述的供热机组电量预测，是基于气象部门发布的天气预报，对机组历史数据进行回归，并将气温、天气现象和风力对供热量的影响进行分配，从而实现供热量的月度预测；根据预测的供热量，按照建立的以热定电数学模型开展电力预测和电量预测，从而为调度部门开展次月调度提供依据。

一种如上所述供热机组在线负荷的调度方法所调度的系统，设置在电网主站，其特征在于：该系统由实时监控模块、数据分析模块、趋势分析模块和负荷预测模块构成；实时监控模块用于实时监控热网参数、机组参数、热效率、发电负荷、负荷调度区间、机组开机方式和全网数据汇总报表，供热量和热电比即实时监测计算结果并与设计指标对比；数据分析模块用于生成全网历史数据报表、机组报表、热网报表和电厂报表；趋势分析模块用于对指标趋势、参数趋势和调峰趋势进行对比分析；负荷预测模块用于结合设计工况基于天气预报，进行负荷预测和电力预测。

优点及效果

本发明的优点和有益效果如下：

（1）实现了供热机组供热与供电的有效监督。通过对机组供热参数、机组参数的监控，掌握供热机组热电特性，规避了以往电厂根据供热虚报而需要增加发电负荷的问题。

（2）对供热机组调度决策提供了技术支撑。开辟了调度专用界面，开发了三种调度方法，对其关心的参数和指标进行计算和分析，提出了根据供热量计算的最大和最小发电负荷区间，同时结合一次调频功能对机组可增与可减负荷进行排序，编制了调度决策使用说明，根据系统计算结果、参数分析，可以综合各种因素，科学、合理、公平地对供热机组开展发电负荷调度。

（3）为节能减排、经济调度建立了平台。在供热机组在线监测系统中，计算和分析了供热机组供热量、热电比、热效率重要热电联产指标，可有效地评价机组是否负荷国家和行业的节能政策要求，为政府监管供热机组特性提供依据。同时也可根据这些指标，优先安排效率较高的发电机组负荷，达到节能减排的目的。

（4）为风电、核电等清洁能源提供了发电空间。由于供热机组比例较大，在供热期间为满足供热需求，无供热监管情况时，往往牺牲风电，存在大量弃风电现象，未来，可以在保证供热安全、设备安全的条件下，限制供热机组出力，为风电、核电、太阳能等清洁能源的提供发电空间。

（5）为政府和电网企业科学、合理地制定用电计划提供技术支撑。在本发明中，制作了基于气象参数的电量预测功能，特点是以日、月为周期开展电量预测，增加了实用性和可操作性。

附图说明

图1是供热机组负荷调度方法流程图；

图2是供热机组负荷调度系统构成示意图；

具体实施方式

本发明涉及一种供热机组在线负荷的调度方法和系统，基于供热机组以热定电在线监测技术，通过热电机组的供热量，确定各供热机组的最小发电负荷，以及根据供热量的预测，实现电力与电量的预测方法，通过控制供热机组最小发电负荷，有效缓解了采暖期电网低负荷调峰的压力。该方法步骤如下：

1、供热机组有关参数的实时在线监测。数据源于现场的DCS系统以及额外增加的监控测点。主要分为两个方面，一是热网参数，二是机组参数。将这些参数传送至电网调度部门的监控中心，对供热机组的运行状态、运行方式进行监控。

2、建立实时数据分析和历史数据分析功能。根据参数的在线采集，建立实时数据库和历史数据库，对各电厂、各机组的参数汇总分析，计算全厂的供热量，机组的工业供热量、采暖供热量、供电负荷，机组的热电比、机组效率等指标。通过各参数的信息分析，判断机组运行状态、运行方式，为下一步调度决策提供依据。

3、根据机组的热力特性，建立以热定电的数学模型，结合机组的实际运行参数、机组实际效率对数学模型进行在线修正。通过数学模型，计算机组的发电负荷区间，确定机组的可增负荷、可减负荷和开机方式建议。

4、掌握各电厂、各机组发电负荷区间后，根据电网需求，可选三种调度模式。模式1采用最小负荷方式调度模式：当电网需要最大限度地接纳风电等清洁能源时，可对供热机组全部按照计算的最小发电负荷进行调度；模式2为快速调度模式，即结合机组的爬坡速率和降谷速率，重新对机组的增减负荷序位进行优化排序，从而使调度运行人员在电网增减负荷过程中能够根据机组的增减负荷序位快速进行调整，以最少的调整次数或最短的调整时间达到最佳的调整效果；模式3是节能调度模式，即根据供热量、发电量进行优化分配，从而确定开机方式和机组负荷，达到节能的目的。

5、根据各电厂、各机组实时监测的数据和历史数据，基于气象部门发布的下月天气预报，即由天气现象、气温和风力，进行数学回归计算得出机组的供热量，再由以热定电数学模型，计算出供热机组次日或次月的电力和电量的最大值与最小值，从而达到电力与电量预测的目的。

6、根据以上计算结果，在保证供热安全、机组设备安全的前提下，经综合判断，确定供热机组优化调度的方法和策略，并在实践中得到应用。

该系统由实时监控模块、数据分析模块、趋势分析模块和负荷预测模块构成；实时监控模块用于实时监控热网参数、机组参数、热效率、发电负荷、负荷调度区间、机组开机方式和全网数据汇总报表，供热量和热电比即实时监测计算结果并与设计指标对比；数据分析模块用于生成全网历史数据报表、机组报表、热网报表和电厂报表；趋势分析模块用于对指标趋势、参数趋势和调峰趋势进行对比分析；负荷预测模块用于结合设计工况基于天气预报，进行负荷预测和电力预测。

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

1、数据监控与分析

数据源于现场的DCS系统以及额外增加的监控测点，主要分为两个方面，一是热网系统中供回水压力、温度和流量的监测；二是机组系统中的发电负荷、主蒸汽压力、温度、流量；在热蒸汽压力、温度；汽轮机排汽压力；工业抽汽压力、温度、流量；采暖抽汽压力、温度、流量；环境温度等。将这些参数传送至电网调度部门的监控中心，建立实时数据库和历史数据库，根据监控的参数，对各电厂、各机组的数据汇总分析，计算全厂的供热量，机组的工业供热量、采暖供热量、供电负荷，机组的热电比、机组效率等指标。通过各参数的信息分析，判断机组运行状态、运行方式，为下一步调度决策提供依据。

2、调度模式

（1）依照各机组的THA工况、TMCR工况和供热工况的热力特性，采用弗留格尔公式对汽轮机进行变工况计算，当供热参数变化时，对机组回热系统的抽汽量进行重新分配，保证汽轮机低压通流部分最小冷却流量时，计算出机组在不同供热工况下基于THA工况的最大和最小发电负荷区间以及基于TMCR工况主蒸汽参数时的最大发电负荷，形成以热定电数学模型。

（2）根据监控的主蒸汽参数、在热蒸汽参数和汽轮机排汽参数以及性能试验得出的机组实际效率，对数学模型进行修正计算，来保证数学模型更符合机组运行的实际状况。

（3）根据机组当前的供热量和发电量，进行热电负荷分配，以判断机组采用何种方式运行最佳。

①当电网需要更多地接纳风电、核电等清洁能源时，调度部门可根据计算的机组最小发电负荷全部调度，从而为接纳清洁能源提供空间。

②当电网需要快速增加或减少供热机组负荷时，通过计算得到机组在当前运行状态下的可增负荷和可减负荷后，结合机组的爬坡速率和降谷速率，重新对机组的增减负荷序位进行优化排序，从而使调度运行人员在电网增减负荷过程中能够根据机组的增减负荷序位快速进行调整，以最少的调整次数或最短的调整时间达到最佳的调整效果。

优化排序方法

f_i＝w₁·Δp_i/Σp_i+w₂·Δp_i/Σs_i

按f_i大小对上述机组进行动态优化增加负荷进行排序。

f_i'＝w₁·Δp_i'/Σp_i'+w₂·Δp_i'/Σs_i'

按f_i'大小对上述机组进行动态优化减少负荷进行排序。

③当电网需要节能调度模式时，就是在运行时间内满足热用户的热、电负荷的要求及满足机组总供热和总出力的限制条件下．合理分配各个运行供热机组间的热，电负荷，使整个热电厂的总煤耗量为最小。

开停机方式：当Q_i(max)≥Q_k，即某台机组最大供热能力大于等于热网需求的供热量时，系统将提示可以停止一台机组运行，根据机组热力试验结果，在同容量的机组间停止煤耗大的机组处于备用状态（但需要检修等特殊情况例外）。

热电负荷优化分配：当

即热网需求的供热量大于某单台机组最大供热量，小于几台（2、3、4）机组最大供热量之和时，热耗率为 $\underset{i=1}{\overset{2}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{HR}=\frac{H{R}_{1\left(p1\right)}\×P_1+Q_{1\left(x\right)}}{P_1}+\frac{{\mathrm{HR}}_{2(p-p1)}\×(p-p_1)+(Q_k-Q_{1\left(x\right)})}{p-p_1}.$

优化调度步骤：第一台机最大供热量时，计算第一台机组最小负荷，总需求热量减去第一台供热量即为第二台供热量，计算第二台机组最小负荷，判断第二台最小负荷是否满足供热条件（供热压力和供热流量），第一台机由最大供热量变步长减少供热量，增加第二台机组供热量直至最大供热量，同时按系统中已经实现的功能根据供热量分别计算两台机组最小发电负荷，同时计算总热耗，在计算结果中选取热耗最小值，再根据计算的两台机组最小发电负荷进行调度。两台机组的热负荷由电厂调节和分配。这样即解决了电网调峰的问题，又兼顾了电厂的节能。

（4）关于调度实施过程

①机组增加负荷

对于机组增加负荷，研究了两套方案，一是以汽轮机热耗率功率（THA）进汽量为基础的负荷；二是以汽轮机最大连续出力（TMCR）进汽量为基础的负荷。当电网平谷调峰时，往往以汽轮机铭牌功率为基准，即以汽轮机热耗验收功率工况为基准再考虑供热抽汽时的发电负荷，实时负荷应在THA最大负荷和最小负荷之间；当需要机组顶尖峰负荷时，允许汽轮机以最大连续出力工况对应的进汽流量条件下在考虑供热需求时的发电负荷，这时从设计能力来讲，机组是安全的，但由于机组设备缺陷、设备检修或煤质等问题影响负荷增减不在本系统考虑范围之内。换言之，机组在需要的时候，可以以TMCR工况计算得出的可增负荷实施调度，但在常规条件下，以THA工况计算得出的可增负荷实施调度。当在线负荷增加时，通常机组采暖抽汽量也相应增加。若采暖抽汽流量接近在线负荷下所对应的设计采暖抽汽量时，电厂提出由于负荷增加影响供热，请查看在线监测的主蒸汽流量，若在线监测的主蒸汽流量未达到设计的主蒸汽流量，可要求电厂增加锅炉负荷以达到设计的主蒸汽流量。

②机组减少负荷

本系统是基于实际的低压缸通流量，考虑参数、机组效率、厂用蒸汽等因素后计算得到的最小发电负荷，常规情况下，应使用本系统计算结果进行调度，但在非常规情况时，例如春节期间，需要更加减少机组负荷，原则上可以适当降低，但存在一定风险。当在线负荷降低时，通常机组采暖抽汽量也相应降低。当在线负荷未低于最小负荷时，电厂仍提出由于降低负荷影响供热，可查看当前采暖抽汽量是否低于在线负荷下所对应的设计采暖抽汽量，若不低于设计采暖抽汽量，可要求电厂通过改变蝶阀开度或热网加热器进汽门开度来自行调整采暖抽汽流量。

③供热能力问题

机组供热参数（包括供回水温度）的调整是自然调节过程，本系统已经计算出机组当前的供热量和最小发电负荷，建议调度根据本系统计算出的可减负荷逐步降低机组负荷，在减负荷过程中如果电厂提出供水温度或回水温度不足的问题，首先要求电厂通过减小抽汽蝶阀开度（目前规定约20%开度）或增加热网加热器进汽门（可开100%）的开度来提高供热量，这样供回水温度也会相应提高，同时系统会根据供热量的变化及时计算变化后的可减负荷，调度再根据可减负荷调度机组出力。当计算出的可减负荷为零时，如果需要增加供热，原则上就应该增加负荷。

④供回水温度限额的问题

关于供回水温度限额的问题，主要是根据供暖面积、居民与非居民住宅比例、供热半径、气象环境变化、室内温度达标要求、热力公司调节方式等诸多因素相关。通常电厂与供热公司是合同关系的，合同中体现了供回水温度的限制，但该供回水温度是一个基本要求，由于环境温度的变化，供回水温度也会发生变化，当不满足要求时，系统会提示报警。

3、供热机组的电力与电量预测

首先根据气象部门发布的天气预报，获取下月各电厂所在地的天气状况。调用供热机组的供热量历史数据，进行气象温度与供热负荷相似度检验，当相似度大于0.6时，可根据天气预报进行供热量预测。

根据相关研究，热负荷的90%可认为是受室外温度的影响，自然风的影响负荷1%～5%，太阳辐射影响热负荷减少1%～5%。

本发明结合自然风和太阳辐射对热负荷预测进行调整和修正，关于自然风对热负荷调整系数：微风1%；3-4级风2%；5-6级风3%；7-8级风4%；7-8级以上风5%。关于太阳辐射对负荷调整系数：晴1%；多云2%；小雨3%；小雪、雨夹雪4%；大雪5%。

电力预测：在得到机组的预测采暖供热量后，可以根据式

计算出电厂的总采暖抽汽流量。在进行采暖抽汽流量分配后，根据采暖抽汽流量和工业抽汽流量，结合每台机组对应的数学模型预测出机组最大、最小电力。

电量预测：在得到电力预测后，可以根据

计算出电厂最大、最小电量。

Claims (4)

1.一种供热机组在线负荷的调度方法，调度的对象是电网中的供热汽轮发电机组，调度的参数是发电负荷，该方法步骤如下：

a、供热机组有关参数的实时在线监测与分析：数据源于电厂的DCS系统以及额外增加的监控测点，将这些参数传送至电网调度部门，主要监控热网参数和机组参数；对各电厂、各机组参数进行汇总和趋势分析，计算全厂的供热量，机组的工业供热量、采暖供热量、供电负荷，机组的热电比、机组效率指标，形成数据库；

b、根据机组的热力特性，以汽轮机变工况法建立以热定电的数学模型，结合机组的在线运行参数、实际效率对数学模型进行修正；计算机组的THA工况和TMCR工况的发电负荷区间，确定机组的可增负荷、可减负荷和开机方式建议；

c、根据实时监控的参数和计算结果，按照电网需求实施具体的调度方法，结合机组的历史数据，基于天气预报开展供热机组供热量、电力与电量的预测。

2.根据权利要求1所述的供热机组在线负荷的调度方法，其特征在于：步骤c中电网调度部门可根据电网实时需求选择以下三种调度方法之一：

（1）采用最小负荷方式调度：当电网需要最大限度地接纳风电等清洁能源时，可对供热机组全部按照计算的最小发电负荷进行调度；

（2）快速增减负荷方式调度：当电网需要快速增加或减少负荷时，按照机组爬坡速率和降谷速率对所有供热机组的排序结果进行调度，以实现最少的调整次数或最短的调整时间；

（3）节能方式调度：当电网需要节能调度模式时，在满足供热、供电安全的前提下，按照热电负荷优化分配的方案决定机组的开机方式和发电负荷。

3.根据权利要求1所述的供热机组在线负荷的调度方法，其特征在于：所述的供热机组电量预测，是基于气象部门发布的天气预报，对机组历史数据进行回归，并将气温、天气现象和风力对供热量的影响进行分配，从而实现供热量的月度预测；根据预测的供热量，按照建立的以热定电数学模型开展电力预测和电量预测，从而为调度部门开展次月调度提供依据。

4.一种如权利要求1所述供热机组在线负荷的调度方法所调度的系统，设置在电网主站，其特征在于：该系统由实时监控模块、数据分析模块、趋势分析模块和负荷预测模块构成；实时监控模块用于实时监控热网参数、机组参数、热效率、发电负荷、负荷调度区间、机组开机方式和全网数据汇总报表，供热量和热电比即实时监测计算结果并与设计指标对比；数据分析模块用于生成全网历史数据报表、机组报表、热网报表和电厂报表；趋势分析模块用于对指标趋势、参数趋势和调峰趋势进行对比分析；负荷预测模块用于结合设计工况基于天气预报，进行负荷预测和电力预测。

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