CN103530504B - 热电联产机组以热定电下可行运行区间的计算系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算系统：包括依次连接的数据采集及分析、变工况计算、工况图和调峰负荷读取模块，数据采集及分析模块从电厂DCS系统读取运行数据，并运用聚类分析法得到表征实际运行基准工况点，变工况计算模块基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近方法提取变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；工况图模块是根据变工况特性曲线获得；调峰负荷读取模块是基于数据库从工况图中智能计算调峰负荷可行运行区间。本发明还包括采用所述系统进行可行运行区间的计算方法。本发明可用于大型热电联产单抽机组及双抽机组的运行计算，安排供热机组参与调峰大大有益于热电厂以及电网调度。

Description

热电联产机组以热定电下可行运行区间的计算系统及方法

技术领域

本发明涉及一种大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的智能计算系统。本发明还涉及采用所述系统进行大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法。

背景技术

随着我国中小城市和经济开发区、工业园区的发展，以及节能、环保要求的提高，热电联产机组由于节能效果明显近几年得到了迅速发展，从传统工业的自备热电厂到区域性的集中供热热电厂，己形成了一定规模，并在电网的比例不断攀升。与此同时，随着社会经济日益增长，电网峰谷差日益加剧，供热机组参与电网调峰成为必然趋势。

热电联产机组参与电力调峰是在保证供热质量的前提下参与电力调度，故需按照用户的需求调整供热机组的热电负荷。由于抽汽式机组受到外界热负荷的影响，其调峰能力受到限制，当机组处在一定热负荷时，需要及时确定其经济负荷区间。目前在该方面的研究存在以下几点问题：

1.对工况图的研究大多基于设计工况计算获得，随着运行时间的推移以及机组的检修及改造，机组原设计给出的供热抽汽工况图已不能反映机组的真实运行工况，因此从原有的工况图中得到的负荷可行运行区间不能准确反映机组的实际调峰能力；

2.由于各类热电联产机组在以热定电运行条件下，机组实时的经济运行可行运行区间不能确定。当前热电联产机组一般在70%负荷以上运行，从而加剧了电网调峰压力，但如果不考虑热电厂运行条件，任意安排供热机组参与调峰则有可能损害热电厂的利益。

3.目前大多数研究工况图的绘制方法都把等抽汽工况线、等凝汽工况线等近似看成平行线，通常为了简便，取两个点成一条直线。而实际情况下，几个功率相差较远的工况，则所得的直线簇是不平行，真实的工况图的绘制应通过统计的方法获得，即多点拟合方式。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算系统，其包括基于聚类分析的数据采集及分析模块。

本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种采用上述系统用于大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法。

本系统及方法可用于大型热电联产单抽机组及双抽机组的运行计算，且因本法是从反映机组真实运行的工况图中得到准确的负荷可行运行区间，并考虑了热电厂运行条件，这样安排供热机组参与调峰大大有益于热电厂以及电网调度。

解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算系统，其特征是：包括依次连接的数据采集及分析模块、变工况计算模块、工况图模块和调峰负荷读取模块，所述的数据采集及分析模块从电厂DCS系统读取运行数据，并运用聚类分析法得到表征实际运行基准工况点，所述的变工况计算模块基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近方法提取变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；所述的工况图模块是根据变工况特性曲线获得；所述的调峰负荷读取模块是基于数据库从工况图中智能计算调峰负荷可行运行区间。

解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种采用上述系统用于大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法，包括以下步骤：

S1数据采集及分析模块从电厂DCS中读取运行数据，并运用聚类分析法得到实际运行基准工况点；

S2变工况计算模块基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近基于这些变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；

S3运用数据库将各工况点数据存入工况图模块中；

S4调峰负荷读取模块从工况图模块中读取、计算一定热负荷下电负荷可行运行区间并输出。

所述的步骤S1中，实际运行基准工况点包括额定负荷下的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况以及双抽工况；在电站运行中，同一功率条件下对应海量的实际运行数据。数据聚类分析技术指的是当从电厂提取中低压抽汽参数、主蒸汽参数以及功率一定时，其他变量如减温水温度、给水参数等可能会有波动。本技术通过聚类分析方法，选择当中四个类型的额定工况作为聚合点，并以此为中心，在海量数据中进行聚类分析，最终得到四个稳定的基准工况点；本发明运用的聚类分析方法是K均值聚类法，即系统首先要选择K个聚类中心，根据其他观测值与聚类中心的距离远近，将所有的观测值分成K类；其具体算法步骤为：

S1-1当机组进行大小修之后，重新从电厂DCS中读取运行数据；

S1-2从海量的读取运行数据中选出4个样本作为初始聚类中心，这四个样本分别为额定负荷下的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况以及双抽工况；

S1-3用选出的四个样本作为初始聚类中心；

S1-4取一样本，计算其到初始聚类中心的距离dij，并把样本归到离它最近的那个聚类中心所在的类，同时计算每个新类的样本均值，将样本均值作为新的聚类中心；

原始数据矩阵：

X代表有n个样本，而每个样本有p个变量，这p个变量包括了主蒸汽参数，汽轮机各级抽汽压力，回热系统各级给水和疏水参数；

S1-5循环（4）的步骤，重复操作，直至所有样本归入相应类中，并采用误差平方和准则函数E来评价聚类性能；

其中m_i为聚类中心均值；

S1-6所有样本归类完之后，每一类数据进行整合求各个变量的算术平均，进而最终得到四个实际运行基准工况。

所述的步骤S2的基于等效焓降法进行变工况计算，指将聚类得到的四个工况为基准工况进行变工况计算，包括以下步骤：

S2-1设主蒸汽流量D0初值与功率成比例：

P_e——变工况的电功率；0——角码，表示基准工况，无“0”角码者为变化后工况；D₀₀表示变工况后的蒸汽流量；

S2-2基于弗留格尔公式计算抽汽参数，其是热系统变工况计算的基本公式：

式中D——通过级组的蒸汽流量；

P——蒸汽压力；

T——蒸汽温度；

1、2——角码，分别表示级组前后；

对于凝汽机组，其抽汽压力用下面近似计算式确定：

对于负荷变化的变工况，可以认为抽汽量比例于汽轮机的汽耗量D₀，由此导出抽汽压力P_r比例于汽轮机的汽耗量，即：

S2-3计算汽轮机内效率

根据基准工况中的各抽汽焓值确定：

式中h_10(r)——基准工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_20(r)——基准工况下r级组的出口蒸汽焓；

——基准工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到P_20(r)时的焓值，末级效率根据厂家提供的变工况曲线查得；

对于机组调节级后压力与主蒸汽流量成正比，即P₂=k₁D₀；

S2-4抽汽焓值计算

公式：

式中h_1(r)——变工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_2(r)——变工况下r级组的出口蒸汽焓，即该级的抽汽焓值；

——变工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到P_2(r)时的焓值；

S2-5再热器及其系统圧损的确定

再热机组由于蒸汽通过再热器及其系统存在圧损△P_zr,在热系统变工况计算中需要确定再热器及其联接系统的圧损，即中压缸进口压力变化由下式近似表示

P_zr″——中压缸进口压力；

D_zr——汽轮机中压缸进口流量；

再热器系统圧损由下式确定：

则高压缸出口压力

P_zr′=P_zr″+△P_zr；

S2-6加热器出口水焓值的确定

本方法在确定热系统的各点汽水参数时不考虑加热器的工况，各加热器抽汽圧损近似认为圧损的相对值不变；即δP_r=△P_r/P_r=常数；加热器的上端差、下端差在不考虑加热器的变工况时，认为不变，该数值由厂家提供；根据端差定义以及已知的给水泵、凝结水泵压力，确定各加热器出口水温、焓值和加热器出口疏水的温度和焓值；

上端差θ=t_sj-t_wj+1

t_sj——加热器汽侧压力下的饱和水温；

t_wj+1——该级的出口水温；

下端差

t_sj′——离开疏水冷却器的疏水温度；

t_wj——该级的进口水温；

S2-7所述排汽焓值是根据原始数据中末级压力与低压缸入口焓值拟合而得，其结果为：

h_n=a₁-a₂p-a₃h_l

p为末级抽汽压力，h_l为低压缸入口焓值，a₁、a₂及a₃为拟合的系数；

S2-8所述给水泵汽轮机抽汽份额计算公式为：

α_xqj=△h/(h_xqj-h(p，T))；

h_xqj为给水泵汽轮机进汽焓值，P为汽轮机背压P_c的1.15倍，温度T为凝汽器补水温度，h(p，T)为关于汽轮机排汽压力P_c与排汽温度T的焓值计算公式，已知压力跟温度可以通过查找焓熵图求得，△h为给水泵焓升；

S2-9所述低压加热器给水量D_L公式是根据流量平衡法而得，如下：

D_L0——基准工况下的低压加热器给水量；

D_rn0、D_rn——分别为基准与计算工况下的第n级的抽汽流量；

D_g0——为基准工况下除氧器的抽汽量；

S2-10在上述各参数计算完毕后，再运用现有的等效焓降的方法计算出一个新的主蒸汽流量D0，并与前一次计算的流量进行对比，直到两次计算得来的流量相对误差低于0.1%时，迭代计算终止。

所述的步骤S2中的根据连续函数的最佳平方逼近基于这些变工况特性，获得机组实际运行工况曲线，其具体步骤如下：

对于双抽供热机组：

双抽供热机组工况图有上、下两个象限，两个象限共用一个横坐标发电功率Pe，上象限的纵坐标为新蒸汽量D₀，下象限的纵坐标是低压抽汽量；上象限中有凝汽工况线、等抽汽量工况线、等凝汽量工况线、最小凝汽量工况线、最大进汽量工况线，下象限是当有低压抽汽时的等功率线工况线；

上象限：

1）纯凝工况线：根据变工况计算程序计算出从纯凝最小功率到额定功率的一系列工况点（P1,D1），（P2,D2）,（P3,D3）……，用连续函数的最佳平方逼近拟合出一条直线L1即纯凝工况线和一条精度够大的纯凝工况下的功率与凝汽量关系曲线L2；

2）等抽汽量工况线：用变工况程序计算出几个抽汽量不同的工况点，根据这些散点的功率和主蒸汽流量将它们描在图中，过这些散点作与L1平行的直线，即为相应的等抽汽量工况线；

3）等凝工况线：对一个已知功率和抽汽量的纯中压抽汽工况，通过变工况程序计算得到该工况下的凝汽量，由曲线L2计算得到纯凝工况下相同凝汽量对应的纯凝功率，再由直线L2计算得出对应的纯凝主汽量，两个工况点的主蒸汽流量差与功率差的比值即为等凝工况线的斜率，计算6-8个点取其平均值为等凝工况线的斜率，画出相互平行的一系列等凝工况线；根据各工况线的流量和截距拟合得到一条曲线L3；

4）最小凝汽量工况线：按额定汽量的10%代入L3计算截距，斜率同等凝工况线；

5）最大进汽量工况线：最大进汽量D_max的一条水平线；

6）虚假最大功率工况线：将虚假流量代入到曲线L3得到虚假最大功率线的截距，斜率同等凝工况线，绘出虚假最大功率线；

下象限

7）低压抽汽口开启后的等功率线：对一个已知功率、中压抽汽和低压抽汽量的工况点，在变工况计算程序中算出该点的蒸汽流量，由该主汽流量和中压抽汽量在上象限的等抽汽量线簇中求得一个对应的虚假功率，低压抽汽量与功率差的比值即为等功率线的斜率，取3-4个点的平均值作为斜率值，求出相应的等功率线的解析式，绘出平行的等功率线簇；

8）限制线：纯凝工况线与最小工况线的焦点在横轴上的投影为点A，虚假最大功率线与纯凝工况线的交点在最大低压抽汽量线上的投影为点B，连接AB两点的直线即为无中压抽汽时低压抽汽量的限制线；

最终得到工况图的各工况线：最大凝汽量线、最小凝汽量线、最大中压抽汽线、凝汽工况线、最大虚假功率线、最大低压抽汽线、最小等功率线以及最大功率线；在边界内几条较分散等中压抽汽线以及几条等功率线等的曲线方程，由于等抽汽量下，各曲线的斜率相等，运用插值计算方法，得到各工况点而无需逐点计算，最终读取可行运行区间。

对于单抽机组而言，只需按照双抽机组低压抽汽为0，而画出上象限即可。

有益效果：同时适用于单抽与双抽机组，本发明得到的工况图数据是实时更新的，则可以实时确定在“以热定电”下的可行运行区间，指导热电联产机组参与电网调峰。

附图说明

图1是本发明的系统组成和连接关系示意图；

图2是变工况计算模块程序流程图；

图3是某电厂热电联产机组工况图绘制结果图；

图4是调峰负荷读取模块计算可行运行区间流程图。

具体实施方式

参见图1，本发明的大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算系统实施例，包括依次连接的数据采集及分析模块、变工况计算模块、工况图模块和调峰负荷读取模块，所述的数据采集及分析模块从电厂DCS系统读取运行数据，并运用聚类分析法得到表征实际运行基准工况点，所述的变工况计算模块基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近方法提取变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；所述的工况图模块是根据变工况特性曲线获得；所述的调峰负荷读取模块是基于数据库从工况图中智能计算调峰负荷可行运行区间。

参见图2的流程图，采用上述系统用于大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法，首先根据机组近期的运行数据，通过聚类分析技术得到各运行类型的额定工况，包括双抽机组的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况和双抽工况及单抽机组的抽汽工况、纯凝工况的运行参数，并以此作为实际运行的基准工况；然后基于等效焓降法并根据弗留格尔公式进行变工况计算，得到机组在不同变负荷工况下的运行特性；运用连续函数的最佳平方逼近法基于这些变工况特性获得机组实际运行工况图，将工况图特性以及各运行工况存入数据库中，并通过智能计算模块获得机组实时经济调峰负荷区间。

本方法具体包括以下步骤：

S1数据采集及分析模块从电厂DCS中读取运行数据，并运用聚类分析法得到实际运行基准工况点；

S2变工况计算模块基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近基于这些变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；

S3运用数据库将各工况点数据存入工况图模块中；

S4调峰负荷读取模块从工况图模块中读取、计算一定热负荷下电负荷可行运行区间并输出。

所述的步骤S1中，实际运行基准工况点包括额定负荷下的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况以及双抽工况；在电站运行中，同一功率条件下对应海量的实际运行数据。数据聚类分析技术指的是当从电厂提取中低压抽汽参数、主蒸汽参数以及功率一定时，其他变量如减温水温度、给水参数等可能会有波动。本技术通过聚类分析方法，选择当中四个类型的额定工况作为聚合点，并以此为中心，在海量数据中进行聚类分析，最终得到四个稳定的基准工况点；本发明运用的聚类分析方法是K均值聚类法，即系统首先要选择K个聚类中心，根据其他观测值与聚类中心的距离远近，将所有的观测值分成K类；其具体算法步骤为：

S1-1当机组进行大小修之后，重新从电厂DCS中读取运行数据；

S1-2从海量的读取运行数据中选出4个样本作为初始聚类中心，这四个样本分别为额定负荷下的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况以及双抽工况；

S1-3用选出的四个样本作为初始聚类中心；

S1-4取一样本，计算其到初始聚类中心的距离dij，并把样本归到离它最近的那个聚类中心所在的类，同时计算每个新类的样本均值，将样本均值作为新的聚类中心；

原始数据矩阵：

X代表有n个样本，而每个样本有p个变量，这p个变量包括了主蒸汽参数，汽轮机各级抽汽压力，回热系统各级给水和疏水参数；

S1-5循环（4）的步骤，重复操作，直至所有样本归入相应类中，并采用误差平方和准则函数E来评价聚类性能；

其中m_i为聚类中心均值；

S1-6所有样本归类完之后，每一类数据进行整合求各个变量的算术平均，进而最终得到四个实际运行基准工况。

所述的步骤S2的基于等效焓降法进行变工况计算，指将聚类得到的四个工况为基准工况进行变工况计算，包括以下步骤：

S2-1设主蒸汽流量D0初值与功率成比例：

P_e——变工况的电功率；0——角码，表示基准工况，无“0”角码者为变化后工况；D₀₀表示变工况后的蒸汽流量；

S2-2基于弗留格尔公式计算抽汽参数，其是热系统变工况计算的基本公式：

式中D——通过级组的蒸汽流量；

P——蒸汽压力；

T——蒸汽温度；

1、2——角码，分别表示级组前后；

对于凝汽机组，其抽汽压力用下面近似计算式确定：

对于负荷变化的变工况，可以认为抽汽量比例于汽轮机的汽耗量D₀，由此导出抽汽压力P_r比例于汽轮机的汽耗量，即：

S2-3计算汽轮机内效率

根据基准工况中的各抽汽焓值确定：

式中h_10(r)——基准工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_20(r)——基准工况下r级组的出口蒸汽焓；

——基准工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到P_20(r)时的焓值，末级效率根据厂家提供的变工况曲线查得；

对于机组调节级后压力与主蒸汽流量成正比，即P₂=k₁D₀；

S2-4抽汽焓值计算

公式：

式中h_1(r)——变工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_2(r)——变工况下r级组的出口蒸汽焓，即该级的抽汽焓值；

——变工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到P_2(r)时的焓值；

S2-5再热器及其系统圧损的确定

再热机组由于蒸汽通过再热器及其系统存在圧损△P_zr,在热系统变工况计算中需要确定再热器及其联接系统的圧损，即中压缸进口压力变化由下式近似表示

P_zr″——中压缸进口压力；

D_zr——汽轮机中压缸进口流量；

再热器系统圧损由下式确定：

则高压缸出口压力

P_zr′=P_zr″+△P_zr；

S2-6加热器出口水焓值的确定

本方法在确定热系统的各点汽水参数时不考虑加热器的工况，各加热器抽汽圧损近似认为圧损的相对值不变；即δP_r=△P_r/P_r=常数；加热器的上端差、下端差在不考虑加热器的变工况时，认为不变，该数值由厂家提供；根据端差定义以及已知的给水泵、凝结水泵压力，确定各加热器出口水温、焓值和加热器出口疏水的温度和焓值；

上端差θ=t_sj-t_wj+1

t_sj——加热器汽侧压力下的饱和水温；

t_wj+1——该级的出口水温；

下端差

t_sj′——离开疏水冷却器的疏水温度；

t_wj——该级的进口水温；

S2-7所述排汽焓值是根据原始数据中末级压力与低压缸入口焓值拟合而得，其结果为：

h_n=a₁-a₂p-a₃h_l

p为末级抽汽压力，h_l为低压缸入口焓值，a₁、a₂及a₃为拟合的系数；

S2-8所述给水泵汽轮机抽汽份额计算公式为：

α_xqj=△h/(h_xqj-h(p，T))；

h_xqj为给水泵汽轮机进汽焓值，P为汽轮机背压P_c的1.15倍，温度T为凝汽器补水温度，h(p，T)为关于汽轮机排汽压力P_c与排汽温度T的焓值计算公式，已知压力跟温度可以通过查找焓熵图求得，△h为给水泵焓升；

S2-9所述低压加热器给水量D_L公式是根据流量平衡法而得，如下：

D_L0——基准工况下的低压加热器给水量；

D_rn0、D_rn——分别为基准与计算工况下的第n级的抽汽流量；

D_g0——为基准工况下除氧器的抽汽量；

S2-10在上述各参数计算完毕后，再运用现有的等效焓降的方法计算出一个新的主蒸汽流量D0，并与前一次计算的流量进行对比，直到两次计算得来的流量相对误差低于0.1%时，迭代计算终止。

所述的步骤S2中的根据连续函数的最佳平方逼近基于这些变工况特性，获得机组实际运行工况曲线，其具体步骤如下：

对于双抽供热机组：

双抽供热机组工况图有上、下两个象限，两个象限共用一个横坐标发电功率Pe，上象限的纵坐标为新蒸汽量D₀，下象限的纵坐标是低压抽汽量；上象限中有凝汽工况线、等抽汽量工况线、等凝汽量工况线、最小凝汽量工况线、最大进汽量工况线，下象限是当有低压抽汽时的等功率线工况线；

上象限：

1）纯凝工况线：根据变工况计算程序计算出从纯凝最小功率到额定功率的一系列工况点（P1,D1），（P2,D2）,（P3,D3）……，用连续函数的最佳平方逼近拟合出一条直线L1即纯凝工况线和一条精度够大的纯凝工况下的功率与凝汽量关系曲线L2；

2）等抽汽量工况线：用变工况程序计算出几个抽汽量不同的工况点，根据这些散点的功率和主蒸汽流量将它们描在图中，过这些散点作与L1平行的直线，即为相应的等抽汽量工况线；

3）等凝工况线：对一个已知功率和抽汽量的纯中压抽汽工况，通过变工况程序计算得到该工况下的凝汽量，由曲线L2计算得到纯凝工况下相同凝汽量对应的纯凝功率，再由直线L2计算得出对应的纯凝主汽量，两个工况点的主蒸汽流量差与功率差的比值即为等凝工况线的斜率，计算6-8个点取其平均值为等凝工况线的斜率，画出相互平行的一系列等凝工况线；根据各工况线的流量和截距拟合得到一条曲线L3；

4）最小凝汽量工况线：按额定汽量的10%代入L3计算截距，斜率同等凝工况线；

5）最大进汽量工况线：最大进汽量D_max的一条水平线；

6）虚假最大功率工况线：将虚假流量代入到曲线L3得到虚假最大功率线的截距，斜率同等凝工况线，绘出虚假最大功率线；

下象限

7）低压抽汽口开启后的等功率线：对一个已知功率、中压抽汽和低压抽汽量的工况点，在变工况计算程序中算出该点的蒸汽流量，由该主汽流量和中压抽汽量在上象限的等抽汽量线簇中求得一个对应的虚假功率，低压抽汽量与功率差的比值即为等功率线的斜率，取3-4个点的平均值作为斜率值，求出相应的等功率线的解析式，绘出平行的等功率线簇；

8）限制线：纯凝工况线与最小工况线的焦点在横轴上的投影为点A，虚假最大功率线与纯凝工况线的交点在最大低压抽汽量线上的投影为点B，连接AB两点的直线即为无中压抽汽时低压抽汽量的限制线；

最终得到工况图的各工况线：最大凝汽量线、最小凝汽量线、最大中压抽汽线、凝汽工况线、最大虚假功率线、最大低压抽汽线、最小等功率线以及最大功率线；在边界内几条较分散等中压抽汽线以及几条等功率线等的曲线方程，由于等抽汽量下，各曲线的斜率相等，运用插值计算方法，得到各工况点而无需逐点计算，最终读取可行运行区间。

对于单抽机组而言，只需按照双抽机组低压抽汽为0，而画出上象限即可。

所述调峰负荷输出模块通过数据库将工况图上所得的各工况线嵌入该模块，其目的是热电联产“以热定电”下，实时确定电负荷随着热负荷变化的可调区间。此乃现有技术不再赘述。

工况图的目的是可以清楚直白地读取每一点的可行运行区间，而调峰负荷计算模块则可以精确的获得“以热定电”下，电负荷的可行运行区间。

所述的实时为当机组经过大小修之后，数据及时更新之后的时刻；而机组没有大小修时，其运行特性是稳定，因此所述得到的工况图是实时的。

图3是采用本发明的系统和方法对某电厂热电联产机组工况图绘制结果图；图4是调峰负荷读取模块计算可行运行区间流程图。

Claims (3)

1.一种大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法，其特征是：所述方法用到一计算系统，其包括依次连接的数据采集及分析模块、变工况计算模块、工况图模块和调峰负荷读取模块，所述的数据采集及分析模块从电厂DCS系统读取运行数据，并运用聚类分析法得到表征实际运行基准工况点，所述的变工况计算模块基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近方法提取变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；所述的工况图模块是根据变工况特性曲线获得；所述的调峰负荷读取模块是基于数据库从工况图中智能计算调峰负荷可行运行区间；

所述的方法包括以下步骤：

S1数据采集及分析模块从电厂DCS中读取运行数据，并运用聚类分析法得到实际运行基准工况点；

S2变工况计算模块基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近基于这些变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；

S3运用数据库将各工况点数据存入工况图模块中；

S4调峰负荷读取模块从工况图模块中读取、计算一定热负荷下电负荷可行运行区间并输出；

所述的步骤S1中，实际运行基准工况点包括额定负荷下的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况以及双抽工况；所述的聚类分析方法是K均值聚类法，包括以下子步骤：

S1-1当机组进行大小修之后，重新从电厂DCS中读取运行数据；

S1-2从海量的读取运行数据中选出4个样本作为初始聚类中心，这四个样本分别为额定负荷下的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况以及双抽工况；

S1-3用选出的四个样本作为初始聚类中心；

S1-4取一样本，计算其到初始聚类中心的距离dij，并把样本归到离它最近的那个聚类中心所在的类，同时计算每个新类的样本均值，将样本均值作为新的聚类中心；

原始数据矩阵：

$X=\left[\begin{array}{cccc}{X}_{11}& X_{12}& ...& X_{1p}\\ X_{21}& X_{22}& ...& X_{2p}\\ ...& ...& ...& ...\\ X_{n1}& X_{n2}& ...& X_{np}\end{array}\right]$

X代表有n个样本，而每个样本有p个变量，这p个变量包括了主蒸汽参数，汽轮机各级抽汽压力，回热系统各级给水和疏水参数；

$d_{ij}=\sqrt{\underset{k=1}{\overset{p}{\Σ}}{(x_{ik}-x_{jk})}^2}$

S1-5循环(4)的步骤，重复操作，直至所有样本归入相应类中，并采用误差平方和准则函数E来评价聚类性能；

$E=\underset{i=1}{\overset{k}{\Σ}}\underset{p\∈X_i}{\Σ}\left|\right|p-m_i|{|}^2$

其中m_i为聚类中心均值；

S1-6所有样本归类完之后，每一类数据进行整合求各个变量的算术平均，进而最终得到四个实际运行基准工况。

2.根据权利要求1所述的大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法，其特征是：

所述的步骤S2的基于等效焓降法进行变工况计算，指将聚类得到的四个工况为基准工况进行变工况计算，包括以下子步骤：

S2-1设主蒸汽流量D0初值与功率成比例：

$D_0=D_{00}\frac{P_e}{P_{e0}};$

P_e——变工况的电功率；0——角码，表示基准工况，无“0”角码者为变化后工况；D₀₀表示变工况后的蒸汽流量；

S2-2基于弗留格尔公式计算抽汽参数，其是热系统变工况计算的基本公式：

$\frac{D_1}{D_{10}}=\sqrt{\frac{P_1^2-P_2^2}{P_{10}^2-P_{20}^2}}\sqrt{\frac{T_{10}}{T_1}}$

式中D——通过级组的蒸汽流量；

P——蒸汽压力；

T——蒸汽温度；

1、2——角码，分别表示级组前后；

对于凝汽机组，其抽汽压力用下面近似计算式确定：

$P_1=P_{10}\frac{D_1}{D_{10}};$

对于负荷变化的变工况，取抽汽量比例于汽轮机的汽耗量D₀，由此导出抽汽压力P_r比例于汽轮机的汽耗量，即：

$P_r=P_{r0}\frac{D_0}{D_{00}};$

S2-3计算汽轮机内效率

根据基准工况中的各抽汽焓值确定：

${\mathrm{\η}}_{0i\left(r\right)}=\frac{h_{10\left(r\right)}-h_{20\left(r\right)}}{h_{10\left(r\right)}-h_{20\left(r\right)}^{*}};$

式中h_10(r)——基准工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_20(r)——基准工况下r级组的出口蒸汽焓；

——基准工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到P_20(r)时的焓值，末级效率根据厂家提供的变工况曲线查得；

设机组调节级后压力与主蒸汽流量成正比，即P₂＝k₁D₀；

S2-4抽汽焓值计算

公式：

$h_{2\left(r\right)}=h_{1r}-{\mathrm{\η}}_{0i\left(r\right)}(h_{1\left(r\right)}-h_{2\left(r\right)}^{*})$

式中h_1(r)——变工况下r级组的进口蒸汽焓，在逐级组计算中为已知量；

h_2(r)——变工况下r级组的出口蒸汽焓，即该级的抽汽焓值；

——变工况下r级组蒸汽在汽轮机中的等熵膨胀到P_2(r)时的焓值；

S2-5再热器及其系统圧损的确定

再热机组由于蒸汽通过再热器及其系统存在圧损ΔP_zr,在热系统变工况计算中需要确定再热器及其联接系统的圧损，即中压缸进口压力变化由下式近似表示

${P_{zr}}^{\′\′}={P_{zr0}}^{\′\′}\frac{D_{zr}}{D_{zr0}};$

P_zr″——中压缸进口压力；

D_zr——汽轮机中压缸进口流量；

再热器系统圧损由下式确定：

${\mathrm{\ΔP}}_{zr}={P_{zr}}^{\′}-{P_{zr}}^{\′\′}=({P_{zr0}}^{\′}-{P_{zr0}}^{\′\′})\frac{D_{zr}}{D_{zr0}}={\mathrm{\ΔP}}_{zr0}\frac{D_{zr}}{D_{zr0}}$

则高压缸出口压力

P_zr′＝P_zr″+ΔP_zr；

S2-6加热器出口水焓值的确定

在确定热系统的各点汽水参数时不考虑加热器的工况，各加热器抽汽圧损认为相对值不变；即δP_r＝ΔP_r/P_r＝常数；加热器的上端差、下端差在不考虑加热器的变工况时，认为不变，该数值由厂家提供；根据端差定义以及已知的给水泵、凝结水泵压力，确定各加热器出口水温、焓值和加热器出口疏水的温度和焓值；

上端差θ＝t_sj-t_wj+1

t_sj——加热器汽侧压力下的饱和水温；

t_wj+1——该级的出口水温；

下端差

t_sj′——离开疏水冷却器的疏水温度；

t_wj——该级的进口水温；

S2-7排汽焓值是根据原始数据中末级压力与低压缸入口焓值拟合而得，其结果为：

h_n＝a₁-a₂p-a₃h_l

p为末级抽汽压力，h_l为低压缸入口焓值，a₁、a₂及a₃为拟合的系数；

S2-8给水泵汽轮机抽汽份额计算公式为：

α_xqj＝Δh/(h_xqj-h(p，T))；

h_xqj为给水泵汽轮机进汽焓值，P为汽轮机背压P_c的1.15倍，温度T为凝汽器补水温度，h(p，T)为关于汽轮机排汽压力P_c与排汽温度T的焓值计算公式，已知压力跟温度可以通过查找焓熵图求得，Δh为给水泵焓升；

S2-9低压加热器给水量D_L公式是根据流量平衡法而得，如下：

$D_L=\frac{D_0-D_{r1}-D_{r2}}{1+D_{r30}/D_{L0}+D_{g0}/D_{L0}};$

D_L0——基准工况下的低压加热器给水量；

D_rn0、D_rn——分别为基准与计算工况下的第n级的抽汽流量；

D_g0——为基准工况下除氧器的抽汽量；

S2-10在上述各参数计算完毕后，再运用等效焓降的方法计算出一个新的主蒸汽流量D0，并与前一次计算的流量进行对比，直到两次计算得来的流量相对误差低于0.1％时，迭代计算终止。

3.根据权利要求2所述的大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法，其特征是：

所述的步骤S2中的根据连续函数的最佳平方逼近基于这些变工况特性，获得机组实际运行工况曲线，其具体步骤如下：

对于双抽供热机组：

双抽供热机组工况图有上、下两个象限，两个象限共用一个横坐标发电功率Pe，上象限的纵坐标为新蒸汽量D₀，下象限的纵坐标是低压抽汽量；上象限中有凝汽工况线、等抽汽量工况线、等凝汽量工况线、最小凝汽量工况线、最大进汽量工况线，下象限是当有低压抽汽时的等功率线工况线；

上象限：

1)纯凝工况线：根据变工况计算程序计算出从纯凝最小功率到额定功率的一系列工况点(P1,D1)，(P2,D2),(P3,D3)······，用连续函数的最佳平方逼近拟合出一条直线L1即纯凝工况线和一条纯凝工况下的功率与凝汽量关系曲线L2；

2)等抽汽量工况线：用变工况程序计算出至少5个抽汽量不同的工况点，根据这些散点的功率和主蒸汽流量将它们描在图中，过这些散点作与L1平行的直线，即为相应的等抽汽量工况线；

3)等凝工况线：对一个已知功率和抽汽量的纯中压抽汽工况，通过变工况程序计算得到该工况下的凝汽量，由曲线L2计算得到纯凝工况下相同凝汽量对应的纯凝功率，再由直线L2计算得出对应的纯凝主汽量，两个工况点的主蒸汽流量差与功率差的比值即为等凝工况线的斜率，计算6-8个点取其平均值为等凝工况线的斜率，画出相互平行的一系列等凝工况线；根据各工况线的流量和截距拟合得到一条曲线L3；

4)最小凝汽量工况线：按额定汽量的10％代入L3计算截距，斜率同等凝工况线；

5)最大进汽量工况线：最大进汽量D_max的一条水平线；

6)虚假最大功率工况线：将虚假流量代入到曲线L3得到虚假最大功率线的截距，斜率同等凝工况线，绘出虚假最大功率线；

下象限

7)低压抽汽口开启后的等功率线：对一个已知功率、中压抽汽和低压抽汽量的工况点，在变工况计算程序中算出该点的蒸汽流量，由该主汽流量和中压抽汽量在上象限的等抽汽量线簇中求得一个对应的虚假功率，低压抽汽量与功率差的比值即为等功率线的斜率，取3-4个点的平均值作为斜率值，求出相应的等功率线的解析式，绘出平行的等功率线簇；

8)限制线：纯凝工况线与最小工况线的焦点在横轴上的投影为点A，虚假最大功率线与纯凝工况线的交点在最大低压抽汽量线上的投影为点B，连接AB两点的直线即为无中压抽汽时低压抽汽量的限制线；

最终得到工况图的各工况线：最大凝汽量线、最小凝汽量线、最大中压抽汽线、凝汽工况线、最大虚假功率线、最大低压抽汽线、最小等功率线以及最大功率线；在边界内几条较分散等中压抽汽线以及几条等功率线等的曲线方程，由于等抽汽量下，各曲线的斜率相等，运用插值计算方法，得到各工况点而无需逐点计算，最终读取可行运行区间；

对于单抽机组而言，只需按照双抽机组低压抽汽为0，而画出上象限即可。