CN104179575B - 燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统，包括调度控制系统、燃气轮机系统，余热锅炉系统和蒸汽轮机系统；燃气轮机系统与余热锅炉系统连接，燃气轮机系统与蒸汽轮机系统连接，调度控制系统分别与燃气轮机系统，余热锅炉系统和蒸汽轮机系统连接；本发明提供的燃气循环机组日前优化调度系统及方法，建立了燃气蒸汽联合循环发电系统日前优化运行模型，同时获取燃气蒸汽联合循环机组经的额定工况，保证了联合循环系统的安全和经济运行，通过线性插值得到了大量变工况下的运行参数，在经济调度模式下，对所建立的模型进行求解得到燃机日前优化运行的优化调度方案，通过混合整数规划算法按目标及约束条件给出收益达到预设最大值时机组的最小发电量及最大发电量。

Description

燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统及方法

技术领域

本发明涉及综合能源供应领域，特别涉及一种燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统及方法。

背景技术

由于我国经济的发展和产业结构的调整，电力系统存在的电力峰谷差在逐年增长。电力峰谷差拉大使电力设备平均利用小时数下降，发电效率下降，经济效益降低，电网安全运行受到巨大威胁。容量不足、能耗巨大、经济性差；造成电力负荷低谷期发电量过剩，而电力负荷高峰期发电量不足。燃气联合循环机组联产机组产出的采暖热水，由于输送距离及热水流速的限制，送达用户具有一定的距离，而产出的电力则可以瞬间到达用户；同时，每台机组有其本身的运行特性，现有技术方案中没有考虑每台机组的本身特点，总热负荷在各机组间无法实现优化分配，不能有效地利用燃气轮机或联合循环来实现热电联产，发电系统的一次能源利用率比较低。

因此急需一种燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统及方法。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统及方法。

本发明的目的之一是提出一种燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统；本发明的目的之二是提出一种燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度方法。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统，包括调度控制系统、燃气轮机系统，余热锅炉系统和蒸汽轮机系统；

所述燃气轮机系统与余热锅炉系统连接，用于将燃气轮机系统的燃气轮机产生的燃气传递给余热锅炉系统的余热锅炉；

所述燃气轮机系统与蒸汽轮机系统连接，用于将燃气轮机系统的燃气轮机产生的燃气传递给蒸汽轮机系统的蒸汽轮机；

所述调度控制系统分别与燃气轮机系统，余热锅炉系统和蒸汽轮机系统连接，用于按日前优化调度策略来控制燃气轮机系统与余热锅炉系统和燃气轮机系统与蒸汽轮机系统的切换控制模式，所述切换控制模式是根据每台机组的收益达到预设最大值来确定机组的最小发电量及最大发电量。

进一步，所述调度控制系统包括切换控制模式参数设置单元、电厂收入计算单元、电厂成本计算单元、收益计算单元和收益判断单元；

所述切换控制模式参数设置单元，用于按照需求设置若干种余热锅炉系统和蒸汽轮机系统分配参数；

所述电厂收入计算单元，用于按设置的分配参数来计算余热锅炉系统和蒸汽轮机系统所产生的总收入；

所述电厂成本计算单元，用于按设置的分配参数来计算电厂生产过程的消耗费用；

所述收益计算单元，用于按设置的分配参数来计算电厂收入与发电成本之差值；

所述收益判断单元，用于选择差值中最大的一组所对应的分配参数作为调度控制的切换控制模式。

进一步，所述电厂收入计算单元包括供热收入计算模块、发电收入计算模块和辅助服务补偿计算模块；

所述供热收入计算模块，用于计算外供蒸汽的收入与回收凝结水费用之差；

所述发电收入计算模块，用于通过上网电价乘以发电量来计算发电收入费用；

所述辅助服务补偿计算模块，用于通过以下公式来计算辅助服务补偿费用：

$R=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(R^{\mathrm{steam}}{D}_{m,t}\mathrm{\Δt}-R^{\mathrm{water}}{H}_{m,t}\mathrm{\Δt})+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(1-\mathrm{\α})R_{m,t}^{\mathrm{price}}{p}_{m,t}\mathrm{\Δt}+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{R}_m^{\mathrm{service}},$

式中：m为GTCC循环系统编号，t为时段编号；R^steam为外供蒸汽的价格；D_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统提供的蒸汽流量；R^water为回收凝结水的价格；H_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统回收的凝结水量；α为厂用电率，为第t时段第m个循环系统的上网电价；p_m,t为第t时段功率(GTCC循环系统中燃机和蒸汽机的发电功率之和)，Δt为t时段包含的小时数；为第m个GTCC循环系统的辅助服务收入。

进一步，所述电厂成本计算单元包括燃料费用计算模块，所述燃料费用计算模块用于按照以下公式来计算发电供热所消耗的天然气费用以及备用锅炉所消耗的天然气费用，具体如下：

$C=\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{gas},t}{F}_{m,t}^R+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{gas},t}{F}_{j,t}^B$

式中：C为系统总运行成本；C_gas,t为第t时段天然气价格，为第m个GTCC循环系统第t时段消耗的天然气量；j为备用锅炉的编号，为第j台备用锅炉第t时段消耗的天然气量；

其中，GTCC循环系统消耗的天然气量用于发电和供热，并拟合为燃气轮机发电功率的线性函数；

$F_{m,t}^R=f\left(p_{m,t}^{\mathrm{GT}}\right)=k_m^R{p}_{m,t}^{\mathrm{GT}}+b_m^R$

式中：为GTCC循环系统燃料消耗函数的一次参数，为GTCC循环系统燃料消耗函,t数的f(常pm参,t)数＝，k表m示第t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率。

进一步，所述调度控制系统还包括热负荷平衡约束控制单元，所述热负荷平衡约束控制单元用于按照以下公式来控制余热锅炉系统中的热负荷量：

$\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{m,t}+\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{j,t}=D_t$

式中：D_m,t为第m台汽轮机的抽汽热量，D_j,t为第j台备用锅炉的供热量，D_t为热负荷的需求量。

进一步，所述调度控制系统还包括发电功率约束控制单元，所述发电功率约束控制单元用于按照以下公式来控制蒸汽轮机系统中的发电功率：

$\begin{array}{c}{p}_{m,t}=p_{m,t}^{\mathrm{GT}}+p_{m,t}^{\mathrm{HP}}+p_{m,t}^{\mathrm{IP}}+p_{m,t}^{\mathrm{LP}}\\ =p_{m,t}^{\mathrm{GT}}+D_{m,t}^{\mathrm{HP}}(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{HP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{HP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{HP}}/3600\\ +D_{m,t}^{\mathrm{IP}}(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{IP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{IP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{HP}}/3600\\ +(D_{m,t}^{\mathrm{LP}}-D_{m,t})(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{LP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{LP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{LP}}/3600\end{array}$

式中：为t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机高压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机中压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机低压缸发电功率，为蒸汽轮机高压缸发电功率的进气量，为高压缸的进气焓，为高压缸的出气焓，η^HP为高压缸的发电效率，为蒸汽轮机高压缸发电功率的进气量，为中压缸的进气焓，为中压缸的出气焓，η^IP为中压缸的发电效率，为蒸汽轮机低压缸发电功率的进气量，为低压缸的进气焓，为低压缸的出气焓，η^LP为低压缸的发电效率。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度方法，包括以下步骤：

S1：获取燃机电厂每台机组的运行数据参数；所述运行数据参数包括机组运行特性、热负荷、发电负荷范围，热负荷最小发电量，热负荷最大发电量；

S2：获取总热负荷需求并设置燃机日前优化运行的热负荷调度参数；

S3：根据每台机组设置的热负荷调度参数确定其发电负荷参数；

S4：按设置的热负荷调度参数计算余热锅炉系统和蒸汽轮机系统所产生的总收入；

S5：按设置的发电负荷参数来计算电厂生产过程的消耗费用；

S6：按设置的总收入和消耗费用来计算电厂收入与发电成本之差值；

S7：选择差值中最大的一组所对应的热负荷调度参数和发电负荷参数作为调度控制的切换控制模式。

进一步，所述电厂收入包括供热收入、发电收入和辅助服务补偿；

所述供热收入，用于计算外供蒸汽的收入与回收凝结水费用之差；

所述发电收入，用于通过上网电价乘以发电量来计算发电收入费用；

所述辅助服务补偿，用于通过以下公式来计算辅助服务补偿费用：

$R=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(R^{\mathrm{steam}}{D}_{m,t}\mathrm{\Δt}-R^{\mathrm{water}}{H}_{m,t}\mathrm{\Δt})+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(1-\mathrm{\α})R_{m,t}^{\mathrm{price}}{p}_{m,t}\mathrm{\Δt}+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{R}_m^{\mathrm{service}},$

式中：m为GTCC循环系统编号，t为时段编号；R^steam为外供蒸汽的价格；D_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统提供的蒸汽流量；R^water为回收凝结水的价格；H_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统回收的凝结水量；α为厂用电率，为第t时段第m个循环系统的上网电价；p_m,t为第t时段功率(GTCC循环系统中燃机和蒸汽机的发电功率之和)，Δt为t时段包含的小时数；为第m个GTCC循环系统的辅助服务收入；

所述电厂成本包括燃料费用，所述燃料费用用于按照以下公式来计算发电供热所消耗的天然气费用以及备用锅炉所消耗的天然气费用，具体如下：

$C=\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{gas},t}{F}_{m,t}^R+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{gas},t}{F}_{j,t}^B$

式中：C为系统总运行成本；C_gas,t为第t时段天然气价格，为第m个GTCC循环系统第t时段消耗的天然气量；j为备用锅炉的编号，为第j台备用锅炉第t时段消耗的天然气量；

其中，GTCC循环系统消耗的天然气量用于发电和供热，并拟合为燃气轮机发电功率的线性函数；

$F_{m,t}^R=f\left(p_{m,t}^{\mathrm{GT}}\right)=k_m^R{p}_{m,t}^{\mathrm{GT}}+b_m^R$

式中：为GTCC循环系统燃料消耗函数的一次参数，为GTCC循环系统燃料消耗函,t数的f(常pm参,t)数＝，k+表bm示第t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率。

进一步，还包括按照以下公式来控制余热锅炉系统中的热负荷量：

$\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{m,t}+\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{j,t}=D_t;$

式中：D_m,t为第m台汽轮机的抽汽热量，D_j,t为第j台备用锅炉的供热量，D_t为热负荷的需求量。

进一步，还包括按照以下公式来控制蒸汽轮机系统中的发电功率：

$\begin{array}{c}{p}_{m,t}=p_{m,t}^{\mathrm{GT}}+p_{m,t}^{\mathrm{HP}}+p_{m,t}^{\mathrm{IP}}+p_{m,t}^{\mathrm{LP}}\\ =p_{m,t}^{\mathrm{GT}}+D_{m,t}^{\mathrm{HP}}(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{HP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{HP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{HP}}/3600\\ +D_{m,t}^{\mathrm{IP}}(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{IP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{IP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{HP}}/3600\\ +(D_{m,t}^{\mathrm{LP}}-D_{m,t})(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{LP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{LP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{LP}}/3600\end{array}$

式中：为t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机高压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机中压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机低压缸发电功率，为蒸汽轮机高压缸发电功率的进气量，为高压缸的进气焓，为高压缸的出气焓，η^HP为高压缸的发电效率，为蒸汽轮机高压缸发电功率的进气量，为中压缸的进气焓，为中压缸的出气焓，η^IP为中压缸的发电效率，为蒸汽轮机低压缸发电功率的进气量，为低压缸的进气焓，为低压缸的出气焓，η^LP为低压缸的发电效率。

本发明的优点在于：本发明提供的燃气循环机组日前优化调度系统及方法，建立了燃气蒸汽联合循环发电系统日前优化运行模型是，该模型包含的多种约束条件，同时获取燃气蒸汽联合循环机组经的额定工况，保证了联合循环系统的安全和经济运行，根据变工况运行实时参数，通过线性插值得到了大量变工况下的运行参数，在经济调度模式下，对所建立的模型进行求解得到燃机日前优化运行的优化调度方案，通过混合整数规划算法按目标及约束条件给出收益达到预设最大值时机组的最小发电量及最大发电量。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明实施例提供的燃气循环机组日前优化调度系统示意图；

图2为本发明实施例提供的燃气循环机组日前优化调度方法流程图；

图3为各季节典型日的热负荷示意图；

图4为冬季典型日机组出力的优化示意图。

1、燃气轮机系统；2、余热锅炉系统；3、蒸汽轮机系统；4、调度控制系统；5、冷凝器；6、发电机；7、供冷单位；71集中制冷站；8、供热单位；9、供电单位；10、烟囱。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的燃气循环机组日前优化调度系统示意图；图2为本发明实施例提供的燃气循环机组日前优化调度方法流程图，如图所示：本发明提供的1.燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统，其特征在于：包括调度控制系统、燃气轮机系统，余热锅炉系统和蒸汽轮机系统；

所述燃气轮机系统与余热锅炉系统连接，用于将燃气轮机系统的燃气轮机产生的燃气传递给余热锅炉系统的余热锅炉；

所述燃气轮机系统与蒸汽轮机系统连接，用于将燃气轮机系统的燃气轮机产生的燃气传递给蒸汽轮机系统的蒸汽轮机；

所述调度控制系统分别与燃气轮机系统，余热锅炉系统和蒸汽轮机系统连接，用于按日前优化调度策略来控制燃气轮机系统与余热锅炉系统和燃气轮机系统与蒸汽轮机系统的切换控制模式，所述切换控制模式是根据每台机组的收益达到预设最大值来确定机组的最小发电量及最大发电量。

如图1所示，余热锅炉系统2通过燃气轮机系统1与蒸汽轮机系统3连接，调度控制系统4分别与余热锅炉系统2、燃气轮机系统1和蒸汽轮机系统3连接，接收用于并处理采集到的信息以及控制余热锅炉系统2、燃气轮机系统1和蒸汽轮机系统3的工作状态，冷凝器5和发电机6分别与调度控制系统连接；调度控制系统分别与供冷单位7、供热单位8和供电单位9连接，用于控制供冷单位7、供热单位8和供电单位9输出供应量，所述余热锅炉系统2输出的废气通过烟囱10输出。所述供冷单位7的供冷量可以通过集中制冷站71来实现供冷过程。

所述调度控制系统包括切换控制模式参数设置单元、电厂收入计算单元、电厂成本计算单元、收益计算单元和收益判断单元；

所述切换控制模式参数设置单元，用于按照需求设置若干种余热锅炉系统和蒸汽轮机系统分配参数；

所述电厂收入计算单元，用于按设置的分配参数来计算余热锅炉系统和蒸汽轮机系统所产生的总收入；

所述电厂成本计算单元，用于按设置的分配参数来计算电厂生产过程的消耗费用；

所述收益计算单元，用于按设置的分配参数来计算电厂收入与发电成本之差值；

所述收益判断单元，用于选择差值中最大的一组所对应的分配参数作为调度控制的切换控制模式。

所述电厂收入计算单元包括供热收入计算模块、发电收入计算模块和辅助服务补偿计算模块；

所述供热收入计算模块，用于计算外供蒸汽的收入与回收凝结水费用之差；

所述发电收入计算模块，用于通过上网电价乘以发电量来计算发电收入费用；

所述辅助服务补偿计算模块，用于通过以下公式来计算辅助服务补偿费用：

$R=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(R^{\mathrm{steam}}{D}_{m,t}\mathrm{\Δt}-R^{\mathrm{water}}{H}_{m,t}\mathrm{\Δt})+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(1-\mathrm{\α})R_{m,t}^{\mathrm{price}}{p}_{m,t}\mathrm{\Δt}+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{R}_m^{\mathrm{service}},$

式中：m为GTCC循环系统编号，t为时段编号；R^steam为外供蒸汽的价格；D_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统提供的蒸汽流量；R^water为回收凝结水的价格；H_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统回收的凝结水量；α为厂用电率，为第t时段第m个循环系统的上网电价；p_m,t为第t时段功率(GTCC循环系统中燃机和蒸汽机的发电功率之和)，Δt为t时段包含的小时数；为第m个GTCC循环系统的辅助服务收入。

所述电厂成本计算单元包括燃料费用计算模块，所述燃料费用计算模块用于按照以下公式来计算发电供热所消耗的天然气费用以及备用锅炉所消耗的天然气费用，具体如下：

$C=\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{gas},t}{F}_{m,t}^R+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{gas},t}{F}_{j,t}^B$

式中：C为系统总运行成本；C_gas,t为第t时段天然气价格，为第m个GTCC循环系统第t时段消耗的天然气量；j为备用锅炉的编号，为第j台备用锅炉第t时段消耗的天然气量；

其中，GTCC循环系统消耗的天然气量用于发电和供热，并拟合为燃气轮机发电功率的线性函数；

$F_{m,t}^R=f\left(p_{m,t}^{\mathrm{GT}}\right)=k_m^R{p}_{m,t}^{\mathrm{GT}}+b_m^R$

式中：为GTCC循环系统燃料消耗函数的一次参数，为GTCC循环系统燃料消耗函,t数的f(常pm参,t)数＝，k+表bm示第t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率。

所述调度控制系统还包括热负荷平衡约束控制单元，所述热负荷平衡约束控制单元用于按照以下公式来控制余热锅炉系统中的热负荷量：

$\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{m,t}+\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{j,t}=D_t$

式中：D_m,t为第m台汽轮机的抽汽热量，D_j,t为第j台备用锅炉的供热量，D_t为热负荷的需求量。

所述调度控制系统还包括发电功率约束控制单元，所述发电功率约束控制单元用于按照以下公式来控制蒸汽轮机系统中的发电功率：

$\begin{array}{c}{p}_{m,t}=p_{m,t}^{\mathrm{GT}}+p_{m,t}^{\mathrm{HP}}+p_{m,t}^{\mathrm{IP}}+p_{m,t}^{\mathrm{LP}}\\ =p_{m,t}^{\mathrm{GT}}+D_{m,t}^{\mathrm{HP}}(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{HP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{HP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{HP}}/3600\\ +D_{m,t}^{\mathrm{IP}}(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{IP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{IP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{HP}}/3600\\ +(D_{m,t}^{\mathrm{LP}}-D_{m,t})(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{LP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{LP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{LP}}/3600\end{array}$

式中：为t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机高压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机中压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机低压缸发电功率，为蒸汽轮机高压缸发电功率的进气量，为高压缸的进气焓，为高压缸的出气焓，η^HP为高压缸的发电效率，为蒸汽轮机高压缸发电功率的进气量，为中压缸的进气焓，为中压缸的出气焓，η^IP为中压缸的发电效率，为蒸汽轮机低压缸发电功率的进气量，为低压缸的进气焓，为低压缸的出气焓，η^LP为低压缸的发电效率。

本实施例还提供了一种燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度方法，包括以下步骤：

S1：获取燃机电厂每台机组的运行数据参数；所述运行数据参数包括机组运行特性、热负荷、发电负荷范围，热负荷最小发电量，热负荷最大发电量；

S2：获取总热负荷需求并设置燃机日前优化运行的热负荷调度参数；

S3：根据每台机组设置的热负荷调度参数确定其发电负荷参数；

S4：按设置的热负荷调度参数计算余热锅炉系统和蒸汽轮机系统所产生的总收入；

S5：按设置的发电负荷参数来计算电厂生产过程的消耗费用；

S6：按设置的总收入和消耗费用来计算电厂收入与发电成本之差值；

S7：选择差值中最大的一组所对应的热负荷调度参数和发电负荷参数作为调度控制的切换控制模式。

本实施例中采用两台机组来实现控制模式，控制过程如下：

第一种控制模式为一台机组非计划停运且热负荷需求必须全部满足的情况，具体如下：

如果两台机组中有一台机组因为故障或临时检修而发生非计划停运，并且各时段的热负荷需求又必须全部满足，可令机组1非计划停运，根据各季节热负荷分配状态来决定机组1停运，使得全部的热负荷都由机组2承担，同时由于系统热负荷预测值较低，机组供热能力较大，并不需要启动备用锅炉。

如果一台发电机组非计划情况下，根据各季节的机组出力优化结果，机组1处于非计划停运状态，即机组1的出力为0，而机组2则将在承担全部热负荷的基础上按照最大发电能力发电从而获得最大的发电效益。

第二种控制模式为)一台机组非计划停运且热负荷需求可以部分满足的情况，具体如下：

当一台机组发生非计划停运时，若与热负荷用户协商可以部分满足热负荷，那么可以按照两种方式减少热负荷的供应。

1)各时段按照不同的比例减少热负荷的供应；

2)各时段按照相同的比例减少热负荷的供应；

按照第(1)种方式运行，优化得到的每个时段的热负荷率均为100％，而按照第(2)种方式运行，优化得到的热负荷率也为100％，所以在已知预测热负荷和上网电价的情况，两种方式得到的优化方案相同，都是在不减少热负荷供应的情况下运行效益最优。热负荷分配情况和机组出力优化状态，在一台非停的情况下，进一步研究随热负荷率的调整，发电运行效益的变化，随系统承担热负荷的增加，发电运行效益也相应增加。这说明在上网电价水平为某一值时，发电的同时供热才能实现发电效益最大化。

所述电厂收入包括供热收入、发电收入和辅助服务补偿；

所述供热收入，用于计算外供蒸汽的收入与回收凝结水费用之差；

所述发电收入，用于通过上网电价乘以发电量来计算发电收入费用；

所述辅助服务补偿，用于通过以下公式来计算辅助服务补偿费用：

$R=\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(R^{\mathrm{steam}}{D}_{m,t}\mathrm{\Δt}-R^{\mathrm{water}}{H}_{m,t}\mathrm{\Δt})+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}(1-\mathrm{\α})R_{m,t}^{\mathrm{price}}{p}_{m,t}\mathrm{\Δt}+\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{R}_m^{\mathrm{service}},$

式中：m为GTCC循环系统编号，t为时段编号；R^steam为外供蒸汽的价格；D_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统提供的蒸汽流量；R^water为回收凝结水的价格；H_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统回收的凝结水量；α为厂用电率，为第t时段第m个循环系统的上网电价；p_m,t为第t时段功率(GTCC循环系统中燃机和蒸汽机的发电功率之和)，Δt为t时段包含的小时数；为第m个GTCC循环系统的辅助服务收入；

所述电厂成本包括燃料费用，所述燃料费用用于按照以下公式来计算发电供热所消耗的天然气费用以及备用锅炉所消耗的天然气费用，具体如下：

$C=\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{gas},t}{F}_{m,t}^R+\underset{t=1}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{G}_{\mathrm{gas},t}{F}_{j,t}^B$

式中：C为系统总运行成本；C_gas,t为第t时段天然气价格，为第m个GTCC循环系统第t时段消耗的天然气量；j为备用锅炉的编号，为第j台备用锅炉第t时段消耗的天然气量；

其中，GTCC循环系统消耗的天然气量用于发电和供热，并拟合为燃气轮机发电功率的线性函数；

$F_{m,t}^R=f\left(p_{m,t}^{\mathrm{GT}}\right)=k_m^R{p}_{m,t}^{\mathrm{GT}}+b_m^R$

式中：为GTCC循环系统燃料消耗函数的一次参数，为GTCC循环系统燃料消耗函,t数的f(常pm参,t)数＝，+表bm示第t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率。

还包括按照以下公式来控制余热锅炉系统中的热负荷量：

$\underset{m=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{m,t}+\underset{j=1}{\overset{J}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{j,t}=D_t;$

式中：D_m,t为第m台汽轮机的抽汽热量，D_j,t为第j台备用锅炉的供热量，D_t为热负荷的需求量。

还包括按照以下公式来控制蒸汽轮机系统中的发电功率：

$\begin{array}{c}{p}_{m,t}=p_{m,t}^{\mathrm{GT}}+p_{m,t}^{\mathrm{HP}}+p_{m,t}^{\mathrm{IP}}+p_{m,t}^{\mathrm{LP}}\\ =p_{m,t}^{\mathrm{GT}}+D_{m,t}^{\mathrm{HP}}(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{HP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{HP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{HP}}/3600\\ +D_{m,t}^{\mathrm{IP}}(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{IP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{IP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{HP}}/3600\\ +(D_{m,t}^{\mathrm{LP}}-D_{m,t})(H_{\mathrm{in}}^{\mathrm{LP}}-H_{\mathrm{out}}^{\mathrm{LP}}){\mathrm{\η}}^{\mathrm{LP}}/3600\end{array}$

式中：为t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机高压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机中压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机低压缸发电功率，为蒸汽轮机高压缸发电功率的进气量，为高压缸的进气焓，为高压缸的出气焓，η^HP为高压缸的发电效率，为蒸汽轮机高压缸发电功率的进气量，为中压缸的进气焓，为中压缸的出气焓，η^IP为中压缸的发电效率，为蒸汽轮机低压缸发电功率的进气量，为低压缸的进气焓，为低压缸的出气焓，η^LP为低压缸的发电效率。

本实施例考虑了机组本身特性、电价和热负荷的增长幅度三个因素。采用部分满足热负荷的方式获得更大的效益。

图3所示，为各季节典型日的热负荷示意图，图中基础数据曲线由混合整数规划算法按目标及约束条件给出。其中夏冬季白天供热负荷上升明显。

图4所示，为冬季典型日机组出力的优化情况示意图，从图中可以看出，除去第一时段受爬坡速度的限制不能按照功率上限发电外，其余时段均按照最大发电能力发电。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统，其特征在于：包括调度控制系统、燃气轮机系统，余热锅炉系统和蒸汽轮机系统；

所述燃气轮机系统与余热锅炉系统连接，用于将燃气轮机系统的燃气轮机产生的燃气传递给余热锅炉系统的余热锅炉；

所述燃气轮机系统与蒸汽轮机系统连接，用于将燃气轮机系统的燃气轮机产生的燃气传递给蒸汽轮机系统的蒸汽轮机；

所述调度控制系统分别与燃气轮机系统，余热锅炉系统和蒸汽轮机系统连接，用于按日前优化调度策略来控制燃气轮机系统与余热锅炉系统和燃气轮机系统与蒸汽轮机系统的切换控制模式，所述切换控制模式是根据每台机组的收益达到预设最大值来确定机组的最小发电量及最大发电量；

所述调度控制系统包括切换控制模式参数设置单元、电厂收入计算单元、电厂成本计算单元、收益计算单元和收益判断单元；

所述切换控制模式参数设置单元，用于按照需求设置若干种余热锅炉系统和蒸汽轮机系统分配参数；

所述电厂收入计算单元，用于按设置的分配参数来计算余热锅炉系统和蒸汽轮机系统所产生的总收入；

所述电厂成本计算单元，用于按设置的分配参数来计算电厂生产过程的消耗费用；

所述收益计算单元，用于按设置的分配参数来计算电厂收入与发电成本之差值；

所述收益判断单元，用于选择差值中最大的一组所对应的分配参数作为调度控制的切换控制模式。

2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统，其特征在于：所述电厂收入计算单元包括供热收入计算模块、发电收入计算模块和辅助服务补偿计算模块；

所述供热收入计算模块，用于计算外供蒸汽的收入与回收凝结水费用之差；

所述发电收入计算模块，用于通过上网电价乘以发电量来计算发电收入费用；

所述辅助服务补偿计算模块，用于通过以下公式来计算辅助服务补偿费用：

$R=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(R^{steam}{D}_{m,t}\mathrm{\Δ}t-R^{water}{H}_{m,t}\mathrm{\Δ}t)+\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(1-\mathrm{\α})R_{m,t}^{price}{p}_{m,t}\mathrm{\Δ}t\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{R}_m^{service},$

式中：m为GTCC循环系统编号，t为时段编号；R^steam为外供蒸汽的价格；D_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统提供的蒸汽流量；R^water为回收凝结水的价格；H_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统回收的凝结水量；α为厂用电率，为第t时段第m个循环系统的上网电价；p_m,t为第t时段GTCC循环系统中燃机和蒸汽机的发电功率之和，Δt为t时段包含的小时数；为第m个GTCC循环系统的辅助服务收入。

3.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统，其特征在于：所述电厂成本计算单元包括燃料费用计算模块，所述燃料费用计算模块用于按照以下公式来计算发电供热所消耗的天然气费用以及备用锅炉所消耗的天然气费用，具体如下：

$C=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{C}_{gas,t}{F}_{m,t}^R+\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{C}_{gas,t}{F}_{j,t}^B$

式中：C为系统总运行成本；C_gas,t为第t时段天然气价格，为第m个GTCC循环系统第t时段消耗的天然气量；j为备用锅炉的编号，为第j台备用锅炉第t时段消耗的天然气量；

其中，GTCC循环系统消耗的天然气量用于发电和供热，并拟合为燃气轮机发电功率的线性函数；

$F_{m,t}^R=f\left(p_{m,t}^{GT}\right)=k_m^R{p}_{m,t}^{GT}+b_m^R$

式中：为GTCC循环系统燃料消耗函数的一次参数，为GTCC循环系统燃料消耗函数的常参数，表示第t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率。

4.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统，其特征在于：所述调度控制系统还包括热负荷平衡约束控制单元，所述热负荷平衡约束控制单元用于按照以下公式来控制余热锅炉系统中的热负荷量：

$\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{D}_{m,t}+\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{D}_{j,t}=D_t$

式中：D_m,t为第m台汽轮机的抽汽热量，D_j,t为第j台备用锅炉的供热量，D_t为热负荷的需求量。

5.根据权利要求1所述的燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度系统，其特征在于：所述调度控制系统还包括发电功率约束控制单元，所述发电功率约束控制单元用于按照以下公式来控制蒸汽轮机系统中的发电功率：

$\begin{array}{c}{p}_{m,t}=p_{m,t}^{GT}+p_{m,t}^{HP}+p_{m,t}^{IP}+p_{m,t}^{LP}\\ =p_{m,t}^{GT}+D_{m,t}^{HP}(H_{in}^{HP}-H_{out}^{HP}){\mathrm{\η}}^{HP}/3600\\ +D_{m,t}^{IP}(H_{in}^{IP}-H_{out}^{IP}){\mathrm{\η}}^{IP}/3600\\ +(D_{m,t}^{LP}-D_{m,t})(H_{in}^{LP}-H_{out}^{LP}){\mathrm{\η}}^{LP}/3600\end{array}$

式中：为t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机高压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机中压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机低压缸发电功率，为蒸汽轮机高压缸发电功率的进气量，为高压缸的进气焓，为高压缸的出气焓，η^HP为高压缸的发电效率，为蒸汽轮机中压缸发电功率的进气量，为中压缸的进气焓，为中压缸的出气焓，η^IP为中压缸的发电效率，为蒸汽轮机低压缸发电功率的进气量，为低压缸的进气焓，为低压缸的出气焓，η^LP为低压缸的发电效率。

6.燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：获取燃机电厂每台机组的运行数据参数；所述运行数据参数包括机组运行特性、热负荷、发电负荷范围，热负荷最小发电量，热负荷最大发电量；

S2：获取总热负荷需求并设置燃机日前优化运行的热负荷调度参数；

S3：根据每台机组设置的热负荷调度参数确定其发电负荷参数；

S4：按设置的热负荷调度参数计算余热锅炉系统和蒸汽轮机系统所产生的总收入；

S5：按设置的发电负荷参数来计算电厂生产过程的消耗费用；

S6：按设置的总收入和消耗费用来计算电厂收入与发电成本之差值；

S7：选择差值中最大的一组所对应的热负荷调度参数和发电负荷参数作为调度控制的切换控制模式。

7.根据权利要求6所述的燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度方法，其特征在于：所述电厂收入包括供热收入、发电收入和辅助服务补偿；

所述供热收入，用于计算外供蒸汽的收入与回收凝结水费用之差；

所述发电收入，用于通过上网电价乘以发电量来计算发电收入费用；

所述辅助服务补偿，用于通过以下公式来计算辅助服务补偿费用：

$R=\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(R^{steam}{D}_{m,t}\mathrm{\Δ}t-R^{water}{H}_{m,t}\mathrm{\Δ}t)+\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}(1-\mathrm{\α})R_{m,t}^{price}{p}_{m,t}\mathrm{\Δ}t\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{R}_m^{service},$

式中：m为GTCC循环系统编号，t为时段编号；R^steam为外供蒸汽的价格；D_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统提供的蒸汽流量；R^water为回收凝结水的价格；H_m,t为第t时段第m个GTCC循环系统回收的凝结水量；α为厂用电率，为第t时段第m个循环系统的上网电价；p_m,t为第t时段GTCC循环系统中燃机和蒸汽机的发电功率之和，Δt为t时段包含的小时数；为第m个GTCC循环系统的辅助服务收入；

所述电厂成本包括燃料费用，所述燃料费用用于按照以下公式来计算发电供热所消耗的天然气费用以及备用锅炉所消耗的天然气费用，具体如下：

$C=\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{C}_{gas,t}{F}_{m,t}^R+\underset{t=1}{\overset{T}{\Σ}}\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{C}_{gas,t}{F}_{j,t}^B$

式中：C为系统总运行成本；C_gas,t为第t时段天然气价格，为第m个GTCC循环系统第t时段消耗的天然气量；j为备用锅炉的编号，为第j台备用锅炉第t时段消耗的天然气量；

其中，GTCC循环系统消耗的天然气量用于发电和供热，并拟合为燃气轮机发电功率的线性函数；

$F_{m,t}^R=f\left(p_{m,t}^{GT}\right)=k_m^R{p}_{m,t}^{GT}+b_m^R$

式中：为GTCC循环系统燃料消耗函数的一次参数，为GTCC循环系统燃料消耗函数的常参数，表示第t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率。

8.根据权利要求6所述的燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度方法，其特征在于：还包括按照以下公式来控制余热锅炉系统中的热负荷量：

$\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{D}_{m,t}+\underset{j=1}{\overset{J}{\Σ}}{D}_{j,t}=D_t;$

式中：D_m,t为第m台汽轮机的抽汽热量，D_j,t为第j台备用锅炉的供热量，D_t为热负荷的需求量。

9.根据权利要求8所述的燃气蒸汽联合循环机组日前优化调度方法，其特征在于：还包括按照以下公式来控制蒸汽轮机系统中的发电功率：

$\begin{array}{c}{p}_{m,t}=p_{m,t}^{GT}+p_{m,t}^{HP}+p_{m,t}^{IP}+p_{m,t}^{LP}\\ =p_{m,t}^{GT}+D_{m,t}^{HP}(H_{in}^{HP}-H_{out}^{HP}){\mathrm{\η}}^{HP}/3600\\ +D_{m,t}^{IP}(H_{in}^{IP}-H_{out}^{IP}){\mathrm{\η}}^{IP}/3600\\ +(D_{m,t}^{LP}-D_{m,t})(H_{in}^{LP}-H_{out}^{LP}){\mathrm{\η}}^{LP}/3600\end{array}$

式中：为t时段第m个GTCC循环系统中燃机发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机高压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机中压缸发电功率，为t时段第m个GTCC循环系统中蒸汽轮机低压缸发电功率，为蒸汽轮机高压缸发电功率的进气量，为高压缸的进气焓，为高压缸的出气焓，η^HP为高压缸的发电效率，为蒸汽轮机中压缸发电功率的进气量，为中压缸的进气焓，为中压缸的出气焓，η^IP为中压缸的发电效率，为蒸汽轮机低压缸发电功率的进气量，为低压缸的进气焓，为低压缸的出气焓，η^LP为低压缸的发电效率。