CN104484543A - 一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，包括以下步骤，1）计算火电机组的热耗率、标准煤耗，经过二次曲线拟合，得到火电机组的煤耗特性方程；2）计算火电机组的后续负荷率、平均负荷率； 3）计算污染物排放综合指标；4）对火电机组的综合成本进行修正；5），得到火电机组的运行综合评价模型。本发明实现了针对调度计划领域的火电机组运行情况评估，通过调控机组运行综合成本达到控制机组运行情况的目的，兼顾了三公调度，为实现机组节能减排性能评价、三公调度目标的完成情况奠定了研究基础，具有良好的应用前景。

Description

一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法

技术领域

本发明涉及一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，属于电力系统调度计划技术领域。

背景技术

火电机组节能发电调度的目的是通过机组煤耗与污染物排放量由小到大排序来安排机组发电方式，达到全网能耗与污染物排放最少的目的。然而，无论从节约能源角度还是环境保护角度看，机组的节能、经济和环保三者之间存在一定程度的冲突。另外，目前，国内各级调度中心需要采用“三公”+节能的调度模式，随着发电企业的成本意识和环保意识的不断加强，单纯采用机组供电煤耗率评价机组运行工况已经不符合目前的发展趋势，为了满足调度精益化要求，进一步贯彻落实节能发电调度办法的实施，同时保证电厂的电量计划履行进度大致相当，有必要建立兼顾节能、经济和环保和三公调度目标的机组运行综合评价模型，并对其中的关键问题进行研究，以促进机组运行综合效益的最大化。

目前，火电机组主要通过能耗曲线来衡量机组能源利用经济效益，工程上机组的能耗特性曲线一般通过热力试验获取数据及厂家提供的性能参数来求得，但由于发电厂生产工艺的复杂性，不可避免的受到诸多因素的影响，如运行方式、设备状态、环境温度等。因此，只有采用实时运行数据拟合的煤耗特性曲线才能真实反映出机组的性 能。

随着技术的发展，我国在机组综合煤耗曲线方面，也取得了一定的进展，研究领域内获取煤耗曲线一般采用最小二乘法拟合煤耗曲线(王兴，[一种改进的火电厂耗煤特性曲线拟合方法，1995]；史国青，[火电厂机组负荷优化组合分配问题的研究(硕士论文)(2005年)])。

在获得机组的煤耗曲线以后，综合SOx,NOx,CO₂等污染物排放、网损等因素，形成机组的综合煤耗曲线。杨勇平在[中国火力发电能耗状况及展望]中通过将各种类型的火电机组煤耗率进行折算，获得综合发电煤耗率；赖菲在[火电机组节能发电调度系统研究二关键技术]通过加权指标获取考虑污染物排放的综合排污率；缪国钧在[基于最小变动成本煤耗率的电厂负荷优化分配]中通过建立各污染物排放费用和煤耗的耗差模型获取综合煤耗率；吕素在[基于等综合煤耗微增率的火电机组节能发电调度算法]中建立了考虑网损的综合发电煤耗率等。

针对，目前的国内调度模式多为“三公”模式的现状，在已有研究的基础上，深入研究火电机组的运行特点，提出了一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，在考虑节能环保的基础上，同时实现“三公”的调度目标，对节约能源、环境保护有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服现有的国内调度模式多为“三公”模式的现状，不利于建立节约能源、环境保护的火电机组节能发电调度的问题。 本发明的兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，实现了针对调度计划领域的火电机组运行情况评估，通过调控机组运行综合成本达到控制机组运行情况的目的，兼顾了三公调度，为实现机组节能减排性能评价、三公调度目标的完成情况奠定了研究基础，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(1)，根据热力学第一定律计算火电机组的热耗率；根据锅炉效率计算火电机组的标准煤耗，对每台火电机组不同的工况，得到离散点(f_i,P_i),经过二次曲线拟合，得到火电机组的煤耗特性方程，其中，f_i为机组煤耗、P_i为机组出力；

步骤(2)，根据电量完成情况、剩余发电时间和电厂剩余可调容量计算火电机组的后续负荷率、平均负荷率；

步骤(3)，采用污染物排放浓度加权平均法计算污染物排放综合指标；

步骤(4)，基于网损的灵敏度对火电机组的综合成本进行修正；

步骤(5)，根据上述的火电机组的煤耗特性方程、污染排放综合指标、火电机组的后续负荷率及平均负荷率、网损，得到火电机组的运行综合评价模型。

前述的一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：步骤(1)根据公式(1)计算火电机组的热耗率q，

$q=\frac{D_0{h}_0-D_{\mathrm{fw}}{h}_{\mathrm{fw}}+D_r(h_r-h_l)}{P}---\left(1\right)$

其中，D₀，h₀，D_fw，h_fw分别为新蒸汽、给水的流量和焓值；D_r，h_r，h_l为再热蒸汽流量、再热蒸汽出口焓值、再热蒸汽入口焓值；P为发电机的输出功率；

根据公式(2)将火电机组的热耗率q转化为标准煤耗f，

$f=\frac{P*q}{{\mathrm{\η}}_b*Q_b}---\left(2\right)$

其中，η_b为锅炉效率；Q_b为标准的煤发热量29270kJ/kg；

经过二次曲线拟合，得到火电机组的煤耗特性方程(3)

f＝a₂P²+a₁P+a₀    P_min≤P≤P_max    (3) 

其中，a₀、a₁、a₂为煤耗特性参数，P_min为机组最小机组出力、P_max为机组最大机组出力。

前述的一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：步骤(2)根据公式(4)计算火电机组的后续负荷率，

η＝(M-F)×100％/(Q×T_L)    (4) 

其中，N为电厂的集合；M为电厂月度计划电量；F为电厂已完成的发电量；T_L为决策周期之后的剩余发电时间；Q为电厂剩余可调容量；

根据公式(5)得到电厂剩余可调容量Q，

$Q=\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}(\stackrel{\‾}{P}\×(T_L-T_{\mathrm{LM}})/T_L)---\left(5\right)$

其中，N为电厂包含的火电机组的集合，T_LM为机组决策周期之后的剩余检修时间，为机组出力上限；

根据公式(6)计算火电机组的平均负荷率

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}=M\×100\%/(Q^0\×T)---\left(6\right)$

其中，T为决策周期总发电时间；Q⁰为电厂本月可调容量。

前述的一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：步骤(3)采用污染物排放浓度加权平均法计算污染物排放综合指标为Q＝w_sQ_s+w_nQ_n+w_cQ_c，其中，各项指标的权重系数w_s+w_n+w_c＝1，Q_s、Q_n、Q_c分别为SOx,NOx,CO₂污染物对应的排放浓度。

前述的一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：步骤(4)基于网损的灵敏度对火电机组的综合成本进行修正，如公式(7)所示，

$f^{\′}=\frac{f}{1-a}---\left(7\right)$

其中，a为火电机组对网损的灵敏度，f为原成本，f′为修正后的成本。

前述的一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：步骤(5)得到火电机组的运行综合评价模型，如公式(8)所示，

$F\left(P\right)=\frac{f\left(P\right)-k_{1}Q}{(1-a)}-\frac{\mathrm{\η}-\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}*k_2}---\left(8\right)$

其中，f(P)为火电机组的煤耗特性方程；a是火电机组对网损的灵敏度；Q为污染物排放综合指标；k₁、k₂分别为污染物和火电机组的负荷率的宏观调控因子。

本发明的有益效果是：本发明的兼顾节能减排和三公调度的机组 综合运行评价方法，具有以下优点，

(1)综合节能减排直接和间接相关的各项因素，如煤耗、污染物排放、网损，推导出机组综合成本曲线，为以节能减排为目标的调度算法奠定了基础；

(2)火电机组综合成本曲线考虑了电量完成情况的因素，电量计划完成情况好的，将机组综合成本调高，反之调低，通过调控机组运行综合成本达到控制机组运行情况的目的，兼顾了三公调度的实现。

实现了针对调度计划领域的火电机组运行情况评估，为实现机组节能减排性能评价、三公调度目标的完成情况奠定了研究基础，具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法的流程图。

图2是本发明的一实施例的热耗曲线图。

图3是本发明的一实施例的拟合综合成本曲线图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本发明作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明的兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，实现了针对调度计划领域的火电机组运行情况评估，通过调控机组运行综合成本达到控制机组运行情况的目的，兼顾了三公调度，为实现机组节能减排性能评价、三公调度目标的完成情况奠定了研究基础，如图1所示，具体包括如下步骤，

步骤(1)，根据热力学第一定律计算火电机组的热耗率；根据锅炉效率计算火电机组的标准煤耗，对每台火电机组不同的工况，得到离散点(f_i,P_i),经过二次曲线拟合，得到火电机组的煤耗特性方程，其中，f_i为机组煤耗、P_i为机组出力；计算过程如下，

根据公式(1)计算火电机组的热耗率q，

$q=\frac{D_0{h}_0-D_{\mathrm{fw}}{h}_{\mathrm{fw}}+D_r(h_r-h_l)}{P}---\left(1\right)$

其中，D₀，h₀，D_fw，h_fw分别为新蒸汽、给水的流量和焓值；D_r，h_r，h_l为再热蒸汽流量、再热蒸汽出口焓值、再热蒸汽入口焓值；P为发电机的输出功率；

根据公式(2)将火电机组的热耗率q转化为标准煤耗f，

$f=\frac{P*q}{{\mathrm{\η}}_b*Q_b}---\left(2\right)$

其中，η_b为锅炉效率；Q_b为标准的煤发热量29270kJ/kg；

经过二次曲线拟合，得到火电机组的煤耗特性方程(3)

f＝a₂P²+a₁P+a₀    P_min≤P≤P_max    (3) 

其中，a₀、a₁、a₂为煤耗特性参数，P_min为机组最小机组出力、P_max为机组最大机组出力。

以某电厂660MW的火电机组为例，其热耗曲线拟合结果如下表1所示，热耗曲线图，如图2所示，

表1某电厂660MW的火电机组的热耗曲线拟合结果

步骤(2)，根据电量完成情况、剩余发电时间和电厂剩余可调容量计算火电机组的后续负荷率、平均负荷率，计算过程如下，

根据公式(4)计算火电机组的后续负荷率，

η＝(M-F)×100％/(Q×T_L)    (4) 

其中，N为电厂的集合；M为电厂月度计划电量；F为电厂已完成的发电量；T_L为决策周期之后的剩余发电时间；Q为电厂剩余可调容量；

根据公式(5)得到电厂剩余可调容量Q，

$Q=\underset{i\∈N}{\mathrm{\Σ}}(\stackrel{\‾}{P}\×(T_L-T_{\mathrm{LM}})/T_L)---\left(5\right)$

其中，N为电厂包含的火电机组的集合，T_LM为机组决策周期之后的剩余检修时间，为机组出力上限；

根据公式(6)计算火电机组的平均负荷率

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}=M\×100\%/(Q^0\×T)---\left(6\right)$

其中，T为决策周期总发电时间；Q⁰为电厂本月可调容量；

以某电厂660MW的火电机组为例，得到的为0.8，η为0.9；

步骤(3)，采用污染物排放浓度加权平均法计算污染物排放综合指标，污染物排放综合指标为Q＝w_sQ_s+w_nQ_n+w_cQ_c，其中，各项指标的权重系数w_s+w_n+w_c＝1，Q_s、Q_n、Q_c分别为SOx,NOx,CO₂污染物对应的排放浓度；

以某电厂660MW的火电机组为例，取SOx浓度为NOx为不考虑CO₂，两种污染物排放权重均为0.5，计算得到污染物成分为0.985g，调控因子k₁＝0.1，则污染物因子为0.098；

步骤(4)，基于网损的灵敏度对火电机组的综合成本进行修正，修正过程如公式(7)所示，

$f^{\′}=\frac{f}{1-a}---\left(7\right)$

其中，a为火电机组对网损的灵敏度，以某电厂660MW的火电机组为例，a为0.004；f为原成本，f′为修正后的成本；

步骤(5)，根据上述的火电机组的煤耗特性方程、污染排放综合指标、火电机组的后续负荷率及平均负荷率、网损，得到火电机组的运行综合评价模型，如公式(8)所示，

$F\left(P\right)=\frac{f\left(P\right)-k_{1}Q}{(1-a)}-\frac{\mathrm{\η}-\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}}{\stackrel{\‾}{\mathrm{\η}}*k_2}---\left(8\right)$

其中，f(P)为火电机组的煤耗特性方程；a是火电机组对网损的灵敏度；Q为污染物排放综合指标；k₁、k₂分别为污染物和火电机组的负荷率的宏观调控因子。

通过上述步骤的计算，以某电厂660MW火电机组为例，其能耗及环保综合评价指标结果如下表2所示，

表2某电厂660MW火电机组的能耗及环保综合评价指标结果

根据上述数据，拟合综合成本曲线如图3所示。

通过本发明的方法已经在某省电网中得到应用，该省智能电网调度技术支持系统调度计划成功应用了本方法，基于兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，能够保证电厂的电量计划履行进度大致相当，促进调度的精益化发展，促进机组运行综合效益的最大化。以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(1)，根据热力学第一定律计算火电机组的热耗率；根据锅炉效率计算火电机组的标准煤耗，对每台火电机组不同的工况，得到离散点(f_i,P_i),经过二次曲线拟合，得到火电机组的煤耗特性方程，其中，f_i为机组煤耗、P_i为机组出力；

步骤(2)，根据电量完成情况、剩余发电时间和电厂剩余可调容量计算火电机组的后续负荷率、平均负荷率；

步骤(3)，采用污染物排放浓度加权平均法计算污染物排放综合指标；

步骤(4)，基于网损的灵敏度对火电机组的综合成本进行修正；

步骤(5)，根据上述的火电机组的煤耗特性方程、污染排放综合指标、火电机组的后续负荷率及平均负荷率、网损，得到火电机组的运行综合评价模型。

2.根据权利要求1所述的一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：步骤(1)根据公式(1)计算火电机组的热耗率q，

其中，D₀，h₀，D_fw，h_fw分别为新蒸汽、给水的流量和焓值；D_r，h_r，h_l为再热蒸汽流量、再热蒸汽出口焓值、再热蒸汽入口焓值；P为发电机的输出功率；

根据公式(2)将火电机组的热耗率q转化为标准煤耗f，

其中，η_b为锅炉效率；Q_b为标准的煤发热量29270kJ/kg；

经过二次曲线拟合，得到火电机组的煤耗特性方程(3)

f＝a₂P²+a₁P+a₀P_min≤P≤P_max                (3) 

其中，a₀、a₁、a₂为煤耗特性参数，P_min为机组最小机组出力、P_max为机组最大机组出力。

3.根据权利要求1所述的一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：步骤(2)根据公式(4)计算火电机组的后续负荷率，

η＝(M-F)×100％/(Q×T_L)                   (4) 

其中，N为电厂的集合；M为电厂月度计划电量；F为电厂已完成的发电量；T_L为决策周期之后的剩余发电时间；Q为电厂剩余可调容量；

根据公式(5)得到电厂剩余可调容量Q，

其中，N为电厂包含的火电机组的集合，T_LM为机组决策周期之后的剩余检修时间，为机组出力上限；

根据公式(6)计算火电机组的平均负荷率

其中，T为决策周期总发电时间；Q⁰为电厂本月可调容量。

4.根据权利要求1所述的一种兼顾节能减排和三公调度的机组 综合运行评价方法，其特征在于：步骤(3)采用污染物排放浓度加权平均法计算污染物排放综合指标为Q＝w_sQ_s+w_nQ_n+w_cQ_c，其中，各项指标的权重系数w_s+w_n+w_c＝1，Q_s、Q_n、Q_c分别为SOx,NOx,CO₂污染物对应的排放浓度。

5.根据权利要求1所述的一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：步骤(4)基于网损的灵敏度对火电机组的综合成本进行修正，如公式(7)所示，

其中，a为火电机组对网损的灵敏度，f为原成本，f′为修正后的成本。

6.根据权利要求1所述的一种兼顾节能减排和三公调度的机组综合运行评价方法，其特征在于：步骤(5)得到火电机组的运行综合评价模型，如公式(8)所示，

其中，f(P)为火电机组的煤耗特性方程；a是火电机组对网损的灵敏度；Q为污染物排放综合指标；k₁、k₂分别为污染物和火电机组的负荷率的宏观调控因子。