CN107895972B - 一种火电机组带负荷能力评估方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了火力发电领域的一种火电机组带负荷能力评估方法及其系统，包括：采集火电机组制粉系统状态参数并根据所述制粉系统状态参数判断制粉系统可用性；根据所述制粉系统可用性及制粉系统的额定出力计算制粉系统出力；计算火电机组的发电煤耗平均值；根据所述制粉系统出力以及所述发电煤耗平均值计算火电机组带负荷能力。本发明采用实时分析机组煤耗变化的方法评估火电机组的带负荷能力，解决了不了解磨煤机设备状态及煤质和机组效率的情况下要实时准确计算机组带负荷能力的问题。

Description

一种火电机组带负荷能力评估方法及其系统

技术领域

本发明涉及火力发电领域，尤其涉及一种火电机组带负荷能力评估方法及其系统。

背景技术

基于电网安全可靠调度、运行以及智能电网建设的要求，调度机构需要获取各电厂实时带负荷能力信息，以便更好的根据实际情况编制负荷调度策略。而火力发电是一个极为复杂的生产过程，火电机组带负荷能力的监测和评估，是一个非常困难的工作。

制粉系统是影响火电机组发电能力的主要因素之一。制粉系统设备运行环境较为恶劣，设备磨损较大，当发生设备故障，非停，或进行磨煤机大修时，制粉系统出力受限；多数火电厂大量燃用非设计煤种，调度又缺乏电厂煤质分析，锅炉效率，发电机效率，管道效率等因素等实时可靠数据，计算结果存在较大误差；不同负荷下机组运行的发电煤耗存在较大差别。在火电机组制粉系统出力受限，不了解煤质和机组效率的情况下要实时，准确计算机组带负荷能力，存在较大困难。

发明内容

本发明目的在于提供一种火电机组带负荷能力评估方法及其系统，以解决现有技术中存在的缺陷。

为实现上述目的，本发明提供了一种火电机组带负荷能力评估方法，包括以下步骤：

S1：采集火电机组制粉系统状态参数并根据所述制粉系统状态参数判断制粉系统可用性；

S2：根据所述制粉系统可用性及制粉系统的额定出力计算制粉系统出力；

S3：计算火电机组的发电煤耗平均值；

S4：根据所述制粉系统出力以及所述发电煤耗平均值计算火电机组带负荷能力。

优选地，制粉设备可用性判断步骤如下：

S101：对状态参数准确性进行甄别，剔除测量误差参数和故障测量参数；

S102：根据甄别后的状态参数建立设备劣化度模型：

d_i＝|(x_i-x_o)/(x_lm-x_o)|^k(0≤di≤1)

其中，d_i为劣化度，x_i为状态参数实测值，x_o为状态参数正常值，x_lm设备停运状态参数极限值，k为参数变化对设备的影响程度，其中，k的计算公式为：

式中，x_al定义为状态参数的报警值。

S103:根据设备劣化度判断制粉系统可用性S_i。

优选地，制粉系统出力计算方式为：

其中，B_m为制粉系统出力，bm为额定出力，Si为制粉系统可用性。

优选地，计算火电机组的发电煤耗平均值的步骤包括：

S301：判断火电机组工况稳定性：

其中，W_j为在时刻j机组工况稳定性判定标识，C_j,i为在时刻j，指标i工况稳定性判定标识，max(M_j,i)，min(M_j,i)分别为在时刻j，指标i在工况判定周期内所采点的最大值和最小值，Δ(Mi)为指标i在周期内的允许变化量；

S302：计算机组处于稳定工况周期内的发电煤耗Bf和机组负荷率平均值K，将负荷率平均值K按区间分类，每一类负荷率K对应的发电煤耗Bf构成一组数据对；

S303：利用数据对样本及负荷率构造机组关于机组负荷与发电耗煤的耗煤特性曲线：

Bf_n＝α_nP²+β_nP+γ_n

其中，Bf_n为机组n的发电煤耗；P为机组n最大可带负荷值；α_n，β_n，γ_n均为机组n 的煤耗特性系数。

优选地，火电机组带负荷能力的计算过程为：

S401：计算机组当前最大可带负荷：

P_n＝10³*B_m/Bf_n；

S402：确认机组当前最大可带负荷：

若|(P_n-P′_n)/P′_n|＞2％，以P_n作为P′_n重新计算，否则，以P_n作为机组n当前最大可带负荷值，其中，P′_n为前一次通过耗煤特性曲线得到的Bf_n计算得到的最大可带负荷。

依托于上述方法，本发明还提供了一种火电机组带负荷能力评估系统，包括：

第一模块：用于采集火电机组制粉系统状态参数并根据所述制粉系统状态参数判断制粉系统可用性；

第二模块：用于根据所述制粉系统可用性及制粉系统的额定出力计算制粉系统出力；

第三模块：用于计算火电机组的发电煤耗平均值；

第四模块：用于根据所述制粉系统出力以及所述发电煤耗平均值计算火电机组带负荷能力。

优选地，第一模块对制粉系统可用性判断包括：

第一单元：用于对状态参数准确性进行甄别，剔除测量误差参数和故障测量参数；

第二单元：用于根据甄别后的状态参数建立设备劣化度模型：

d_i＝|(x_i-x_o)/(x_lm-x_o)|^k(0≤d_i≤1)

其中，d_i为劣化度，x_i为状态参数实测值，x_o为状态参数正常值，x_lm设备停运状态参数极限值，k为参数变化对设备的影响程度，其中，k的计算公式为：

式中，x_al定义为状态参数的报警值。

第三单元：用于根据设备劣化度判断制粉系统可用性S_i。

优选地，第二模块中制粉系统出力计算模型为：

其中，B_m为制粉系统出力，b_m为额定出力，S_i为制粉系统可用性。

优选地，第三模块对于计算火电机组的发电煤耗平均值包括：

第四单元：用于判断火电机组工况稳定性：

其中，W_j为在时刻j机组工况稳定性判定标识，C_j,i为在时刻j，指标i工况稳定性判定标识，max(M_j,i)，min(M_j,i)分别为在时刻j，指标i在工况判定周期内所采点的最大值和最小值，Δ(Mi)为指标i在周期内的允许变化量；

第五单元：用于计算机组处于稳定工况周期内的发电煤耗Bf和机组负荷率平均值K，将负荷率平均值K按区间分类，每一类负荷率K对应的发电煤耗Bf构成一组数据对；

第六单元：用于利用数据对样本及负荷率构造机组关于机组负荷与发电耗煤的耗煤特性曲线：

Bf_n＝α_nP²+β_nP+γ_n

其中，Bf_n为机组n的发电煤耗；P为机组n最大可带负荷值；α_n，β_n，γ_n均为机组n 的煤耗特性系数。

优选地，第四模块中对于火电机组带负荷能力的计算包括：

第七单元：用于计算机组当前最大可带负荷：

P_n＝10³*B_m/Bf_n；

第八单元：用于确认机组当前最大可带负荷：

若|(P_n-P_n′)/P_n′|＞2％，以P_n作为P′_n重新计算，否则，以P_n作为机组n当前最大可带负荷值，其中，P_n′为前一次通过耗煤特性曲线得到的Bf_n计算得到的最大可带负荷。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明能够在线实时评估火电机组带负荷能力，便于调度人员及时把握机组发电能力的变化。

2、本发明采用实时分析机组煤耗变化的方法，无需对燃煤煤质、锅炉效率、发电机效率以及管道效率等因素对出力影的响进行分析。

3、本发明综合考虑了燃煤从传输、制粉、燃烧到能量转换全过程对火电机组带负荷能力的影响，得到的带负荷能力值准确。

下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的一种火电机组带负荷能力评估方法流程图；

图2是本发明优选实施例的一种火电机组带负荷能力评估方法具体步骤流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明公开了一种火电机组带负荷能力评估方法，包括以下步骤：

S1：采集火电机组制粉系统状态参数并根据所述制粉系统状态参数判断制粉系统可用性。

采集制粉系统重要状态参数的实时运行监测数据，包括磨煤机和给煤机的启停状态及跳闸信号、电机电流、磨煤机电机轴承温度、磨煤机推力轴承温度、磨煤机出口风粉混合物温度、磨煤机齿轮箱入口油压、磨煤机所在煤层火检和磨煤机一次风流量等，设定采集周期为 5s。根据获取的制粉系统状态参数判断制粉系统可用性状态，系统的可用性状态分为可用和不可用状态，系统正常工作时，为可用状态。一旦出现设备故障，则要停止设备的使用，系统变为不可用状态；不可用状态即设备或系统出现故障或在维修期间不能执行规定功能的状态。当故障设备维修完成以后，又可以将其恢复可用状态。

S2：根据所述制粉系统可用性及制粉系统的额定出力计算制粉系统出力。

根据磨煤机设计出力、运行状况，并结合设备老化程度、故障情况等确定各磨煤机的额定出力，根据磨煤机额定出力与各磨煤机的可用性状态计算出制粉系统出力，制粉系统出力即为各套制粉设备每小时完成原煤磨制和干燥，并将煤粉送入锅炉炉膛的质量总和。

S3：计算火电机组的发电煤耗平均值。

在机组稳定工况下，计算各稳定工况周期内发电煤耗和机组负荷率平均值，并构成数据对；按照负荷率区间分别归类构成集合，计算发电煤耗平均值。

S4：根据所述制粉系统出力以及所述发电煤耗平均值计算火电机组带负荷能力。

优选地，制粉设备可用性判断步骤如下：

S101：对状态参数准确性进行甄别，剔除测量误差参数和故障测量参数。

采用标准差检验、突变点检验、冗余检验、粗范围检验、相关性检验等诊断方法对设备参数准确性进行甄别，剔除了参数测量故障或误差带来的影响，如数据中断，数据突变，数据坏点，数据超限等。

S102：根据甄别后的状态参数建立设备劣化度模型：

d_i＝|(x_i-x_o)/(x_lm-x_o)|^k(0≤d_i≤1)

其中，d_i为劣化度，x_i为状态参数实测值，x_o为状态参数正常值，x_lm设备停运状态参数极限值，k为参数变化对设备的影响程度，其中，k的计算公式为：

式中，x_al定义为状态参数的报警值，对应劣化度为0.6，报警值是电厂技术人员结合厂家设备说明，并根据设备长期运行情况修正得到的，具有很好的借鉴意义。

S103:根据设备劣化度判断制粉系统可用性S_i。

当d_i＞0.8时,设备可用性状态为1，否则为0。

优选地，制粉系统出力计算方式为：

其中，B_m为制粉系统出力，b_m为额定出力，S_i为制粉系统可用性。

由前面得到的制粉系统可用性S_i以及额定出力b_m可以求出制粉系统出力B_m。

优选地，计算火电机组的发电煤耗平均值的步骤包括：

S301：判断火电机组工况稳定性：

其中，W_j为在时刻j机组工况稳定性判定标识，C_j,i为在时刻j，指标i工况稳定性判定标识，max(M_j,i)，min(M_j,i)分别为在时刻j，指标i在工况判定周期内所采点的最大值和最小值，Δ(M_i)为指标i在周期内的允许变化量。

通过分别判断机组主参数在某一时段内指标值的变化量是否超出设定的范围，来确定机组所处工况是否稳定。机组主参数有7个，包括机组负荷率、主蒸汽流量、主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热汽温度、排烟温度和省煤器出口氧量，设定工况判定周期为5min，采点周期为1min。W_j分为稳定和不稳定两种状态，后面的计算都应该在机组工况稳定的状态下进行。

S302：计算机组处于稳定工况周期内的发电煤耗Bf和机组负荷率平均值K，将负荷率平均值K按区间分类，每一类负荷率平均值K对应的发电煤耗Bf构成一组数据对。

负荷率平均值K＞40％，以每5％分为一类构成集合计算发电煤耗平均值，某机组负荷率与发电煤耗统计方式如下表格：

S303：利用数据对样本及负荷率构造机组关于机组负荷与发电耗煤的耗煤特性曲线：

Bf_n＝α_nP²+β_nP+γ_n

其中，Bf_n为机组n的发电煤耗；P为机组n最大可带负荷值；α_n，β_n，γ_n均为机组n 的煤耗特性系数。

优选地，火电机组带负荷能力的计算过程为：

S401：计算机组当前最大可带负荷：

P_n＝10³*B_m/Bf_n。

根据发电煤耗和制粉系统出力计算机组的带负荷能力

S402：确认机组当前最大可带负荷：

若|(P_n-P′_n)/P′_n|＞2％，以Pn作为P′_n重新计算，否则，以P_n作为机组n当前最大可带负荷值，其中，P′_n为前一次通过耗煤特性曲线得到的Bf_n计算得到的最大可带负荷。

对计算所得的最大可带负荷进行判断，符合判断标准的以计算所得的最大可带负荷为准，不符合判断标准的将计算所得的最大可带符合代入关于机组负荷与发电耗煤的耗煤特性曲线得到新的发电煤耗重新计算最大可带负荷。

依托于上述方法，本发明还提供了一种火电机组带负荷能力评估系统，包括：

第一模块：用于采集火电机组制粉系统状态参数并根据所述制粉系统状态参数判断制粉系统可用性；

第二模块：用于根据所述制粉系统可用性及制粉系统的额定出力计算制粉系统出力；

第三模块：用于计算火电机组的发电煤耗平均值；

第四模块：用于根据所述制粉系统出力以及所述发电煤耗平均值计算火电机组带负荷能力。

优选地，第一模块对制粉系统可用性判断包括：

第一单元：用于对状态参数准确性进行甄别，剔除测量误差参数和故障测量参数；

第二单元：用于根据甄别后的状态参数建立设备劣化度模型：

d_i＝|(x_i-x_o)/(x_lm-x_o)|^k(0≤d_i≤1)

其中，d_i为劣化度，x_i为状态参数实测值，x_o为状态参数正常值，x_lm设备停运状态参数极限值，k为参数变化对设备的影响程度，其中，k的计算公式为：

式中，x_al定义为状态参数的报警值。

第三单元：用于根据设备劣化度判断制粉系统可用性S_i。

优选地，第二模块中制粉系统出力计算模型为：

其中，B_m为制粉系统出力，b_m为额定出力，S_i为制粉系统可用性。

优选地，第三模块对于计算火电机组的发电煤耗平均值包括：

第四单元：用于判断火电机组工况稳定性：

其中，W_j为在时刻j机组工况稳定性判定标识，C_j,i为在时刻j，指标i工况稳定性判定标识，max(M_j,i)，min(M_j,i)分别为在时刻j，指标i在工况判定周期内所采点的最大值和最小值，Δ(M_i)为指标i在周期内的允许变化量；

第五单元：用于计算机组处于稳定工况周期内的发电煤耗Bf和机组负荷率平均值K，将负荷率平均值K按区间分类，每一类负荷率K对应的发电煤耗Bf构成一组数据对；

第六单元：用于利用数据对样本及负荷率构造机组关于机组负荷与发电耗煤的耗煤特性曲线：

Bf_n＝α_nP²+β_nP₊γ_n

其中，Bf_n为机组n的发电煤耗；P为机组n最大可带负荷值；α_n，β_n，γ_n均为机组n 的煤耗特性系数。

优选地，第四模块中对于火电机组带负荷能力的计算包括：

第七单元：用于计算机组当前最大可带负荷：

P_n＝10³*B_m/Bf_n；

第八单元：用于确认机组当前最大可带负荷：

若|(P_n-P′_n)/P′_n|＞2％，以P_n作为P′_n重新计算，否则，以P_n作为机组n当前最大可带负荷值，其中，P′_n为前一次通过耗煤特性曲线得到的Bf_n计算得到的最大可带负荷。

以某电厂660MW等级火电机组为例，对其制粉系统运行状态进行实时评估，计算机组当前可调出力(不启磨煤机)和机组带负荷能力。

该机组磨煤机在某一时刻的状态参数值及设备可用性状态计算如下表1所示:

表1磨煤机A状态参数及设备可用性状态计算列表

表2：磨煤机B状态参数及设备可用性状态计算列表

表3：磨煤机C状态参数及设备可用性状态计算列表

表4：磨煤机D状态参数及设备可用性状态计算列表

表5:磨煤机A状态参数及设备可用性状态计算列表

表6:磨煤机A状态参数及设备可用性状态计算列表

表1至表6中状态参数期望值、极限值、报警值参考机组运行规程进行设定，实际值根据机组历史数据任意选取；状态参数劣化度参照劣化计算模型，煤层火检综合计算模型为：

煤层火检综合良好判断阈值为0.8，其他状态参数为0.5。由表1至表6可知磨煤机A,B,C,E 处于运行状态，磨煤机B由于火检状态恶化，进入不可用状态，应当立即停运检查；磨煤机 D正常停备，为便于设备可用性判断，状态参数为磨煤机停运前参数；磨煤机F主设备断电，可能正在大修，设备为不可用状态。根据表1至表6数据可计算机组带负荷能力，如表7所示：

表7：

制粉系统当前运行可调出力由200t减少为150t，机组当前可调负荷上限由663MW减少为497MW，机组带负荷能力828MW(受机组额定负荷限制,实际能带660MW)减少为663MW。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种火电机组带负荷能力评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：采集火电机组制粉系统状态参数并根据所述制粉系统状态参数判断制粉系统可用性，

所述制粉设备可用性判断步骤如下：

S101：对状态参数准确性进行甄别，剔除测量误差参数和故障测量参数；

S102：根据甄别后的状态参数建立设备劣化度模型：

d_i＝|(x_i-x_o)/(x_lm-x_o)|^k，0≤d_i≤1

式中，d_i为劣化度，x_i为状态参数实测值，x_o为状态参数正常值，x_lm设备停运状态参数极限值，k为参数变化对设备的影响程度，其中，k的计算公式为：

式中，x_al定义为状态参数的报警值；

S103:根据设备劣化度判断制粉系统可用性S_i；

S2：根据所述制粉系统可用性及制粉系统的额定出力计算制粉系统出力；

其中，所述制粉系统出力计算方式为：

其中，B_m为制粉系统出力，b_m为额定出力，S_i为制粉系统可用性；

S3：计算火电机组的发电煤耗平均值；

所述计算火电机组的发电煤耗平均值的步骤包括：

S301：判断火电机组工况稳定性：

其中，W_j为在时刻j机组工况稳定性判定标识，C_j,i为在时刻j，指标i工况稳定性判定标识，max(M_j,i)，min(M_j,i)分别为在时刻j，指标i在工况判定周期内所采点的最大值和最小值，Δ(M_i)为指标i在周期内的允许变化量；

S302：计算机组处于稳定工况周期内的发电煤耗Bf和机组负荷率平均值K，将负荷率平均值K按区间分类，每一类负荷率K对应的发电煤耗Bf构成一组数据对；

S303：利用数据对样本及负荷率构造机组关于机组负荷与发电耗煤的耗煤特性曲线：

Bf_n＝α_nP²+β_nP+γ_n

其中，Bf_n为机组n的发电煤耗；P为机组n最大可带负荷值；α_n，β_n，γ_n均为机组n的煤耗特性系数；

S4：根据所述制粉系统出力以及所述发电煤耗平均值计算火电机组带负荷能力，所述火电机组带负荷能力的计算过程为：

S401：计算机组当前最大可带负荷：

P_n＝10³*B_m/Bf_n；

S402：确认机组当前最大可带负荷：

若|(P_n-P′_n)/P′_n|＞2％，以P_n作为P′_n重新计算，否则，以P_n作为机组n当前最大可带负荷值，其中，P′_n为前一次通过耗煤特性曲线得到的Bf_n计算得到的最大可带负荷。

2.一种火电机组带负荷能力评估系统，其特征在于，包括：

第一模块：用于采集火电机组制粉系统状态参数并根据所述制粉系统状态参数判断制粉系统可用性；

所述第一模块对制粉系统可用性判断包括：

第一单元：用于对状态参数准确性进行甄别，剔除测量误差参数和故障测量参数；

第二单元：用于根据甄别后的状态参数建立设备劣化度模型：

d_i＝|(x_i-x_o)/(x_lm-x_o)|^k，0≤d_i≤1

式中，d_i为劣化度，x_i为状态参数实测值，x_o为状态参数正常值，x_lm设备停运状态参数极限值，系数k为参数变化对设备的影响程度，其中，k的计算公式为：

式中，x_al定义为状态参数的报警值；

第三单元：用于根据设备劣化度判断制粉系统可用性S_i；

第二模块：用于根据所述制粉系统可用性及制粉系统的额定出力计算制粉系统出力；

所述第二模块中制粉系统出力计算模型为：

其中，B_m为制粉系统出力，b_m为额定出力，S_i为制粉系统可用性；

第三模块：用于计算火电机组的发电煤耗平均值；

所述第三模块对于计算火电机组的发电煤耗平均值包括：

第四单元：用于判断火电机组工况稳定性：

其中，W_j为在时刻j机组工况稳定性判定标识，C_j,i为在时刻j，指标i工况稳定性判定标识，max(M_j,i)，min(M_j,i)分别为在时刻j，指标i在工况判定周期内所采点的最大值和最小值，Δ(M_i)为指标i在周期内的允许变化量；

第五单元：用于计算机组处于稳定工况周期内的发电煤耗Bf和机组负荷率平均值K，将负荷率平均值K按区间分类，每一类负荷率K对应的发电煤耗Bf构成一组数据对；

第六单元：用于利用数据对样本及负荷率构造机组关于机组负荷与发电耗煤的耗煤特性曲线：

Bf_n＝α_nP²+β_nP+γ_n

其中，Bf_n为机组n的发电煤耗；P为机组n最大可带负荷值；α_n，β_n，γ_n均为机组n的煤耗特性系数；

第四模块：用于根据所述制粉系统出力以及所述发电煤耗平均值计算火电机组带负荷能力，所述第四模块中对于火电机组带负荷能力的计算包括：

第七单元：用于计算机组当前最大可带负荷：

P_n＝10³*B_m/Bf_n；

第八单元：用于确认机组当前最大可带负荷：

若|(P_n-P′_n)/P′_n|＞2％，以P_n作为P′_n重新计算，否则，以P_n作为机组n当前最大可带负荷值，其中，P′_n为前一次通过耗煤特性曲线得到的Bf_n计算得到的最大可带负荷。

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