CN111401771A - 一种热电联产机组多供热方式的经济调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热电联产机组多供热方式的经济调度方法，过理论计算、现场试验等方式获得四种供热方式的电热煤关系特性；本发明基于当地电力辅助调峰补偿政策、上网电价、标煤单价等多边界参数以及多供热方式复杂热电煤变化特性，提出一种热电联产机组多供热方式的经济调度方法，在满足热网供热要求的情况下，最大幅度提升热电联产机组的盈利能力。

Description

一种热电联产机组多供热方式的经济调度方法

【技术领域】

本发明属于供热机组运行领域，涉及一种热电联产机组多供热方式的经济调度方法。

【背景技术】

随着社会发展和产业结构的不断调整，用电结构不断变化，引起新能源电力废弃率逐步增高的主要因素为传统火电机组调峰能力不足。从我国新能源电力结构角度分析，水电主要集中在西南部，核电集中在沿海且占比较小。但在三北地区，由于电力供大于求、供热机组所占装机比例大、风电机组装机容量大且常常出现逆向调峰运行、电网用电负荷的峰谷差增大，导致电网调峰困难、弃风现象频发。为促进新能源电力进一步消纳，以及新能源装机和发电量占比的进一步提升，国家发改委、能源局等相继下发了多项政策，要求必须从负荷侧(用户侧)、电源侧(发电企业)、电网侧多措并举，充分挖掘现有系统调峰能力，增加灵活性、适应性；现役纯凝机组供热改造，充分利用存量机组供热能力，扩大热电机组供热范围，提高热电联产供热比重，提升供热能力。

当前电力形势及政策复杂多变、集中采暖市场快速发展，热电联产机组采用多以连通管抽汽供热方式为基础，实施热电解耦技术改造。削弱当前供热机组电、热强耦合关系的本质在于提升机组中低负荷供热能力。主要技术路线中，电极锅炉调峰补热技术侧重于提升电调节能力，高背压/光轴梯级供热技术侧重于提升供热能力，但属于典型的以热定电，调峰灵活性差；储热方案对电厂参与长期低负荷调峰的适应性较差；低压缸零出力供热方案和旁路联合供热方案可同时提高机组电负荷和热负荷调节能力，同时兼顾运行灵活性。综上所述，低压缸零出力供热、高低压旁路联合供热、高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方案具有改造范围小、初投资低、且互相之间可灵活切换等优点，推广应用前景广泛。然而关于变电负荷、变供热负荷以及电力辅助调峰补偿政策条件下的优化运行调度方式，鲜有公开报道。

【发明内容】

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种热电联产机组多供热方式的经济调度方法，该方法在满足热网供热要求的情况下最大幅度提升盈利能力。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种热电联产机组多供热方式的经济调度方法，包括以下步骤：

步骤1：通过现场性能试验辅助以理论计算获得四种供热方式的最大供热负荷Q_max、电负荷-供热负荷运行范围和电热煤关系特性；

所述四种供热方式为：连通管抽汽供热方式F1、低压缸零出力供热方式F2、高低压旁路联合供热方式F3和高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4；

1-1)根据四种供热方式的电负荷-供热负荷关系特性，拟合出四种供热方式下给定电负荷下的供热负荷上限Q_min和供热负荷下限Q_max的关联式，以及给定热负荷下的电负荷上限N_min和电负荷下限N_max的关联式；

给定电负荷下的供热负荷上限Q_min和供热负荷下限Q_max的关联式如下：

Q＝a×N+b

其中，a和b为系数，不同供热方式不尽相同；

给定热负荷下的电负荷上限N_min和电负荷下限N_max的关联式如下：

N＝c×Q+d

其中，c和d为系数，不同供热方式不尽相同；

1-2)根据四种供热方式的电功率-热负荷-标煤消耗关系特性，拟合出数据关联式：

B＝f(N,Q)＝e×N+g×Q+h

其中，e、g和h为系数，不同供热方式不尽相同；

步骤2：迭代寻优

2-1)根据供热负荷Q₀，以连通管抽汽供热方式F1、以及对应的最大电功率N₀为优化计算基准，以供热负荷Q₀和电功率N₀为变量根据连通管抽汽供热方式F1的电负荷-热负荷-标煤消耗关系特性确定标煤消耗量B，得出该工况下的盈利能力M₀；

2-2)在此基础上每次以5％的幅度降低电功率，N₁＝0.95N₀，以N₁为因变量，在电热运行范围内进行运行判断，不满足的供热方式不予计入，满足供热负荷Q₀要求的供热方式继续下一步计算，以供热负荷Q₀和电功率N₁为变量根据对应供热方式的电负荷-热负荷-标煤消耗关系特性确定各自的标煤消耗量B以及盈利能力M，比较各供热方式的盈利能力最大值，并与盈利能力M₀比较，若不大于盈利能力M₀则迭代终止，基准工况为最优方式；若高于，则继续以5％的幅度下调电动率，进行下一次迭代；

2-3)若电功率下调到高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4下的最低值，仍无最优值，则认为高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4为最优方式，迭代终止。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明基于当地电力辅助调峰补偿政策、上网电价、标煤单价等多边界参数以及多供热方式复杂热电煤变化特性，提出一种热电联产机组多供热方式的经济调度方法，在满足热网供热要求的情况下，最大幅度提升热电联产机组的盈利能力。

【附图说明】

图1为热电联产机组采用四种供热方式的热力系统示意图；

图2为热电联产机组采用四种供热方式的电-热运行范围示意图；

图3为本发明热电联产机组经济调度方法的流程图。

其中：11-锅炉；2-高压缸；3-中压缸；4-低压缸；5-热网加热器；6-高旁管路阀门组；7-中压缸进汽调节阀；8-热再抽汽管路阀门组；9-低压缸冷却蒸汽旁路阀门组；10-连通管供热蝶阀；11-供热抽汽母管阀门组。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

供热季燃煤热电联产机组对外供热热负荷受热力公司根据当地实时气温调度，对外供电功率受当地电网实时调度或调峰时段由热电联产机组根据自身情况主动申报。机组运行成本主要为标准煤消耗，收益主要为供热、售电及调峰补贴(或罚款)，机组盈利为售电收入+调峰补贴－标准煤消耗。因此，在供热热负荷一定的条件下，尽可能降低标准煤消耗是提高盈利的关键。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，图1为现有的热电联产机组采用四种供热方式的热力系统，典型热电联产机组的四种供热方式为：连通管抽汽供热方式F1、低压缸零出力供热方式F2、高低压旁路联合供热方式F3和高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4。

连通管抽汽供热方式F1：高旁管路阀门组6、热再抽汽管路阀门组8和低压缸冷却蒸汽旁路阀门组9关闭，中压缸进汽调节阀7、连通管供热蝶阀10和供热抽汽母管阀门组11开启时，供热蒸汽自中低压缸联通管抽出经供热抽汽母管阀门组11进入热网加热器5；

低压缸零出力供热方式F2：高旁管路阀门组6、热再抽汽管路阀门组8和连通管供热蝶阀10关闭，中压缸进汽调节阀7、低压缸冷却蒸汽旁路阀门组9和供热抽汽母管阀门组11开启，低压缸4除少量冷却蒸汽经低压缸冷却蒸汽旁路阀门组9进入外，中压缸3排汽全部经进汽供热抽汽母管阀门组11进入热网加热器5；

高低压旁路联合供热方式F3：低压缸冷却蒸汽旁路阀门组9关闭，高旁管路阀门组6、中压缸进汽调节阀7、热再抽汽管路阀门组8、连通管供热蝶阀10和供热抽汽母管阀门组11开启，一部分主汽经高压旁路阀门组直接减温减压进入锅炉1以减少高压缸做功，锅炉1再热器出口蒸汽一部分经热再抽汽管路阀门组11减温减压，和中压缸抽汽汇合，经供热抽汽母管阀门组11进入热网加热器5。

将低压缸零出力供热方式F2和高低压旁路联合供热方式F3联合，部分旁路高压缸2和中压缸3，全部旁路低压缸4。四种供热方式通过阀门的操作可实现互相之间的灵活切换。

热电联产机组电功率特性采用发电机功率N表征，热负荷特性采用对外供热量Q表征，运行成本主要采用标煤消耗B表征。在保证供热量的前提下，热电联产机组的主要运行参数为电功率和耗煤量，三者的关系可表示为：B＝f(N,Q)。

参见图2，图2为四种采暖供热方式的电负荷-供热负荷运行范围示意图。图2中0-1线表示级组纯凝条件运行，0-3”′线为锅炉最大蒸发量下，汽轮机供热抽汽流量与电功率的关系曲线，表征了不同抽汽流量下机组的最大发电功率，1-2”′为锅炉最小稳定燃烧蒸发量下，汽轮机供热抽汽流量与电功率的关系曲线，表征了不同抽汽流量下机组的最小发电功率。区域0-1-2-3、2′-3′、2″-3″和2″′-3″′分别表示供热方式F1～F4的电热调节范围。

如图3所示，图3为具备上述四种供热方式的热电联产机组经济调度方法的计算过程示意图。在优化计算开始前，需通过理论计算、现场试验等方式获得四种供热方式的电热煤关系特性。

定义相关参数及符号如下：

供热负荷Q，MW；

发电机功率N(运行范围为F_1～4(Q)和maxF_1～4(Q)之间)，kW；

厂用电功率N_c，由电厂统计系统读出，kW；

标煤消耗量B，t/h；

上网电价c，元/kWh；

标煤单价b，元/t；

电力辅助调峰补偿政策，低于额定发电容量的50％(定义为N_b)，每降低1kWh，奖励a元/kWh，高于额定发电容量的50％(定义为N_b)，每高1kWh，扣款a元/kWh。

在供热量一定的情况下，无论改变供热方式都不影响供热收入，故热电联产机组盈利值M＝(N-N_c)×c-B×b+(N-N_b)×a

本发明热电联产机组多供热方式的经济调度方法，包括以下步骤：

步骤1：基础数据整理

1-1)通过现场性能试验辅助以理论计算等技术手段获得四种供热方式的最大供热负荷Q_max、电负荷-供热负荷运行范围和电热煤关系特性；

所述四种供热方式为：连通管抽汽供热方式F1、低压缸零出力供热方式F2、高低压旁路联合供热方式F3和高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4。

1-2)根据四种供热方式的电负荷-供热负荷关系特性，拟合出四种供热方式下给定电负荷下的供热负荷上限Q_min和供热负荷下限Q_max的关联式，以及给定热负荷下的电负荷上限N_min和电负荷下限N_max的关联式；

给定电负荷下的供热负荷上限Q_min和供热负荷下限Q_max的关联式如下：

Q＝a×N+b

其中，a和b为系数，不同供热方式不尽相同；

给定热负荷下的电负荷上限N_min和电负荷下限N_max的关联式如下：

N＝c×Q+d

其中，c和d为系数，不同供热方式不尽相同；

1-3)根据四种供热方式的电功率-热负荷-标煤消耗关系特性，拟合出数据关联式：

B＝f(N,Q)＝e×N+g×Q+h

其中，e、g和h为系数，不同供热方式不尽相同；连通管抽汽供热方式F1、低压缸零出力供热方式F2、高低压旁路联合供热方式F3和高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4的标煤消耗仅与供热量有关；

对于不同热电联产机组，四种供热方式的最大供热负荷、电热煤关系特性不同。

以某300MW等级湿冷热电联产机组为例

连通管抽汽供热方式F1：

Q_1min＝0

N_1min＝(0.448×Q+49.07)×1000

N_1max＝(-0.257×Q+339.6)×1000

B_1min＝0.204×Q+18.35

B_1max＝102

B₁＝e×N+g×Q+h

低压缸零出力供热方式F2：

Q_2max＝0

N_2min＝(0.437×Q+0.833)×1000

N_2max＝(-0.257×Q+339.6)×1000

B₂＝0.203×Q+1.999

高低压旁路联合供热方式F3：

Q_3max＝0

N_3min＝(0.301×Q+21.53)×1000

N_3max＝(-0.257×Q+339.6)×1000

B₃＝0.181×Q+14.06

高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4：

Q_4max＝0

N_4min＝(0.321×Q-12.24)×1000

N_4max＝(-0.257×Q+339.6)×1000

B₄＝0.184×Q-0.207

步骤2：迭代寻优

2-1)根据供热负荷Q₀，以连通管抽汽供热方式F1、以及对应的最大电功率N₀为优化计算基准，以供热负荷Q₀和电功率N₀为变量根据连通管抽汽供热方式F1的电负荷-热负荷-标煤消耗关系特性确定标煤消耗量B，得出该工况下的盈利能力M₀。

2-2)在此基础上每次以5％的幅度降低电功率，N₁＝0.95N₀，以N₁为因变量，在图2的电热运行范围内进行运行判断，不满足的供热方式不予计入，满足供热负荷Q₀要求的供热方式继续下一步计算，以供热负荷Q₀和电功率N₁为变量根据对应供热方式的电负荷-热负荷-标煤消耗关系特性确定各自的标煤消耗量B以及盈利能力M，比较各供热方式的盈利能力最大值，并与M₀比较，若不大于M₀则迭代终止，基准工况为最优方式；若高于，则继续以5％的幅度下调电动率，进行下一次迭代。

2-3)若电功率下调到高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4下的最低值，仍无最优值，则认为高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4为最优方式，迭代终止。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种热电联产机组多供热方式的经济调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过现场性能试验辅助以理论计算获得四种供热方式的最大供热负荷Q_max、电负荷-供热负荷运行范围和电热煤关系特性；

所述四种供热方式为：连通管抽汽供热方式F1、低压缸零出力供热方式F2、高低压旁路联合供热方式F3和高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4；

1-1)根据四种供热方式的电负荷-供热负荷关系特性，拟合出四种供热方式下给定电负荷下的供热负荷上限Q_min和供热负荷下限Q_max的关联式，以及给定热负荷下的电负荷上限N_min和电负荷下限N_max的关联式；

给定电负荷下的供热负荷上限Q_min和供热负荷下限Q_max的关联式如下：

Q＝a×N+b

其中，a和b为系数，不同供热方式不尽相同；

给定热负荷下的电负荷上限N_min和电负荷下限N_max的关联式如下：

N＝c×Q+d

其中，c和d为系数，不同供热方式不尽相同；

1-2)根据四种供热方式的电功率-热负荷-标煤消耗关系特性，拟合出数据关联式：

B＝f(N,Q)＝e×N+g×Q+h

其中，e、g和h为系数，不同供热方式不尽相同；

步骤2：迭代寻优

2-1)根据供热负荷Q₀，以连通管抽汽供热方式F1、以及对应的最大电功率N₀为优化计算基准，以供热负荷Q₀和电功率N₀为变量根据连通管抽汽供热方式F1的电负荷-热负荷-标煤消耗关系特性确定标煤消耗量B，得出该工况下的盈利能力M₀；

2-2)在此基础上每次以5％的幅度降低电功率，N₁＝0.95N₀，以N₁为因变量，在电热运行范围内进行运行判断，不满足的供热方式不予计入，满足供热负荷Q₀要求的供热方式继续下一步计算，以供热负荷Q₀和电功率N₁为变量根据对应供热方式的电负荷-热负荷-标煤消耗关系特性确定各自的标煤消耗量B以及盈利能力M，比较各供热方式的盈利能力最大值，并与盈利能力M₀比较，若不大于盈利能力M₀则迭代终止，基准工况为最优方式；若高于，则继续以5％的幅度下调电动率，进行下一次迭代；

2-3)若电功率下调到高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4下的最低值，仍无最优值，则认为高低压旁路联合供热耦合低压缸零出力供热方式F4为最优方式，迭代终止。

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