CN112115587A - 一种基于蓄*利用的发电机组负荷指令优化系统 - Google Patents

一种基于蓄*利用的发电机组负荷指令优化系统 Download PDF

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CN112115587A CN202010865056.9A CN202010865056A CN112115587A CN 112115587 A CN112115587 A CN 112115587A CN 202010865056 A CN202010865056 A CN 202010865056A CN 112115587 A CN112115587 A CN 112115587A
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梁凌
李庚达
张婷
陶志刚
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Abstract

本发明属于发电技术领域，提供了一种基于蓄
Figure DDA0002649457520000011
利用的发电机组负荷指令优化系统，包括：用于计算换热设备的变负荷过程壁温和变负荷实时壁温的换热设备壁温计算模块、用于计算换热设备的变负荷过程蓄
Figure DDA0002649457520000012
和变负荷实时蓄
Figure DDA0002649457520000013
的换热设备蓄
Figure DDA0002649457520000014
计算模块、用于对初始电网负荷指令进行优化的负荷指令优化模块，以及，用于根据机组当前状态选择适应于协调控制系统响应的负荷指令的负荷指令选择模块。本发明方案能够有效利用发电机组自身的金属换热设备的蓄
Figure DDA0002649457520000015
值，实现发电机组瞬态过程节能，同时，还能改善发电机组变负荷瞬态过程的主要运行参数控制品质。

Description

一种基于蓄*利用的发电机组负荷指令优化系统
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体地涉及一种基于蓄
Figure BDA0002649457500000012
利用的发电机组负荷指令优化系统。
背景技术
随着以光伏、风电为代表的可再生能源发电快速发展，火电机组在电力系统中的角色也逐渐由承担用户基本负荷向承担电网调峰负荷转变。为加强调峰能力建设，提升系统灵活性，并全面推动煤电机组灵活性改造，越来越多的火电机组频繁参与电网调峰是大势所趋，但火电机组热控系统的设计初衷是为了保证机组在稳定负荷下安全、高效、环保运行，频繁的负荷波动使机组长期处于瞬态工况运行，严重影响了火电机组的能效水平和控制品质，亟需开展火电机组瞬态过程的节能潜力挖掘和优化控制研究。
火电机组的热力系统由大量金属换热器和金属管道构成，由于金属材料的热惯性，在变负荷运行时机组的运行参数变化呈现不同的时延过程特性，其温度变化相比于压力变化具有滞后性，变负荷瞬态过程中热力系统的蓄热现象导致火电机组压力、温度、能耗等运行参数呈现出不同的非线性瞬态特性，对机组传统热控系统的控制经济性与控制品质提出了严峻的挑战，而现有技术中机组协调控制系统的固定值电负荷指令已难以满足灵活运行模式下机组的运行需求，因此，如何在瞬态过程中降低机组的能耗指标、优化机组的控制品质，从而提升火电机组灵活高效运行水平是本领域技术人员的研究目标。
发明内容
本发明为弥补上述技术缺陷，提出了一种基于蓄
Figure BDA0002649457500000026
利用的发电机组负荷指令优化系统。
为了实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种基于蓄
Figure BDA0002649457500000027
利用的发电机组负荷指令优化系统，包括：
换热设备壁温计算模块，用于计算换热设备的变负荷过程壁温和变负荷实时壁温；
换热设备蓄
Figure BDA0002649457500000028
计算模块，用于根据所述变负荷过程壁温计算换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA00026494575000000213
以及，根据变负荷过程壁温和变负荷实时壁温计算换热设备的变负荷实时蓄
Figure BDA00026494575000000214
负荷指令优化模块，用于根据换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA00026494575000000211
和变负荷实时蓄
Figure BDA00026494575000000212
对初始电网负荷指令进行优化；
负荷指令选择模块，用于根据机组当前运行状态选择适应于协调控制系统响应的负荷指令。
优选地，所述换热设备壁温计算模块包括：
过程壁温计算模块，用于输入发电机组的机组负荷P、初始电网负荷指令P0和给定的机组变负荷速率V0，并根据所述机组负荷P、所述机组变负荷速率V0计算变负荷过程初始壁温Tb0，以及，根据所述初始电网负荷指令P0、所述机组变负荷速率V0计算变负荷过程终止壁温Tb1；
实时壁温计算模块，用于输入发电机组的实时负荷
Figure BDA0002649457500000021
和实时变负荷速率
Figure BDA0002649457500000022
并根据所述实时负荷
Figure BDA0002649457500000023
和所述实时变负荷速率
Figure BDA0002649457500000024
计算换热设备的变负荷实时壁温
Figure BDA0002649457500000025
优选地，在所述过程壁温计算模块和所述实时壁温计算模块中，根据换热设备的壁面温度与机组负荷和机组变负荷速率的函数变化关系计算换热设备壁温；
所述换热设备的壁面温度与机组负荷和机组变负荷速率的函数变化关系为：
Tb＝f(P,V)
其中：Tb为换热设备的壁面平均温度，单位为K；
P为机组负荷值，单位为MW；
V为机组变负荷速率，单位为MW/min。
优选地，所述换热设备蓄
Figure BDA0002649457500000035
计算模块包括：
过程蓄
Figure BDA0002649457500000036
计算模块，用于输入换热设备的变负荷过程初始壁温Tb0和变负荷过程终止壁温Tb1，并输出换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA0002649457500000037
ΔEx；
实时蓄
Figure BDA0002649457500000038
计算模块，用于输入换热设备的变负荷过程初始壁温Tb0和变负荷实时壁温
Figure BDA0002649457500000031
并输出换热设备的变负荷实时蓄
Figure BDA00026494575000000314
优选地，在所述过程蓄
Figure BDA00026494575000000310
计算模块和所述实时蓄
Figure BDA00026494575000000311
计算模块中，根据换热设备的变负荷过程蓄热量计算换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA00026494575000000312
值：
Figure BDA0002649457500000033
Figure BDA0002649457500000034
其中：δQm为换热设备的变负荷过程蓄热量，单位为kW；
Am为换热设备的传热面积，单位为m2；
ρm为换热设备的密度，单位为kg/m3；
δm为换热设备的壁厚，单位为m；
Cpm为换热设备的比热容，单位为kJ/(kg·K)；
δTb为变负荷前后换热设备的壁面温差，单位为K；
δt为变负荷过程的时间，单位为s；
δEx为换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA00026494575000000313
值，单位为kW。
T0为环境温度，单位为K；
Tb为变负荷过程中换热设备的平均壁面温度，单位为K。
优选地，所述根据换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA0002649457500000045
和变负荷实时蓄
Figure BDA0002649457500000046
对初始电网负荷指令进行优化，包括：
根据输入的初始电网负荷指令P0、换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA0002649457500000047
ΔEx和换热设备的变负荷实时蓄
Figure BDA00026494575000000410
计算优化后的电网负荷指令P1；
所述优化后的电网负荷指令P1为：
Figure BDA0002649457500000042
优选地，所述系统还包括机组状态判断模块，所述机组状态判断模块用于根据发电机组的实时负荷
Figure BDA0002649457500000043
和初始电网负荷指令P0，判断发电机组当前的运行状态，并输出机组状态判断值A。
优选地，该机组状态判断值A的取值方法为：
Figure BDA0002649457500000044
当A＝0时，对应发电机组的稳态运行状态；
当A＝1时，对应发电机组的瞬态运行状态。
优选地，所述根据机组当前状态选择适应于协调控制系统响应的负荷指令，包括：
根据输入的初始电网负荷指令P0、优化后的电网负荷指令P1和机组状态判断值A，输出负荷指令选择值Pe，其中，协调控制系统响应于所述负荷指令选择值Pe对应的负荷指令。
优选地，当A＝0时，所述负荷指令选择值Pe取初始电网负荷指令P0；
当A＝1时，所述负荷指令选择值Pe取优化后的电网负荷指令P1。
与现有技术相比，本发明方案的优点和积极效果如下：
(1)有效利用发电机组自身的金属换热设备的蓄
Figure BDA0002649457500000049
值，实现发电机组瞬态过程节能；
(2)改善优化发电机组变负荷瞬态过程的主要运行参数控制品质。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：
图1是负荷指令优化系统的安装位置示意图；
图2是负荷指令优化系统的结构示意图；
图3是负荷指令优化系统的工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。
本发明提供了一种基于蓄
Figure BDA0002649457500000051
利用的发电机组负荷指令优化系统，如图1所示的电负荷指令优化系统设置于电网系统和协调控制系统之间，用于对来自电网系统的初始电负荷指令进行优化后送入发电机组的协调控制系统，以用于控制发电机组变负荷过程运行。
如图2所示，该系统包括换热设备壁温计算模块、换热设备蓄
Figure BDA0002649457500000052
计算模块、负荷指令优化模块和负荷指令选择模块。
换热设备壁温计算模块用于计算换热设备的变负荷过程壁温和变负荷实时壁温。
换热设备蓄
Figure BDA0002649457500000067
计算模块用于根据所述变负荷过程壁温计算换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA00026494575000000613
以及，根据所述变负荷过程壁温和变负荷实时壁温计算换热设备的变负荷实时蓄
Figure BDA00026494575000000614
负荷指令优化模块用于根据换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA00026494575000000610
和变负荷实时蓄
Figure BDA00026494575000000611
对初始电网负荷指令进行优化。
负荷指令选择模块用于根据机组当前状态选择适应于协调控制系统响应的负荷指令。
进一步地，如图3所示，所述换热设备壁温计算模块包括过程壁温计算模块3和实时壁温计算模块4。
其中，过程壁温计算模块3用于输入发电机组1的机组负荷P、来自电网系统2的初始电网负荷指令P0，以及给定的机组变负荷速率V0，并根据所述机组负荷P、所述机组变负荷速率V0计算变负荷过程初始壁温Tb0，以及，根据所述初始电网负荷指令P0、所述机组变负荷速率V0计算变负荷过程终止壁温Tb1。
实时壁温计算模块4用于输入发电机组1的实时负荷
Figure BDA0002649457500000061
和实时变负荷速率
Figure BDA0002649457500000062
并根据所述实时负荷
Figure BDA0002649457500000063
和所述实时机组变负荷速率
Figure BDA0002649457500000064
计算换热设备的变负荷实时壁温
Figure BDA0002649457500000065
其中，所述实时机组变负荷速率
Figure BDA0002649457500000066
从AGC系统中获得。
在本发明方案中，换热设备的过程壁温计算模块3和实时壁温计算模块4可以同时输出发电机组中所有换热设备的壁温。
根据烟气流程及汽水流程，发电机组中的换热设备具体可以包括：蒸发系统、屏式过热器、后屏过热器、末级过热器、高温再热器、低温再热器、低温过热器、省煤器、高压加热器、除氧器和低压加热器等。
通过对火电机组瞬态过程能耗特性进行研究可以发现，在机组变负荷过程中，换热设备的壁温值和蓄
Figure BDA00026494575000000612
值主要与发电机组的负荷变化范围和变负荷速率有关。
在本发明中，计算换热设备的壁温的方法为：在各金属换热设备表面布置温度测点，并设置关于机组负荷变化范围和变负荷速率有关的实验条件，进行机组变负荷试验，通过建立各金属换热设备的壁面平均温度随机组负荷值和变负荷速率的函数变化关系，然后根据换热设备的壁面平均温度随机组负荷和机组变负荷速率的函数变化关系计算换热设备壁温，包括计算换热设备过程壁温和换热设备实时壁温。
根据一个优选的实施方式，该变负荷实验条件包括：
设定发电机组1的变负荷范围为30％～100％THA，设定变负荷速率为0.5％～2.5％Pemax/min。
其中，所述换热设备的壁面平均温度随机组负荷和机组变负荷速率具有常见的函数变化关系，即：
Tb＝f(P,V)
其中：Tb为换热设备的壁面平均温度，单位为K；
P为机组负荷值，单位为MW；
V为机组机组变负荷速率，单位为MW/min。
进一步地，所述换热设备蓄
Figure BDA0002649457500000073
计算模块包括过程蓄
Figure BDA0002649457500000074
计算模块5和实时蓄
Figure BDA0002649457500000075
计算模块6。
其中，过程蓄
Figure BDA0002649457500000076
计算模块5用于输入换热设备的变负荷过程初始壁温Tb0和变负荷过程终止壁温Tb1，并输出换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA0002649457500000077
ΔEx。
实时蓄
Figure BDA0002649457500000078
计算模块6用于输入换热设备的变负荷过程初始壁温Tb0和变负荷实时壁温
Figure BDA0002649457500000071
并输出换热设备的变负荷实时蓄
Figure BDA00026494575000000713
在本发明方案中，换热设备的过程蓄
Figure BDA00026494575000000710
计算模块5和实时蓄
Figure BDA00026494575000000711
计算模块6可以同时累积发电机组1中所有金属换热设备的蓄
Figure BDA00026494575000000714
具体地，根据一个优选的实施方式，本发明中根据换热设备的变负荷过程蓄热量计算换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA0002649457500000087
值δEx，单位为kW：
Figure BDA0002649457500000081
Figure BDA0002649457500000082
其中：δQm为换热设备的变负荷过程蓄热量，单位为kW；
Am为换热设备的传热面积，单位为m2；
ρm为换热设备的密度，单位为kg/m3；
δm为换热设备的壁厚，单位为m；
Cpm为换热设备的比热容，单位为kJ/(kg·K)；
δTb为变负荷前后换热设备的壁面温差，单位为K；
δt为变负荷过程的时间，单位为s；
T0为环境温度，单位为K；
Tb为变负荷过程中换热设备的平均壁面温度，单位为K。
进一步地，如图3所示，在负荷指令优化模块7中，所述根据换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA0002649457500000088
和变负荷实时蓄
Figure BDA0002649457500000089
对初始电网负荷指令进行优化，具体包括：
根据输入的初始电网负荷指令P0、换热设备的变负荷过程蓄
Figure BDA00026494575000000810
ΔEx和换热设备的变负荷实时蓄
Figure BDA00026494575000000811
计算优化后的电网负荷指令P1，P0、ΔEx、
Figure BDA0002649457500000084
和P1的单位均为MW。
所述优化后的电网负荷指令P1为：
Figure BDA0002649457500000085
进一步地，所述系统还包括机组状态判断模块9，所述机组状态判断模块9用于根据发电机组1的实时负荷
Figure BDA0002649457500000086
和初始电网负荷指令P0，判断发电机组1当前的运行状态，并输出机组状态判断值A。
在本发明中，该机组状态判断值A的取值方法为：
Figure BDA0002649457500000091
当A＝0时，对应发电机组的稳态运行状态；
当A＝1时，对应发电机组的瞬态运行状态。
进一步地，在负荷指令选择模块10中，所述根据机组当前状态选择适应于协调控制系统8响应的负荷指令，具体包括：
根据输入的初始电网负荷指令P0、优化后的电网负荷指令P1和机组状态判断值A，输出负荷指令选择值Pe。其中，协调控制系统8响应于所述负荷指令选择值Pe对应的负荷指令，控制发电机组1变负荷过程运行。
该负荷指令选择值Pe的取值方法为：
Figure BDA0002649457500000092
当A＝0时，所述负荷指令选择值Pe取初始电网负荷指令P0；当A＝1时，所述负荷指令选择值Pe取优化后的电网负荷指令P1。
也即，当发电机组1处于稳态运行状态时，向协调控制系统8输出初始电网负荷指令P0；当发电机组1处于瞬态运行状态时，向协调控制系统8输出优化后的电网负荷指令P1。
由于火电机组的热力系统由大量金属换热器和金属管道构成，且温度变化相比于压力变化具有滞后性，机组变负荷瞬态过程中热力系统的蓄热现象导致火电机组压力、温度、能耗等运行参数呈现出不同的非线性瞬态特性，为了从本质上揭示机组的瞬态能耗特性，在本发明方案中，通过研究机组的金属蓄
Figure BDA0002649457500000093
分布特性，在瞬态过程中利用金属换热器的蓄
Figure BDA0002649457500000094
从而降低机组的能耗指标，优化机组的控制品质，进而提升机组运行水平，使其运行更灵活、高效。
与现有技术相比，本发明方案的优点和积极效果为：
(1)有效利用发电机组自身的金属换热设备的蓄
Figure BDA0002649457500000101
值，实现发电机组瞬态过程节能；
(2)改善优化发电机组变负荷瞬态过程的主要运行参数控制品质。
本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于蓄
Figure FDA0002649457490000016
利用的发电机组负荷指令优化系统，其特征在于，所述系统包括：
换热设备壁温计算模块，用于计算换热设备的变负荷过程壁温和变负荷实时壁温；
换热设备蓄
Figure FDA0002649457490000017
计算模块，用于根据所述变负荷过程壁温计算换热设备的变负荷过程蓄
Figure FDA00026494574900000112
以及，根据变负荷过程壁温和变负荷实时壁温计算换热设备的变负荷实时蓄
Figure FDA00026494574900000113
负荷指令优化模块，用于根据换热设备的变负荷过程蓄
Figure FDA00026494574900000110
和变负荷实时蓄
Figure FDA00026494574900000111
对初始电网负荷指令进行优化；
负荷指令选择模块，用于根据机组当前运行状态选择适应于协调控制系统响应的负荷指令。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述换热设备壁温计算模块包括：
过程壁温计算模块，用于输入发电机组的机组负荷P、初始电网负荷指令P0和给定的机组变负荷速率V0，并根据所述机组负荷P、所述机组变负荷速率V0计算变负荷过程初始壁温Tb0，以及，根据所述初始电网负荷指令P0、所述机组变负荷速率V0计算变负荷过程终止壁温Tb1；
实时壁温计算模块，用于输入发电机组的实时负荷
Figure FDA0002649457490000011
和实时变负荷速率
Figure FDA0002649457490000012
并根据所述实时负荷
Figure FDA0002649457490000013
和所述实时变负荷速率
Figure FDA0002649457490000014
计算换热设备的变负荷实时壁温
Figure FDA0002649457490000015
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在所述过程壁温计算模块和所述实时壁温计算模块中，根据换热设备的壁面温度与机组负荷和机组变负荷速率的函数变化关系计算换热设备壁温；
所述换热设备的壁面温度与机组负荷和机组变负荷速率具有函数变化关系：
Tb＝f(P,V)
其中：Tb为换热设备的壁面平均温度，单位为K；
P为机组负荷值，单位为MW；
V为机组变负荷速率，单位为MW/min。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述换热设备蓄
Figure FDA0002649457490000025
计算模块包括：
过程蓄
Figure FDA0002649457490000026
计算模块，用于输入换热设备的变负荷过程初始壁温Tb0和变负荷过程终止壁温Tb1，并输出换热设备的变负荷过程蓄
Figure FDA0002649457490000027
ΔEx；
实时蓄
Figure FDA0002649457490000028
计算模块，用于输入换热设备的变负荷过程初始壁温Tb0和变负荷实时壁温
Figure FDA0002649457490000021
并输出换热设备的变负荷实时蓄
Figure FDA0002649457490000029
Figure FDA0002649457490000022
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，在所述过程蓄
Figure FDA00026494574900000210
计算模块和所述实时蓄
Figure FDA00026494574900000211
计算模块中，根据换热设备的变负荷过程蓄热量计算换热设备的变负荷过程蓄
Figure FDA00026494574900000212
值δEx，单位为kW：
Figure FDA0002649457490000023
Figure FDA0002649457490000024
其中：δQm为换热设备的变负荷过程蓄热量，单位为kW；
Am为换热设备的传热面积，单位为m2；
ρm为换热设备的密度，单位为kg/m3；
δm为换热设备的壁厚，单位为m；
Cpm为换热设备的比热容，单位为kJ/(kg·K)；
δTb为变负荷前后换热设备的壁面温差，单位为K；
δt为变负荷过程的时间，单位为s；
T0为环境温度，单位为K；
Tb为变负荷过程中换热设备的平均壁面温度，单位为K。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述根据换热设备的变负荷过程蓄
Figure FDA0002649457490000035
和变负荷实时蓄
Figure FDA0002649457490000036
对初始电网负荷指令进行优化，包括：
根据输入的初始电网负荷指令P0、换热设备的变负荷过程蓄
Figure FDA0002649457490000037
ΔEx和换热设备的变负荷实时蓄
Figure FDA0002649457490000038
Figure FDA0002649457490000031
计算优化后的电网负荷指令P1；
所述优化后的电网负荷指令P1为：
Figure FDA0002649457490000032
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括机组状态判断模块，所述机组状态判断模块用于根据发电机组的实时负荷
Figure FDA0002649457490000033
和初始电网负荷指令P0，判断发电机组当前的运行状态，并输出机组状态判断值A。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，该机组状态判断值A的取值方法为：
Figure FDA0002649457490000034
当A＝0时，对应发电机组的稳态运行状态；
当A＝1时，对应发电机组的瞬态运行状态。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述根据机组当前状态选择适应于协调控制系统响应的负荷指令，包括：
根据输入的初始电网负荷指令P0、优化后的电网负荷指令P1和机组状态判断值A，输出负荷指令选择值Pe，其中，协调控制系统响应于所述负荷指令选择值Pe对应的负荷指令。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，当A＝0时，所述负荷指令选择值Pe取初始电网负荷指令P0；
当A＝1时，所述负荷指令选择值Pe取优化后的电网负荷指令P1。
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