CN112146156A - 一种含电锅炉的电厂多模式灵活性运行方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含电锅炉的电厂多模式灵活性运行方法及系统，涉及电厂运行技术领域，能够实现电、热负荷在各机组间的最优分配，在保证机组安全、可靠运行的前提下，使电厂获得最大经济效益；该系统包括数据采集预处理模块，用于采集机组实时运行状态数据以及电、热负荷指令，并对采集的数据进行预处理；运行模式决策及优化模块，用于确定电厂的最佳运行模式以及该运行模式下机组间的负荷优化方案；以及运行优化输出模块，用于将电厂的最佳运行模式以及负荷优化方案输送给各机组执行；负荷优化方案根据以能耗量最小为目标的负荷优化模型和以收益最大为目标的负荷优化模型获得。本发明提供的技术方案适用于电厂运行的过程中。

Description

一种含电锅炉的电厂多模式灵活性运行方法及系统

【技术领域】

本发明涉及电厂运行技术领域，尤其涉及一种含电锅炉的电厂多模式灵活性运行方法及系统。

【背景技术】

为配合解决我国“三北”地区冬季采暖期电网调峰困难，弃风、弃光现象严重的问题，一些热电联产机组实施了灵活性改造，包括电锅炉供热、高背压供热、低压缸切缸供热、旁路抽汽供热、热泵供热、蓄热罐供热等方式。通过灵活性改造，热电联产机组的调峰能力得到了不同程度的提升。

目前，电网对热电厂调度通常采用单机AGC方式(调度中心将负荷指令直接发到机组)。在该模式下，机组给调度的信息(供电/供热能耗、健康状况等)不足，加上机组灵活性改造后更加复杂的供热模式，使得在调度侧无法做到各台机组负荷的经济分配。因此，电网提出厂级AGC控制策略，即在厂级负荷优化基础上进行调度。在新调度模式下，热电厂需要根据全厂电负荷和热负荷指令，在综合评估各机组运行状态、不同供能方式下能耗和污染物排放强度的基础上，选择厂内机组运行模式，并在该模式下按照经济性最优原则进行机组间负荷分配。

现有热电厂运行过程中，对于厂内不同组合供能方式的确定、电热负荷分配及供热设备之间的协调，通常采取人工经验控制的方式，不能实现全厂的经济运行。

因此，有必要针对具有多种供热方式热电厂的多模式灵活性运行方法和系统进行研究，来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

【发明内容】

有鉴于此，本发明提供了一种含电极式电锅炉的热电厂多模式灵活性运行方法及系统，能够实现电、热负荷在各机组间的最优分配，在保证机组安全、可靠运行的前提下，使电厂获得最大经济效益。

一方面，本发明提供一种含电锅炉的热电厂多模式灵活性运行系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采集处理模块，用于采集机组实时运行状态数据以及电、热负荷指令，并对采集的数据进行预处理；

运行模式决策及优化模块，用于确定电厂的最佳运行模式以及该运行模式下机组间的负荷优化方案；

以及运行优化输出模块，用于将电厂的最佳运行模式以及负荷优化方案输送给各机组执行。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，机组实时运行状态数据包括机组实时能耗量(主要指煤耗量)、主蒸汽量、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、真空、发电功率和供热参数等。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，运行模式决策及优化模块包括：

热、电负荷特性计算模块，用于根据机组运行模式计算机组相应的热、电负荷特性；

全厂运行模式决策模块，用于根据热、电负荷指令和机组的热、电负荷特性确定电厂的最佳运行组合模式；

机组能耗实时计算模块，用于根据采集的机组实时运行状态数据，对性能试验拟合能耗进行修正；

厂级负荷优化分配计算模块，用于利用建立的负荷优化模型，计算得到各机组和电锅炉负荷的最优分配方案。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，用于对性能试验拟合能耗(比如拟合煤耗)进行修正的机组实时运行状态数据包括主蒸汽温度、再热蒸汽温度和真空。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，电厂的最佳运行模式为纯凝模式、抽汽供热模式、高背压供热模式、切缸供热模式、蓄热罐供热模式、热泵供热模式和电锅炉供热模式中的任意一种或任意两种以上的组合。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，负荷优化模型包括以能耗量最小为目标的负荷优化模型和以收益最大为目标的负荷优化模型。

另一方面，本发明提供一种含电锅炉的热电厂多模式灵活性运行方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1、采集机组实时运行状态数据以及热、电负荷指令，并对采集的数据进行预处理；

S2、确定电厂的最佳运行模式以及该运行模式下机组间的负荷优化方案；

S3、将电厂的最佳运行模式以及负荷优化方案输送给各机组执行；

确定电厂的最佳运行模式的步骤包括：S211、根据机组运行模式计算机组的热、电负荷特性；S212、根据热、电负荷指令和机组的热、电负荷特性确定电厂的最佳运行模式。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，确定机组间负荷优化方案的步骤包括：

S221、根据机组不同运行模式确定相应的热、电负荷特性；

S222、利用性能试验数据确定机组相应运行模式的试验能耗特性；

S223、根据能耗特性和全厂电、热负荷指令，判断电负荷是否大于等于50％，若是，进入能耗优化流程，否则进入收益优化流程；

S224、根据优化结果发出各机组优化的负荷分配指令。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，能耗优化流程的步骤具体包括：

S223.1、修正各机组能耗特性和电、热出力边界；

S223.2、根据全厂能耗量最小为目标的负荷优化模型以及需求/供给侧约束条件，获得以全厂能耗量最小为目标的负荷优化分配方案，以该方案作为优化结果进入步骤S224。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，收益优化流程的步骤具体包括：

S223-1、修正各机组煤耗特性和电、热出力边界；

S223-2、根据全厂收益最大为目标的负荷优化模型以及需求/供给侧约束条件、辅助服务政策，获得全厂收益最大为目标的负荷优化分配方案，以该方案作为优化结果进入步骤S224。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，步骤S212的具体内容包括：

S212.1、根据全厂热负荷指令判断热负荷是否大于0，若不大于0则采用双机纯凝模式，运行模式确定完毕；若大于0则采用供热模式，进入下一步；

S212.2、根据全厂电负荷指令判断电负荷是否大于50％，若是，采用双机供热模式，运行模式确定完毕；否则采用双机供热+电锅炉模式，并进入下一步；

S212.3、判断是否进行切缸，若是，则采用高背压+切缸+电锅炉调峰模式；否则采用高背压+抽汽供热+电锅炉调峰模式；运行模式确定完毕。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：针对具有多种供热方式热电厂的多模式灵活性运行方法和系统对提高全厂经济效益具有重要意义；能够实现电、热负荷在各机组间的最优分配，在保证机组安全、可靠运行的前提下，使电厂获得最大经济效益。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的含电极式电锅炉的热电厂多模式灵活性运行及优化系统的原理框图；

图2是本发明一个实施例提供的含电极式电锅炉的热电厂多模式灵活性运行的决策流程图；

图3是本发明一个实施例提供的厂级负荷优化流程图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提供一种应用于含电极式电锅炉的热电厂多模式灵活性运行系统，包括数据采集预处理模块1、热电厂多模式运行决策及优化模块2和运行优化输出模块3。数据采集预处理模块1连接机组DCS和热电厂多模式运行决策及优化模块2；热电厂多模式运行决策及优化模块2连接运行优化输出模块3，运行优化输出模块3连接机组DCS。

数据采集预处理模块1，用于从调度获取全厂电、热负荷指令，从DCS获取机组实时运行状态参数，包括机组实时煤量、主蒸汽量、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、真空、发电功率、供热参数、主要辅机运行状态等实时运行参数，并对采集的数据进行预处理。预处理首先是通过将采集的数据与数据点表中定义的数据点阈值进行比较，从而将无效数据过滤；然后对数据进行稳态检测，剔除非稳态数据。

热电厂多模式运行决策及优化模块2，包括机组热、电负荷特性计算模块2-1，全厂运行模式决策模块2-2，机组煤耗实时计算模块2-3，厂级负荷优化分配计算模块2-4。

其中，机组热、电负荷特性计算模块2-1，用于根据机组运行模式计算机组的热、电负荷特性，并根据机组运行状态进行实时修正；根据煤汽比(实时煤量/主蒸汽量)和辅机运行状态修正机组热、电负荷特性。

全厂运行模式决策模块2-2，用于根据全厂电、热负荷指令和机组电、热负荷特性确定全厂最佳运行组合模式。

机组煤耗实时计算模块2-3，用于根据机组运行实时数据，对性能试验拟合煤耗曲线进行修正；煤耗或其他类型的能耗；修正使用的运行参数主要包括主蒸汽温度、再热蒸汽温度、真空等。

厂级负荷优化分配计算模块2-4，用于建立负荷优化模型，并通过计算负荷优化模型实现电、热负荷在各机组间的最优分配，在保证机组安全、可靠运行的前提下，使企业获得最大经济效益。

运行优化输出模块3，用于将确定的全厂最优运行模式及相应模式下机组间的最优负荷分配发送到各机组DCS，最终实现全厂负荷的优化调度。

实施例1：

电网公司调度策略由单机AGC变为厂级AGC，能够为含多种供热方式的热电厂提供较大的厂级优化运行和节能减排的空间。然而，现有热电厂运行过程中，对于厂内不同组合供能方式的确定、热负荷分配及供热设备之间的协调，通常采取人工经验控制的方式，不能实现全厂的经济运行。因此，该实施例针对具有多种供热方式的热电厂提出一种应用于含电锅炉热电厂的多模式灵活性运行方法及系统。

图1为本发明实施例提供的一种含电锅炉的热电厂多模式灵活性运行方法系统，包括数据采集预处理模块1、厂级负荷优化调度模块2、热电厂多模式灵活性运行决策及优化模块3；数据采集预处理模块连接DCS和厂级负荷优化调度模块，厂级负荷优化调度模块连接负荷分配输出模块，负荷分配输出模块连接机组DCS。

数据采集预处理模块连接DCS和热电厂多模式运行决策及优化模块，热电厂多模式运行决策及优化模块连接运行优化输出模块，运行优化输出模块连接机组DCS；

数据采集预处理模块1，用于从调度获取全厂电、热负荷指令，从DCS获取机组运行状态参数，机组煤量、主蒸汽量、主蒸汽温度、再热蒸汽温度、真空、发电功率、供热参数等实时运行参数，并对采集的数据进行预处理；

机组热、电负荷特性计算模块2-1，用于根据机组运行模式(纯凝、抽汽供热、高背压供热、切缸供热、蓄热罐供热、热泵供热、电锅炉供热等)计算机组的热、电负荷特性，并根据机组运行状态进行实时修正；

全厂运行模式决策模块2-2，用于根据全厂电、热负荷指令和机组电、热负荷特性确定全厂最佳供能模式，具体决策过程如图2所示；

具体决策流程为：步骤2.1、根据全厂热负荷指令判断热负荷是否大于0，若不大于0则采用双机纯凝模式，决策完毕；若大于0则采用供热模式，进入下一步；步骤2.2、根据全厂电负荷指令判断电负荷是否大于50％，若是，采用双机供热模式，决策完毕；否则采用双机供热+电锅炉模式，并进入下一步；步骤2.3、判断是否进行切缸，若是，则采用高背压+切缸+电锅炉调峰模式；否则采用高背压+抽汽供热+电锅炉调峰模式；决策完毕。

机组煤耗实时计算模块2-3，用于针对机组运行模式，利用性能试验数据拟合机组煤耗曲线(一般电厂会定期做机组的性能试验，试验结果作为下一段时间机组运行性能的基准)，并根据数据采集处理模块1实时运行数据(主要采用主蒸汽温度、再热蒸汽温度、真空)与其基准值的偏差(基准值预先设定，不随优化过程改变)，对机组拟合煤耗进行实时修正计算；

厂级负荷优化分配计算模块2-4，用于根据全厂电负荷，分别建立以煤耗量最小为目标的厂级负荷优化模型和以全厂收益最大为目标的厂级负荷优化模型，通过求解上述符合优化模型，获得各机组优化的负荷分配指令来对各机组进行优化控制。厂级负荷优化分配计算模块的工作流程如图3所示，步骤包括：

步骤3.1、根据机组不同运行模式确定相应的热、电负荷特性，该热、电负荷特性用于建立后续优化计算时用到的边界约束；

步骤3.2、利用不同运行模式下机组性能试验数据确定机组相应运行模式的试验煤耗特性；

步骤3.3、根据煤耗特性和全厂电、热负荷指令，判断电负荷是否大于等于50％，若是，进入煤耗优化流程，否则进入收益优化流程；

步骤3.4、根据优化结果发出各机组优化的负荷分配指令。

煤耗优化流程的步骤具体包括：

步骤3.3.1、修正各机组煤耗特性和电、热特性(出力边界)；

步骤3.3.2、根据全厂煤耗量最小为目标的目标函数以及需求/供给侧约束条件(供给侧约束条件为：全厂电功率平衡约束、全厂热功率平衡约束、机组升降负荷率约束、机组出力上下限约束、机组间负荷率偏差约束)，求解获得全厂煤耗量最小为目标的负荷优化分配方案，以该方案作为优化结果进入步骤3.4。

收益优化流程的步骤具体包括：

步骤3.3-1、修正各机组煤耗特性和电、热出力边界；

步骤3.3-2、根据全厂收益最大为目标的负荷优化模型以及需求/供给侧约束条件、辅助服务政策，求解获得全厂收益最大为目标的负荷优化分配方案，以该方案作为优化结果进入步骤3.4。供给侧约束条件为：全厂电功率平衡约束、全厂热功率平衡约束、机组升降负荷率约束、机组出力上下限约束、机组间负荷率偏差约束。辅助服务政策主要指政策中给出的补贴价格，在以全厂收益最大为目标进行建模时把政策补贴考虑进去。

运行优化输出模块3，用于确定的全厂最优运行模式及相应模式下机组间的最优负荷分配发送到各机组DCS和相应辅助供热设备控制器，最终实现全厂的优化运行。

具体的，厂级负荷优化分配计算模块2-4中全厂煤耗量最小为目标的目标函数(第一模型)如下：

式中，B_it-机组i在t时刻的煤耗量，t；

P_it-机组i在t时刻的供电功率，MW；

Q_it-机组i在t时刻的供热功率，MW；

β_it-机组i在t时刻的煤耗修正量，g/(kW.h)；

a_i,b_i,c_i,d_i,e_i,f_i-机组i标准煤耗量函数系数；

N为最大机组编号；T为最大时间边界。

厂级负荷优化分配计算模块2-4中以全厂收益最大为目标的目标函数(第二模型)如下：

式中，C_ELt-t时刻全厂机组供电收益，元；

C_Ht-t时刻全厂供热收益，元；

C_SUBt-t时刻全厂机组调峰补贴收益，元；

C_Ct-t时刻全厂供热、供电燃料成本，元；

C_profit-t时刻全厂经济收益；

T为最大时间边界。

第一模型和第二模型的求解可采用启发式搜索算法，如进化计算法、模拟退火算法、粒子群算法等。

本发明提供的应用于多能源协同控制的热电厂负荷优化调度方法及系统，可以根据机组的灵活性改造情况和运行模式确定机组的电、热负荷特性；可以根据机组性能试验数据确定机组煤耗特性，并可利用机组运行参数进行实时修正；利用建立的负荷优化模型可实现整个热电厂的负荷优化分配。

以上对本申请实施例所提供的一种含电极式电锅炉的电厂多模式灵活性运行方法及系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

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商品或者系统不仅包括那些要素，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商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种含电锅炉的电厂多模式灵活性运行系统，其特征在于，所述系统包括：

数据采集处理模块，用于采集机组实时运行状态数据以及电、热负荷指令，并对采集的数据进行预处理；

运行模式决策及优化模块，用于确定电厂的最佳运行模式以及该运行模式下机组间的负荷优化方案；

以及运行优化输出模块，用于将电厂的最佳运行模式以及负荷优化方案输送给各机组执行。

2.根据权利要求1所述的含电锅炉的电厂多模式灵活性运行系统，其特征在于，运行模式决策及优化模块包括：

热、电负荷特性计算模块，用于根据机组运行模式计算机组相应的热、电负荷特性；

全厂运行模式决策模块，用于根据热、电负荷指令和机组的热、电负荷特性确定电厂的最佳运行组合模式；

机组能耗实时计算模块，用于根据采集的机组实时运行状态数据，对性能试验拟合能耗进行修正；

厂级负荷优化分配计算模块，用于利用建立的负荷优化模型，计算得到各机组和电锅炉负荷的最优分配方案。

3.根据权利要求2所述的含电锅炉的电厂多模式灵活性运行系统，其特征在于，用于对性能试验拟合能耗进行修正的机组实时运行状态数据包括主蒸汽温度、再热蒸汽温度和真空。

4.根据权利要求2所述的含电锅炉的电厂多模式灵活性运行系统，其特征在于，电厂的最佳运行模式为纯凝模式、抽汽供热模式、高背压供热模式、切缸供热模式、蓄热罐供热模式、热泵供热模式和电锅炉供热模式中的任意一种或任意两种以上的组合。

5.根据权利要求2所述的含电锅炉的电厂多模式灵活性运行系统，其特征在于，负荷优化模型包括以能耗量最小为目标的负荷优化模型和以收益最大为目标的负荷优化模型。

6.一种含电锅炉的电厂多模式灵活性运行方法，其特征在于，所述方法的步骤包括：

S1、采集机组实时运行状态数据以及热、电负荷指令，并对采集的数据进行预处理；

S2、确定电厂的最佳运行模式以及该运行模式下机组间的负荷优化方案；

S3、将电厂的最佳运行模式以及负荷优化方案输送给各机组执行；

确定电厂的最佳运行模式的步骤包括：S211、根据机组运行模式计算机组的热、电负荷特性；S212、根据热、电负荷指令和机组的热、电负荷特性确定电厂的最佳运行模式。

7.根据权利要求6所述的含电锅炉的电厂多模式灵活性运行方法，其特征在于，确定机组间负荷优化方案的步骤包括：

S221、根据机组不同运行模式确定相应的热、电负荷特性；

S222、利用性能试验数据确定机组相应运行模式的试验能耗特性；

S223、根据能耗特性和全厂电、热负荷指令，判断电负荷是否大于等于50％，若是，进入能耗优化流程，否则进入收益优化流程；

S224、根据优化结果发出各机组优化的负荷分配指令。

8.根据权利要求7所述的含电锅炉的电厂多模式灵活性运行方法，其特征在于，能耗优化流程的步骤具体包括：

S223.1、修正各机组能耗特性和电、热出力边界；

S223.2、根据全厂能耗量最小为目标的负荷优化模型以及需求/供给侧约束条件，获得以全厂能耗量最小为目标的负荷优化分配方案，以该方案作为优化结果进入步骤S224。

9.根据权利要求7所述的含电锅炉的电厂多模式灵活性运行方法，其特征在于，收益优化流程的步骤具体包括：

S223-1、修正各机组煤耗特性和电、热出力边界；

S223-2、根据全厂收益最大为目标的负荷优化模型以及需求/供给侧约束条件、辅助服务政策，获得全厂收益最大为目标的负荷优化分配方案，以该方案作为优化结果进入步骤S224。

10.根据权利要求6所述的含电锅炉的电厂多模式灵活性运行方法，其特征在于，步骤S212的具体内容包括：

S212.1、根据全厂热负荷指令判断热负荷是否大于0，若不大于0则采用双机纯凝模式，运行模式确定完毕；若大于0则采用供热模式，进入下一步；

S212.2、根据全厂电负荷指令判断电负荷是否大于50％，若是，采用双机供热模式，运行模式确定完毕；否则采用双机供热+电锅炉模式，并进入下一步；

S212.3、判断是否进行切缸，若是，则采用高背压+切缸+电锅炉调峰模式；否则采用高背压+抽汽供热+电锅炉调峰模式；运行模式确定完毕。

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