CN113052717A - 一种火力发电系统中能效管理方法和系统 - Google Patents

一种火力发电系统中能效管理方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种火力发电系统中能效管理方法和系统。所述方法包括：应用控制器，用根据火力发电系统的运行数据来计算机组能效耗差数据；数据库，用于存储所述火力发电系统的运行数据以及能效耗差数据；服务器，用于利用所述数据库中的数据确定不同工况对应的最优操作量，并确定火力发电系统运行过程中的实时工况，从预先存储的不同工况对应的最优操作量，确定所述实时工况对应的目标最优操作量，控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作；其中所述最优操作量能够使对应工况下所述火力发电系统的经济性能指标为最优。

Description

一种火力发电系统中能效管理方法和系统
技术领域
本申请实施例涉及信息处理领域，尤指一种火力发电系统中能效管理方法和系统。
背景技术
火力发电是很多地区主要的发电来源。由于当前火力发电企业面对煤价上涨、环保监督以及电价市场化改革等问题，导致大批火力发电机组长期处于亏损状态，如何挖掘火力发电机组潜在的效益，为火力发电机组提质增效成为当前亟待解决的问题。同时，随着大容量、高参数火力发电机组的发展，电厂运行人员面临着操作越来越复杂、工作强度不断提高等诸多问题，而且不同的操作人员由于经验以及对工艺理解的不同，导致不同操作员监盘时机组的能耗水平差别较大。
发明内容
为了解决上述任一技术问题，本申请实施例提供了一种火力发电系统中能效管理方法和系统。
为了达到本申请实施例目的，本申请实施例提供了一种火力发电系统中能效管理系统，包括：
应用控制器，用于根据火力发电系统的运行数据计算机组能效耗差数据；
数据库，用于存储所述火力发电系统的运行数据以及计算机组能效耗差数据；
服务器，用于利用所述数据库中的数据确定不同工况对应的最优操作量，并确定火力发电系统运行过程中的实时工况，从预先存储的不同工况对应的最优操作量，确定所述实时工况对应的目标最优操作量，控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作；其中所述最优操作量能够使对应工况下所述火力发电系统的经济性能指标为最优。
一种火力发电系统中能效管理方法，包括：
确定火力发电系统运行过程中的实时工况；
从预先存储的不同工况对应的最优操作量，确定所述实时工况对应的目标最优操作量，其中所述最优操作量能够使对应工况下所述火力发电系统的经济性能指标为最优；
控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作。
一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上文所述的方法。
一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上文所述的方法。
上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：
通过确定火力发电系统运行过程中的实时工况，从预先存储的不同工况对应的最优操作量，确定所述实时工况对应的目标最优操作量，控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作，实现以能效为目标确定实时工况下的最优操作量并闭环控制的目的，降低运行人员操作量的同时提高机组能效水平，实现火力发电机组的提质增效、减员增效。
本申请实施例的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请实施例而了解。本申请实施例的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请实施例技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例的实施例一起用于解释本申请实施例的技术方案，并不构成对本申请实施例技术方案的限制。
图1为本申请实施例提供的火力发电系统中能效管理系统的结构图；
图2为本申请实施例提供的火力发电系统中能效管理方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的火力发电系统中能效管理方法的另一流程图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请实施例的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
图1为本申请实施例提供的火力发电系统中能效管理系统的结构图。如图1所示，图1所示系统包括：
应用控制器，用于根据火力发电系统的运行数据计算机组能效耗差数据；
数据库，用于存储火力发电系统的运行数据以及机组能效耗差数据；
服务器，用于利用所述数据库中的数据确定不同工况对应的最优操作量，并确定火力发电系统运行过程中的实时工况，从预先存储的不同工况对应的最优操作量，确定所述实时工况对应的目标最优操作量，控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作；其中所述最优操作量能够使对应工况下所述火力发电系统的经济性能指标为最优。
采用DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)实现上述能效管理系统。其中，在DCS中部署应用控制器，在应用控制器中实现机组的耗差计算与能效分析，掌握机组实时的能效情况，为机组能效寻优提供基础数据；通过部署数据库，为能效管理系统提供数据接口以及大量数据的交互平台；再中部署服务器，实现机组能效寻优计算，并执行推送最优操作量的操作，将能效寻优服务器计算的最优操作与DCS的控制逻辑进行连接，实现机组的能效闭环控制。
本申请实施例提供的系统，在DCS中实现基于经济消耗指标最优的历史操作记录确定最优操作量，并根据当前工况实时推送至DCS，可有效提高机组的能效水平，避免因操作人员的原因而导致机组的能效水平不一致的情况，实现提质增效；另外，直接将最优操作量连接到DCS的逻辑中，实现闭环控制，极大减轻了运行人员的操作负担以及工作量，提高了机组的自动化水平，可实现减员增效，为无人值守打下基础。
下面对本申请实施例提供的系统进行说明：
在一个示例性实施例中，应用控制器可以对如下任一组合的计算指标进行计算，包括：
锅炉效率、厂用电率、汽耗率、热耗率、发电煤耗、供电煤耗、机组热效率、排烟热损失、化学未完全燃烧热损失、机械未完全燃烧热损失、散热损失、灰渣物理热损失、汽轮机效率耗差(1-2级间效率耗差、3-4级间效率耗差、4-5级间效率耗差)、蒸汽参数耗差(主汽压力耗差、主汽温度耗差、再热温度耗差、再热蒸汽压力耗差)、低加系统耗差(低加上端差耗差、低加下端差耗差)、高加给水系统耗差(给水温度耗差、高加上端差耗差。高加下端差耗差、除氧器压损耗差)、锅炉系统耗差(氧量耗差、排烟温度耗差、锅炉效率耗差、气体未完全燃烧耗差、固体未完全燃烧耗差、散热损失耗差、灰渣物理热损失耗差、排烟热损失耗差)、锅炉减温水耗差(过热器减温水耗差、再热器减温水耗差)、汽轮机冷端耗差(真空耗差、凝结水过冷度耗差)。
通过对上述计算指标的计算，实现机组的耗差计算与能效分析，掌握机组实时的能效情况，为机组能效寻优提供基础数据，
在一个示例性实施例中，所述服务器通过如下方式得到的所述不同工况对应的最优操作量，包括：
获取火力发电系统运行过程中的历史数据，其中所述历史数据中记录有火力发电系统的运行数据以及机组能源耗差数据；
从所述历史数据中的运行数据中，确定不同工况下达到经济性能指标最优时所使用的最优操作量。
利用DCS中部署的服务器自动计算挖掘出在不同工况边界条件下的最优运行操作记录，为最优操作量数据库的建立提供依据。数据寻优的步骤包括：
步骤A01、稳定性判据：
根据需求进行选择作为稳定性判据参数，以主汽压力、主汽温度、再热蒸汽温度、氧量等作为判据参数为例，在以上全部参数波动小于某一值时认为机组处于稳定工况，在线判断机组是否处于稳态，在稳态条件下，可进一步挖掘所处工况条件下的最优操作。
步骤A02、划分工况边界条件：
根据负荷、煤质、环境温度等边界条件，将电厂机组按照实际情况，划分为多个运行工况，寻找不同边界工况条件下最优操作量。
步骤A03、数据预处理：
在执行数据寻优前，应先对数据进行预处理，其中预处理的方式为：对采集的数据进行离群点剔除和缺失值填补等预处理操作。采用正态性检验分析方法进行离群点检测，然后对离群点进行线性回归处理，即通过正常数据拟合的近似函数对数据偏离总体较严重的样本进行替换；对于缺失数据采用三次样条插值的方式进行填补。
步骤A04、在历史数据中寻优：
通过调用大型数据库中的实时历史数据，对数据进行分析与处理，在保证机组出口NOx浓度的前提下，以机组耗差最小为寻优目标，通过历史数据寻优，建立不同边界工况条件的最优操作数据库；其中，调用的数据包括机组负荷、主汽压力、主汽温度、再热蒸汽温度、氧量、环境温度，煤的低位发热量、各系统的耗差、出口NOx浓度等，
步骤A05、实时在线寻优：
通过读取大型数据库中的DCS实时数据，并对该数据进行预处理，之后不断进行实时数据的寻优，实现最优操作数据的不断迭代更新。
步骤A06、根据DCS当前实时工况，依据稳定性判据以及工况划分，实时推出最优操作。
从历史数据中确定火电发电系统在运行过程中多维运行状态，基于多维运行状态确定最优操作量，可以提高最优操作量的准确性。
在一个示例性实施例中，所述数据库中每条历史数据包括用于确定火力发电系统当前工况的参数、用于确定火力发电系统当前运行稳定性的参数、操作量参数和经济性能指标参数；
所述服务器，用于确定所述历史数据中参数的种类，并按照所述历史参数的种类，进行同类参数对比，确定不同工况下达到经济性能指标最优时所使用的最优操作量。
每一个历史数据记录或实时数据记录，都包含这四类参数，包括：
由工况边界条件划分的参数如煤质、环境温度、负荷等；
稳定性判据参数如主汽压力、主汽温度、再热蒸汽温度、氧量等；
操作量参数如一次风压设定值、氧量设定值、二次风量设定值、各层二次风门的开度值等；
经济指标参数如能效参数、耗差参数等。
在历史数据中寻优，就是针对工况边界条件参数所界定对每一工况，在稳定性判据参数满足稳定性要求(即机组工作稳定)的数据中，找到经济指标参数最好(如机组耗差最小)的数据记录中的操作量参数，作为该工况对应的最优操作量参数。在应用于实际控制时，查找到实时工况对应的最优操作量参数，推送到DCS系统进行相应操作，以实现最优控制。
在一个示例性实施例中，每条历史数据中的操作量包括火电机组的工艺流程中锅炉侧和汽机侧的操作量，其中：锅炉侧的操作量包括用于控制配风和配煤的操作量，汽机侧的操作量包括控制冷端的操作量。
考虑到火电机组的工艺流程，分为锅炉侧、汽机侧以及电气侧，在机组正常运行过程中主要的操作量以及影响机组能效的操作量在锅炉侧和汽机侧，其中锅炉侧主要的操作量为配风和配煤的操作，汽机侧的主要操作量为冷端的操作。
结合DCS中的运行操作数据，确定各系统的最优操作量。其中：
锅炉侧包括：
(1)配风：一次风压设定值、氧量设定值、二次风量设定值、各层二次风门的开度值。
(2)配煤：磨组运行组合方式以及给煤量
(3)喷水减温：再热器减温水流量
汽机侧包括：
(1)空冷风机运行台数一级各空冷风机转速
(2)乏汽占比
基于火力发电系统的工艺流程，有针对性的选择符合重要的操作量，可以在保证确定数据准确的前提下，降低计算量。
在一个示例性实施例中，所述应用控制器，用于在控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作之后，实时获取火力发电系统的运行数据以及机组能源耗差数据，将实时获取的数据保存为历史数据存储到所述数据库；
所述服务器，用于在所述数据库有新保存的历史数据后，利用新保存的历史数据，确定不同工况对应的最优操作量。
通过对火力发电系统实时运行状态的采集和机组能效的经济性能指标的计算，可以得到新的采集数据，将新的采集数据作为历史数据保存到数据库中，并重新确定最优操作量，实现最优操作量的动态更新。
图2为本申请实施例提供的火力发电系统中能效管理方法的流程图。如图2所示，图2所示方法包括：
步骤201、确定火力发电系统运行过程中的实时工况；
步骤202、从预先存储的不同工况对应的最优操作量，确定所述实时工况对应的目标最优操作量，其中所述最优操作量能够使对应工况下所述火力发电系统的经济性能指标为最优；
步骤202、控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作。
在一个示例性实施例中，所述不同工况对应的最优操作量是通过如下方式得到的，包括：
获取火力发电系统运行过程中的历史数据，其中所述历史数据中记录有火力发电系统的运行数据以及机组能源耗差数据；
从所述历史数据中的运行数据中，确定不同工况下达到经济性能指标最优时所使用的最优操作量。
在一个示例性实施例中，所述数据库中每条历史数据包括用于确定火力发电系统当前工况的参数、用于确定火力发电系统当前运行稳定性的参数、操作量参数和经济性能指标参数；
所述从所述历史数据中的运行数据中，确定不同工况下达到经济性能指标最优时所使用的最优操作量，包括：
确定所述历史数据中参数的种类；
按照所述历史参数的种类，进行同类参数对比，确定不同工况下达到经济性能指标最优时所使用的最优操作量。
本申请实施例提供的方法，通过确定火力发电系统运行过程中的实时工况，从预先存储的不同工况对应的最优操作量，确定所述实时工况对应的目标最优操作量，控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作，实现以能效为目标确定实时工况下的最优操作量并闭环控制的目的，降低运行人员操作量的同时提高机组能效水平，实现火力发电机组的提质增效、减员增效。
基于以上大型火力发电机组存在的问题，本申请实施例提供的方法提供一种基于DCS中能效寻优方法，该方法以能效为目标确定实时工况下的最优操作量，并实现闭环控制，降低运行人员操作量的同时提高机组能效水平，实现火力发电机组的提质增效、减员增效。
图3为本申请实施例提供的火力发电系统中能效管理方法的另一流程图。如图3所示，图3所示方法包括：
步骤301、利用DCS中部署的应用控制器，实现机组的耗差计算与能效分析，掌握机组实时的能效情况，为机组能效寻优提供基础数据；其中，可以为高级应用控制器设置具有机组能效以及耗差计算的算法，其中算法依据ASME、国标和电力行标等计算标准来编写，通过逻辑组态在线实时计算，计算的结果在DCS实时显示，展示给操作人员，并输出到大型实时历史数据库中保存。
步骤302、在DCS中部署大型实时/历史数据库，为能效寻优操作提供数据接口以及大量数据的交互；其中，该数据库可以存储DCS的运行数据以及上述计算的能效耗差数据，并能够为大量数据的调用提供稳定可靠的接口，为保证数据的可靠性以及后续闭环控制的安全性，应配置两台大型实时历史数据库，互为备用。
步骤303、在DCS中部署能效寻优服务器，基于综合耗差最低实现机组能效寻优计算，确定最优操作量，并推送最优操作量。
步骤304、能效寻优服务器将能效寻优服务器计算的最优操作与DCS的控制逻辑进行连接，实现机组的能效闭环控制。
本申请实施例提供的方法，在DCS中实现基于综合耗差最低的历史操作记录确定最优操作量的目的，并根据当前工况实时推送至DCS，可有效提高机组的能效水平，避免因操作人员的原因而导致机组的能效水平不一致的情况，实现提质增效；另外，直接将最优操作量连接到DCS的逻辑中，实现闭环控制，极大减轻了运行人员的操作负担以及工作量，提高了机组的自动化水平，可实现减员增效，为无人值守打下基础。
一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上文任一项中所述的方法。
一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上文任一项中所述的方法。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

Claims (10)

1.一种火力发电系统中能效管理系统，包括：
应用控制器，用于根据火力发电系统的运行数据计算机组能效耗差数据；
数据库，用于存储火力发电系统的运行数据以及机组能效耗差数据；
服务器，用于利用所述数据库中的数据确定不同工况对应的最优操作量，并确定火力发电系统运行过程中的实时工况，从预先存储的不同工况对应的最优操作量，确定所述实时工况对应的目标最优操作量，控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作；其中所述最优操作量能够使对应工况下所述火力发电系统的经济性能指标为最优。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述服务器通过如下方式得到的所述不同工况对应的最优操作量，包括：
获取火力发电系统运行过程中的历史数据，其中所述历史数据中记录有火力发电系统的运行数据以及机组能源耗差数据；
从所述历史数据中的运行数据中，确定不同工况下达到经济性能指标最优时所使用的最优操作量。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：
所述数据库中每条历史数据包括用于确定火力发电系统当前工况的参数、用于确定火力发电系统当前运行稳定性的参数、操作量参数和经济性能指标参数；
所述服务器，用于确定所述历史数据中参数的种类，并按照所述历史参数的种类，进行同类参数对比，确定不同工况下达到经济性能指标最优时所使用的最优操作量。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：
每条历史数据中的操作量包括火电机组的工艺流程中锅炉侧和汽机侧的操作量，其中：锅炉侧的操作量包括用于控制配风和配煤的操作量，汽机侧的操作量包括控制冷端的操作量。
5.根据权利要求1至4任一所述的系统，其特征在于：
所述应用控制器，用于在控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作之后，实时获取火力发电系统的运行数据以及机组能源耗差数据，将实时获取的数据保存为历史数据存储到所述数据库；
所述服务器，用于在所述数据库有新保存的历史数据后，利用新保存的历史数据，确定不同工况对应的最优操作量。
6.一种火力发电系统中能效管理方法，包括：
确定火力发电系统运行过程中的实时工况；
从预先存储的不同工况对应的最优操作量，确定所述实时工况对应的目标最优操作量，其中所述最优操作量能够使对应工况下所述火力发电系统的经济性能指标为最优；
控制所述火力发电系统的控制系统利用所述最优操作量进行操作。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述不同工况对应的最优操作量是通过如下方式得到的，包括：
获取火力发电系统运行过程中的历史数据，其中所述历史数据中记录有火力发电系统的运行数据以及机组能源耗差数据；
从所述历史数据中的运行数据中，确定不同工况下达到经济性能指标最优时所使用的最优操作量。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
所述数据库中每条历史数据包括用于确定火力发电系统当前工况的参数、用于确定火力发电系统当前运行稳定性的参数、操作量参数和经济性能指标参数；
所述从所述历史数据中的运行数据中，确定不同工况下达到经济性能指标最优时所使用的最优操作量，包括：
确定所述历史数据中参数的种类；
按照所述历史参数的种类，进行同类参数对比，确定不同工况下达到经济性能指标最优时所使用的最优操作量。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行所述权利要求6至8任一项中所述的方法。
10.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行所述权利要求6至8任一项中所述的方法。
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