CN113606569A - 一种蒸汽热网储能辅助调峰控制方法、系统、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸汽热网储能辅助调峰控制方法、系统、设备及介质，属于发电领域。具体操作为：将负荷指令分为两部分：机组功率设定值与功率增量设定值。供热抽汽节流系统的非线性模型计算功率增量预估值，与功率增量设定值之差作为功率增量控制系统的输入值，进行PID控制；原机组协调控制中的输入值为机组功率设定值减去机组功率反馈值和功率增量预估值。本发明采用供热抽汽节流系统非线性模型预估供热抽汽节流引起的功率增量，测量简单，容易操作；同时通过调节供热抽汽蝶阀，调用蒸汽热网的储能，提高机组的运行灵活性，增加了机组的调峰能力。

Description

一种蒸汽热网储能辅助调峰控制方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明属于发电领域，涉及一种蒸汽热网储能辅助调峰控制方法、系统、设备及介质。

背景技术

热电联产是成熟且节能效果明显的煤炭清洁、高效利用的技术。热电联产机组通过采用将高品位的热能先发电、然后再供热的方式来实现能量的梯级利用。与传统的凝汽式机组相比，热电联产机组有效利用了部分排汽热量，大大提高了一次能源利用率、降低了整体能耗。

随着太阳能发电、风电等新能源发电的飞速发展，目前我国已成为全世界新能源发展规模最大、发展速度最快的国家。然而，随着我国风力、光伏发电占比的增加，也带来了许多新问题。由于风电、光伏发电具有较强的波动性、反调峰特性，给电网的调峰带来巨大挑战。未来数年，火电机组尤其是煤电机组持续低负荷运行或深度调峰运行会成为一种常态。

在热电联产机组中，蒸汽热网中储存有大量蒸汽，其储能容量较大，但现有技术中很难对蒸汽热网进行有效利用，从而造成资源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中，蒸汽热网中的蒸汽储能容量较大且难以有效利用，从而造成资源浪费的缺点，提供一种蒸汽热网储能辅助调峰控制方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种蒸汽热网储能辅助调峰控制方法，包括以下步骤：

步骤1)获取蒸汽热网的运行数据；

步骤2)基于蒸汽热网的运行数据，计算得到供热抽汽流量的变化量；

基于供热抽汽流量的变化量，建立蒸汽热网中供热抽汽节流系统的非线性模型，基于非线性模型得到蒸汽热网的功率增量预估值；

步骤3)基于蒸汽热网的运行数据建立功率增量生成回路，功率增量生成回路的具体方法为：由目前蒸汽热网的安全限制得出蒸汽热网所能承担的功率，记为功率增量，基于功率增量生成回路得到机组的功率增量设定值；

步骤4)调控功率增量设定值与功率增量预估值相等；

步骤5)基于功率增量预估值、机组的功率设定值及实时测量的机组功率反馈值，计算得到原机炉协调控制系统的输入变量。

优选地，供热抽汽节流系统的非线性模型为：

ΔN_e＝ΔG_e·(h_j-h_n) (1)

式(1)中，ΔN_e为功率增量预估值，kW；ΔG_e为由于供热调节蝶阀节流引起的供热抽汽流量的变化量，kg/s；h_j为供热抽汽焓值，kJ/kg；h_n为汽轮机排汽焓值，kJ/kg；

供热抽汽流量的变化量为：

ΔG_e＝K₁·p_ic·u₁ (2)

式(2)中，K₁为阀门增益系数，p_ic为中压缸排汽压力，MPa；u₁为阀门开度，％。

优选地，功率增量的设定值为：

式(3)中，

为功率增量的设定值，kW；ΔE为在变负荷过程中热网被调用的储能，kJ；t_s为调节时间，s；

变负荷过程中热网被调用的储能的最大值为：

ΔE_m＝G_m·(h_j-h_n) (4)

式(4)中，ΔE_m为在变负荷过程中热网被调用的最大储能，kJ；G_m为在不影响热用户的体验下所能利用的最大供热抽汽流量，kg/s。

优选地，步骤4)的调控具体为：

计算功率增量预估值与功率增量设定值之差，得到功率增量差值；

以功率增量差值作为功率增量控制系统的输入变量，通过PID控制法使得功率增量差值为零。

优选地，步骤5)的调控具体为：

计算机组功率反馈值与功率增量预估值的差值，以该差值为原机组协调控制系统的实发功率，将机组功率设定值与原机组协调控制系统的实发功率作差，通过PID控制法使该差值为零。

一种蒸汽热网储能辅助调峰控制系统，包括：

数据获取单元，用于获取蒸汽热网的运行数据；

数据处理单元，与数据获取单元相交互，基于数据获取单元传输的蒸汽热网的运行数据，计算得到供热抽汽流量的变化量，进一步计算得到功率增量预估值和功率增量设定值；

功率增量控制单元，与数据处理单元相交互，以功率增量设定值与功率增量预估值作为功率增量控制单元的输入变量，控制功率增量设定值与功率增量预估值相等；

原机炉协调控制单元，与数据处理单元相交互，功率增量预估值、机组的功率设定值及实时测量的机组功率反馈值，计算得到原机炉协调控制系统的输入变量。

优选地，数据处理单元还包括：

非线性模型建立模块，用于基于供热抽汽流量的变化量，建立供热抽汽节流单元的非线性模型，基于非线性模型得到机组的功率增量预估值；

功率增量生成回路建立模块，用于基于蒸汽热网的运行数据建立功率增量生成回路，基于功率增量生成回路得到机组的功率增量设定值。

优选地，功率增量控制单元内部设有用于调控的PID控制器。

一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述蒸汽热网储能辅助调峰控制方法的步骤。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述蒸汽热网储能辅助调峰控制方法的步骤。

机组功率控制系统分为两部分：原机炉协调控制系统与功率增量控制系统；功率增量控制系统通过PID控制使得功率增量的设定值与预估值相等，此系统中由供热抽汽节流系统的非线性模型得到功率增量预估值，与功率增量生成回路得到的功率增量设定值之差作为功率增量控制系统的输入值；原机炉协调控制系统中机组功率反馈值与功率增量预估值之差为机炉协调控制系统的实发功率，机组协调控制系统的实发功率与机组功率设定值的差值为原机炉协调控制系统的输入值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种蒸汽热网储能辅助调峰控制方法，采用调节供热抽汽蝶阀的方法调用热网储能，并将其与原机炉协调控制系统耦合，设计了一种基于供热抽汽节流系统非线性模型的联合控制，实现了在满足热用户供热需求的前提下，利用热网储能提高机组变负荷速率，增强机组的调峰能力。具体操作为：将负荷指令分为两部分：机组功率设定值与功率增量设定值。供热抽汽节流系统的非线性模型计算功率增量预估值，与功率增量设定值之差作为功率增量控制系统的输入值，进行PID控制；原机组协调控制中的输入值为机组功率设定值减去机组功率反馈值和功率增量预估值。本发明采用供热抽汽节流系统非线性模型预估供热抽汽节流引起的功率增量，测量简单，容易操作；同时通过调节供热抽汽蝶阀，调用蒸汽热网的储能，提高机组的运行灵活性，增加了机组的调峰能力。

本发明还公开了一种蒸汽热网储能辅助调峰控制系统。包括数据获取单元，用于获取蒸汽热网的运行数据；数据处理单元，基于数据获取单元传输的蒸汽热网的运行数据，计算得到供热抽汽流量的变化量，进一步计算得到功率增量预估值和功率增量设定值；功率增量控制单元，以功率增量设定值与功率增量预估值作为功率增量控制单元的输入变量，控制功率增量设定值与功率增量预估值相等；原机炉协调控制单元，以功率增量设定值、功率增量预估值及预设的功率设定值作为输入变量。在变负荷过程中，锅炉侧与汽机侧响应速度的不同限制了机组的调峰能力，由供热抽汽节流系统的非线性模型，得出功率增量预估值，与功率增量生成回路得到的功率增量设定值之差作为功率增量控制系统的输入值，通过PID控制使得功率增量的设定值与预估值相等；原机炉协调控制系统中输入值为功率差值与功率增量预估值之差。本发明利用抽汽蝶阀调节调用了蒸汽热网储能，提高了机组变负荷速率，增强了机组的调峰能力。

附图说明

图1为基于供热抽汽节流系统非线性模型的联合控制方法的流程图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例1

一种蒸汽热网储能辅助调峰控制方法，包括以下步骤：

步骤1)获取蒸汽热网的运行数据；

步骤2)基于蒸汽热网的运行数据，计算得到供热抽汽流量的变化量；

基于供热抽汽流量的变化量，建立蒸汽热网中供热抽汽节流系统的非线性模型，基于非线性模型得到蒸汽热网的功率增量预估值；

步骤3)基于蒸汽热网的运行数据建立功率增量生成回路；

功率增量生成回路的具体方法为：由目前蒸汽热网的安全限制得出蒸汽热网所能承担的功率，记为功率增量，基于功率增量生成回路得到机组的功率增量设定值；

步骤4)调控功率增量设定值与功率增量预估值相等；

步骤5)基于机组功率设定值、功率增量预估值及实时测量的机组功率反馈值，计算出原机组协调控制系统的输入变量。

实施例2

一种蒸汽热网储能辅助调峰控制方法，机组功率控制系统分为两部分：原机炉协调控制系统与功率增量控制系统；功率增量控制系统通过PID控制使得功率增量的设定值与预估值相等，此系统中由供热抽汽节流系统的非线性模型得到功率增量预估值，与功率增量生成回路得到的功率增量设定值之差作为功率增量控制系统的输入值；原机炉协调控制系统中输入值为功率差值与功率增量预估值之差；

供热抽汽节流系统的非线性模型为：

ΔN_e＝ΔG_e·(h_j-h_n) (1)

式(1)中，ΔP_es为功率增量预估值，kW；ΔG_e为由于供热调节蝶阀节流引起的供热抽汽流量的变化量，kg/s；h_j为供热抽汽焓值，kJ/kg；h_n为汽轮机排汽焓值，kJ/kg；

由于供热调节蝶阀节流引起的供热抽汽流量的变化量计算为：

ΔG_e＝K₁·p_ic·u₁ (2)

式(2)中，K₁为阀门增益系数，p_ic为中压缸排汽压力，MPa；u₁为阀门开度，％；

功率增量的设定值为：

式(3)中，

为功率增量的设定值，kW；ΔE为在变负荷过程中热网被调用的储能，kJ；t_s为调节时间，s；

变负荷过程中热网被调用的储能的最大值为：

ΔE_m＝G_m·(h_j-h_n) (4)

式中，ΔE_m为在变负荷过程中热网被调用的最大储能，kJ；G_m为在不影响热用户的体验下所能利用的最大供热抽汽流量，kg/s；

机组功率控制系统如图1所示：

将负荷指令分为机组功率设定值

与功率增量设定值

由供热抽汽节流系统的非线性模型计算功率增量预估值ΔN_e，与功率增量设定值

之差作为功率增量控制系统的输入值；原机组协调控制中的输入值为机组功率设定值

减去机组功率反馈值ΔN_e加上功率增量预估值ΔN_e。

实施例3

除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。

步骤4)的调控具体为：

计算功率增量预估值与功率增量设定值之差，得到功率增量差值；

以功率增量差值作为功率增量控制系统的输入变量，通过PID控制法使得功率增量差值为零。

步骤5)的调控具体为：

计算机组功率反馈值与功率增量预估值的差值，以该差值为原机组协调控制系统的实发功率，将机组功率设定值与原机组协调控制系统的实发功率作差，通过PID控制法使得该差值为零。

实施例4

一种蒸汽热网储能辅助调峰控制系统，包括：

数据获取单元，用于获取蒸汽热网的运行数据；

数据处理单元，与数据获取单元相交互，基于数据获取单元传输的蒸汽热网的运行数据，计算得到供热抽汽流量的变化量，进一步计算得到功率增量预估值和功率增量设定值；

功率增量控制单元，与数据处理单元相交互，以功率增量设定值与功率增量预估值作为功率增量控制单元的输入变量，控制功率增量设定值与功率增量预估值相等；

原机炉协调控制单元，与数据处理单元相交互，以功率增量设定值、功率增量预估值及预设的功率设定值作为输入变量。

数据处理单元还包括：

非线性模型建立模块，用于基于供热抽汽流量的变化量，建立供热抽汽节流单元的非线性模型，基于非线性模型得到机组的功率增量预估值；

功率增量生成回路建立模块，用于基于蒸汽热网的运行数据建立功率增量生成回路，基于功率增量生成回路得到机组的功率增量设定值

需要说明的是，上述实施例中，功率增量控制单元内部设有用于调控的PID控制器。

实施例5

本发明方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。

实施例6

还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

综上所述，鉴于改变抽汽蝶阀的开度可快速利用热网储能，且热用户对短时间内利用热网储能造成的供热负荷变化难以察觉。因此，利用蒸汽热网储能辅助调峰是热电机组一种重要的调节手段。蒸汽热网储能具有容量大、响应速度快的优点，可用来弥补由于锅炉侧响应速度慢造成的机炉能量缺口。功率控制分为两部分：原机炉协调控制系统与功率增量控制系统。本发明方法的控制策略在变负荷过程中通过调用容量大且调节速度快的蒸汽热网储能，来增强机组的调峰能力。

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 (10)

1.一种蒸汽热网储能辅助调峰控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)获取蒸汽热网的运行数据；

步骤2)基于蒸汽热网的运行数据，计算得到供热抽汽流量的变化量；

基于供热抽汽流量的变化量，建立蒸汽热网中供热抽汽节流系统的非线性模型，基于非线性模型得到蒸汽热网的功率增量预估值；

步骤3)基于蒸汽热网的运行数据建立功率增量生成回路，功率增量生成回路的具体方法为：由目前蒸汽热网的安全限制得出蒸汽热网所能承担的功率，记为功率增量，基于功率增量生成回路得到机组的功率增量设定值；

步骤4)调控功率增量设定值与功率增量预估值相等；

步骤5)基于功率增量预估值、机组的功率设定值及实时测量的机组功率反馈值，计算得到原机炉协调控制系统的输入变量。

2.根据权利要求1所述的蒸汽热网储能辅助调峰控制方法，其特征在于，供热抽汽节流系统的非线性模型为：

ΔN_e＝ΔG_e·(h_j-h_n) (1)

式(1)中，ΔN_e为功率增量预估值，kW；ΔG_e为由于供热调节蝶阀节流引起的供热抽汽流量的变化量，kg/s；h_j为供热抽汽焓值，kJ/kg；h_n为汽轮机排汽焓值，kJ/kg；

供热抽汽流量的变化量为：

ΔG_e＝K₁·p_ic·u₁ (2)

式(2)中，K₁为阀门增益系数，p_ic为中压缸排汽压力，MPa；u₁为阀门开度，％。

3.根据权利要求1所述的蒸汽热网储能辅助调峰控制方法，其特征在于，功率增量的设定值为：

式(3)中，

为功率增量的设定值，kW；ΔE为在变负荷过程中热网被调用的储能，kJ；t_s为调节时间，s；

变负荷过程中热网被调用的储能的最大值为：

ΔE_m＝G_m·(h_j-h_n) (4)

式(4)中，ΔE_m为在变负荷过程中热网被调用的最大储能，kJ；G_m为在不影响热用户的体验下所能利用的最大供热抽汽流量，kg/s。

4.根据权利要求1所述的蒸汽热网储能辅助调峰控制方法，其特征在于，步骤4)的调控具体为：

计算功率增量预估值与功率增量设定值之差，得到功率增量差值；

以功率增量差值作为功率增量控制系统的输入变量，通过PID控制法使得功率增量差值为零。

5.根据权利要求1所述的蒸汽热网储能辅助调峰控制方法，其特征在于，步骤5)的调控具体为：

计算机组功率反馈值与功率增量预估值的差值，以该差值为原机组协调控制系统的实发功率，将机组功率设定值与原机组协调控制系统的实发功率作差，通过PID控制法使该差值为零。

6.一种蒸汽热网储能辅助调峰控制系统，其特征在于，包括：

数据获取单元，用于获取蒸汽热网的运行数据；

数据处理单元，与数据获取单元相交互，基于数据获取单元传输的蒸汽热网的运行数据，计算得到供热抽汽流量的变化量，进一步计算得到功率增量预估值和功率增量设定值；

功率增量控制单元，与数据处理单元相交互，以功率增量设定值与功率增量预估值作为功率增量控制单元的输入变量，控制功率增量设定值与功率增量预估值相等；

原机炉协调控制单元，与数据处理单元相交互，功率增量预估值、机组的功率设定值及实时测量的机组功率反馈值，计算得到原机炉协调控制系统的输入变量。

7.根据权利要求6所述的蒸汽热网储能辅助调峰控制系统，其特征在于，数据处理单元还包括：

非线性模型建立模块，用于基于供热抽汽流量的变化量，建立供热抽汽节流单元的非线性模型，基于非线性模型得到机组的功率增量预估值；

功率增量生成回路建立模块，用于基于蒸汽热网的运行数据建立功率增量生成回路，基于功率增量生成回路得到机组的功率增量设定值。

8.根据权利要求6所述的蒸汽热网储能辅助调峰控制系统，其特征在于，功率增量控制单元内部设有用于调控的PID控制器。

9.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至5任一项所述蒸汽热网储能辅助调峰控制方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述蒸汽热网储能辅助调峰控制方法的步骤。

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