CN116105222A - 一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法 - Google Patents

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CN116105222A CN202310029272.3A CN202310029272A CN116105222A CN 116105222 A CN116105222 A CN 116105222A CN 202310029272 A CN202310029272 A CN 202310029272A CN 116105222 A CN116105222 A CN 116105222A
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Abstract

本发明公开了一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，热电厂抽凝机组运行边界存在限制，利用变工况程序计算获得机组电热运行区域，进而对所得运行域边界进行线性拟合，再对比各机组电热运行域边界拟合关系式的斜率大小，能够获得使热电厂总电负荷调节范围最大的热负荷统筹分配方法。该方法可用于性能不同、型式不同抽凝机组间的热负荷优化分配，使得热电厂总电负荷调节范围最大。

Description

一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法
技术领域
本发明属于火力发电技术领域，具体涉及一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法。
背景技术
近年来，我国可再生能源发展快速，装机比例不断增加，截止2022年2月底，风电、光伏发电装机容量分别达到了3.3亿千瓦、3.2亿千瓦，分别占全国发电装机容量的13.8％、13.4％，预计2030年前可再生能源发电量占比将达30％以上。一方面，出现了大量弃风弃光现象，电力系统面临着高比例可再生能源并网消纳的严峻挑战，对于提升电力系统调峰能力的需求日益增长；另一方面，随着城镇化进程的加快，居民采暖供热需求逐年增加，热电机组承担的热负荷越来越大，由于抽凝机组存在热电耦合机制，单机组的调峰能力受限。
热电厂多台抽凝机组耦合供热，性能不同、型式不同的机组的电热运行域存在差异，供应相同的热负荷时机组调峰能力不同，这就要求对热负荷进行合理统筹分配，尤其随着热负荷需求的不断增加，全厂热负荷优化调度研究，对于获得全厂电功率最大调节范围具有重要意义。
发明内容
本发明针对热电厂调峰能力受机组电热耦合机制限制问题，从单机组电热特性差异出发，旨在通过优化机组间热负荷分配获得全厂电功率最大调节范围。本发明的目的是提供一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，该方法可用于性能不同、型式不同抽凝机组间的热负荷优化分配，使得热电厂总电负荷调节范围最大。
本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：
一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，热电联产电站由多台抽凝机组供热，通过对热负荷的优化分配使得热电厂电负荷调节范围最大，具体步骤如下：
步骤1：确定第i台抽凝机组电热负荷调节区间，表示为f(D0i,Pei,Qhi)＝0，其中D0i为第i台抽凝机组主蒸汽流量t/h，Pei为第i台抽凝机组电负荷MW，Qhi为第i台抽凝机组热负荷GJ/h，具体如下：
(1)运行限制条件为：
a)新蒸汽量小于锅炉最大连续蒸发量：限制线AB；
b)低压缸进汽量大于最小凝汽流量：限制线BC；
c)机组负荷大于锅炉稳燃条件下的负荷：限制线CD；
(2)建立抽凝机组变工况函数形式[Pei,Ddyri]＝f(D0i,Qhi)，Ddyri为第i台抽凝机组低压缸进汽量t/h，该函数给定主蒸汽量与热负荷，得到电负荷与低压缸进汽量；
(3)构造包括主蒸汽量与热负荷按照一定步长变化的两层循环，其中内层循环为热负荷从0至最大抽汽量的循环，外层循环为主蒸汽量从最大主蒸汽量至最小主蒸汽量的循环，在内层循环里嵌入一个低压缸最小进汽量的条件判断，若不满足低压缸最小进汽量则跳出循环；得到了以热负荷为横坐标、电负荷为纵坐标，并且由限制线AB、BC、CD共同组成的A-B-C-D-A区域；
(4)根据函数[Pei,Ddyri]＝f(D0i,Qhi)，两层循环计算获得的电、热负荷记录在二维矩阵中，第一列对应最大主蒸汽量线下的电热负荷，最后一列对应最小主蒸汽量线下的电热负荷；在条件判断中加入一个新的矩阵，用于记录每个主蒸汽量下抽汽量最大时的一组电热负荷，为每次主蒸汽量循环的最后一组电热负荷对应最小凝汽量线；
步骤2：通过热负荷统筹分配能够使得电厂总电负荷调节范围最大，具体如下：
(1)根据获得的三条限制线，并对其进行拟合：
AB：Pei＝kmaxi*Qhi+bmaxi；
BC：Pei＝knqi*Qhi+bnqi；
CD：Pei＝kmini*Qhi+bmaxi；
式中：k、b为每条线段的斜率及截距；
(2)发电上限由AB线决定，将AB线斜率按照从小到大的顺序进行排列，为：
kzqmax1<kzqmax2<kzqmax3<…<kzqmaxn
供热负荷分配方法为，kzqmaxi越大的机组优先供热至最大供热负荷，超出部分热负荷由次之机组承担，即kzqmaxn对应机组优先供热，最后是kzqmax1对应机组供热；
(3)每台抽凝机组的发电功率下限边界由CD、BC线组成，其中CD线斜率小于0，BC线斜率大于0，将每条线对应斜率按照从小到大顺序进行排列，为：
kzqmin1<kzqmin2<kzqmin3<…<kzqminn<knq1<knq2<knq3<…<knqn
(4)各抽凝机组有临界热负荷及最大热负荷点，各自热负荷分别为：
Qcon1、Qcon2、Qcon3、…Qconn
QHmax1、QHmax2、QHmax3、…QHmaxn
每台抽凝机组功率下限对应热负荷为(0，Qconi，QHmaxj)，Qconi下标编号与步骤2的(3)中最小主汽量线的斜率对应，QHmaxj下标编号与步骤2的(3)中最小凝汽量线的斜率对应，这些热负荷节点共组成了2n个热负荷区间：
(0，Qcon1)、
(Qcon1，Qcon1+Qcon2)、...
(Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)，Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn)、
(Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn，Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1)、
(Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1，Qcon3+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1+QHmax2)、...
(Qconn+QHmax1+QHmax2+...+QHmax(n-1)，QHmax1+QHmax2+...+QHmaxn)
(5)有供热负荷分配方法，在每个区间内对应斜率的抽凝机组承担额外部分热负荷，其与抽凝机组承担节点处热负荷，包含0，
在(0，Qcon1)内kzqmin1对应线段机组承担额外部分热负荷，第2至n台机组承担热负荷为0；
在(Qcon1，Qcon1+Qcon2)内kzqmin2对应线段机组承担额外部分热负荷，第1台机组承担热负荷为Qcon1，第2至n台机组承担热负荷为0；
在(Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn，Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1)内knq1对应线段机组承担额外部分热负荷，第2至n台机组承担热负荷分别为Qcon2、Qcon3、…Qconn。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，当抽凝机组实际性能与热平衡图相对误差超过10％时，可以通过抽凝机组热试验重新获得抽凝机组运行参数，对汽轮机级效率再拟合计算获得电热运行域。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，若热电联产电站有停运机组或新增机组，需要在删除或增加新斜率、节点后，重新进行步骤2中机组排序、叠加工作。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，若热电联产电站机组在考虑安全运行有最小供热负荷要求时，只需将步骤2中的节点热负荷0替换成机组最小供热负荷。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，若热电联产电站有高背压机组，高背压机组电热负荷一一对应，且通常高背压机组电热运行线的斜率最大，在计算总电功率上界时供最大热负荷，计算总电功率下界时供最小热负荷，剩下的热负荷再由抽凝机组承担并进行步骤2排序、叠加工作。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，若热电联产电站有抽背压机组，抽背机组与抽凝机组类似电热特性表现为一个区域，其上界分两段下界为一段，则采用斜率排序、划分区间后线性叠加的处理方法。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，获得的电功率上下界形成了热电联产电站综合电热运行域，表示了电站总电负荷与总热负荷的运行关系。
和现有技术比较，本发明有如下优点：
(1)本发明利用变工况程序计算获得的机组电热运行区域，进而对所得运行域边界进行线性拟合，再对比各机组电热运行域边界拟合关系式的斜率大小，获得使热电厂总电负荷调节范围最大的热负荷统筹分配方法，使得热电厂总电负荷调节范围最大。本发明可用于性能不同、型式不同抽凝机组间的热负荷优化分配。
(2)本发明简单易行，使用方便，由于只与机组特性有关，特定热电厂可获得全厂综合电热特性域。
附图说明
图1为抽凝机组电热运行域图。
图2a和图2b分别为两台抽凝机组供热总电功率上、下界与智能算法计算结果对比图。
图3为两台抽凝机组的综合电热特性域及其热负荷分配方法图。
图4为三台抽凝机组供热总电功率下界与智能算法计算结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例子对本发明作进一步详细说明。
一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，热电联产电站由多台抽凝机组供热，通过对热负荷的优化分配使得热电厂电负荷调节范围最大，具体步骤如下：
步骤1：确定第i台抽凝机组电热负荷调节区间，表示为f(D0i,Pei,Qhi)＝0，其中D0i为第i台抽凝机组主蒸汽流量t/h，Pei为第i台抽凝机组电负荷MW，Qhi为第i台抽凝机组热负荷GJ/h，具体如下：
(1)运行限制条件为：
a)新蒸汽量小于锅炉最大连续蒸发量：限制线AB；
b)低压缸进汽量大于最小凝汽流量：限制线BC；
c)机组负荷大于锅炉稳燃条件下的负荷：限制线CD；
(2)建立抽凝机组变工况函数形式[Pei,Ddyri]＝f(D0i,Qhi)，Ddyri为第i台抽凝机组低压缸进汽量t/h，该函数给定主蒸汽量与热负荷，得到电负荷与低压缸进汽量；
(3)构造包括主蒸汽量与热负荷按照一定步长变化的两层循环，其中内层循环为热负荷从0至最大抽汽量的循环，外层循环为主蒸汽量从最大主蒸汽量至最小主蒸汽量的循环，在内层循环里嵌入一个低压缸最小进汽量的条件判断，若不满足低压缸最小进汽量则跳出循环；得到了以热负荷为横坐标、电负荷为纵坐标，并且由限制线AB、BC、CD共同组成的A-B-C-D-A区域；
(4)根据函数[Pei,Ddyri]＝f(D0i,Qhi)，两层循环计算获得的电、热负荷记录在二维矩阵中，第一列对应最大主蒸汽量线下的电热负荷，最后一列对应最小主蒸汽量线下的电热负荷；在条件判断中加入一个新的矩阵，用于记录每个主蒸汽量下抽汽量最大时的一组电热负荷，为每次主蒸汽量循环的最后一组电热负荷对应最小凝汽量线；
步骤2：通过热负荷统筹分配能够使得电厂总电负荷调节范围最大，具体如下：
(1)根据获得的三条限制线，并对其进行拟合：
AB：Pei＝kmaxi*Qhi+bmaxi；
BC：Pei＝knqi*Qhi+bnqi；
CD：Pei＝kmini*Qhi+bmaxi；
式中：k、b为每条线段的斜率及截距；
(2)发电上限由AB线决定，将AB线斜率按照从小到大的顺序进行排列，为：
kzqmax1<kzqmax2<kzqmax3<…<kzqmaxn
供热负荷分配方法为，kzqmaxi越大的机组优先供热至最大供热负荷，超出部分热负荷由次之机组承担，即kzqmaxn对应机组优先供热，最后是kzqmax1对应机组供热；
(3)每台抽凝机组的发电功率下限边界由CD、BC线组成，其中CD线斜率小于0，BC线斜率大于0，将每条线对应斜率按照从小到大顺序进行排列，为：
kzqmin1<kzqmin2<kzqmin3<…<kzqminn<knq1<knq2<knq3<…<knqn
(4)各抽凝机组有临界热负荷及最大热负荷点，各自热负荷分别为：
Qcon1、Qcon2、Qcon3、…Qconn
QHmax1、QHmax2、QHmax3、…QHmaxn
每台抽凝机组功率下限对应热负荷为(0，Qconi，QHmaxj)，Qconi下标编号与步骤2的(3)中最小主汽量线的斜率对应，QHmaxj下标编号与步骤2的(3)中最小凝汽量线的斜率对应，这些热负荷节点共组成了2n个热负荷区间：
(0，Qcon1)、
(Qcon1，Qcon1+Qcon2)、...
(Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)，Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn)、
(Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn，Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1)、
(Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1，Qcon3+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1+QHmax2)、...
(Qconn+QHmax1+QHmax2+...+QHmax(n-1)，QHmax1+QHmax2+...+QHmaxn)
(5)有供热负荷分配方法，在每个区间内对应斜率的抽凝机组承担额外部分热负荷，其与抽凝机组承担节点处热负荷，包含0，例如：
在(0，Qcon1)内kzqmin1对应线段机组承担额外部分热负荷，第2至n台机组承担热负荷为0；
在(Qcon1，Qcon1+Qcon2)内kzqmin2对应线段机组承担额外部分热负荷，第1台机组承担热负荷为Qcon1，第2至n台机组承担热负荷为0；
在(Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn，Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1)内knq1对应线段机组承担额外部分热负荷，第2至n台机组承担热负荷分别为Qcon2、Qcon3、…Qconn。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，当抽凝机组实际性能与热平衡图相对误差超过10％时，可以通过抽凝机组热试验重新获得抽凝机组运行参数，对汽轮机级效率再拟合计算获得电热运行域。
作为本发明的优选实施方式，步骤2中，利用最小二乘法多项式拟合(一次)对电热运行域各限制线进行拟合。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，若热电联产电站有停运机组或新增机组，需要在删除或增加新斜率、节点后，重新进行步骤2中机组排序、叠加工作。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，若热电联产电站机组在考虑安全运行有最小供热负荷要求时，只需将步骤2中的节点热负荷0替换成机组最小供热负荷。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，若热电联产电站有高背压机组，高背压机组电热负荷一一对应，且通常高背压机组电热运行线的斜率最大，在计算总电功率上界时供最大热负荷，计算总电功率下界时供最小热负荷，剩下的热负荷再由抽凝机组承担并进行步骤2排序、叠加工作。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，若热电联产电站有抽背压机组，抽背机组与抽凝机组类似电热特性表现为一个区域，其上界分两段下界为一段，则采用斜率排序、划分区间后线性叠加的处理方法。
所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，获得的电功率上下界形成了热电联产电站综合电热运行域，表示了电站总电负荷与总热负荷的运行关系。
具体案例计算效果：
图2a和图2b分别给出了两台抽凝机组供热时，其总电功率上、下界与智能算法计算结果对比图。图3给出了两台抽凝机组的综合电热特性域及其在不同总热负荷范围时上、下限对应热负荷分配方法。图4给出了三台抽凝机组供热时，其总电功率下界与智能算法计算结果对比图。从中可以看出，采用本发明的计算结果与智能算法一致，简单易行，且能获得全厂综合电热特性域及其热负荷分配方法。

Claims (7)

1.一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，其特征在于：热电联产电站由多台抽凝机组供热，通过对热负荷的优化分配使得热电厂电负荷调节范围最大，具体步骤如下：
步骤1：确定第i台抽凝机组电热负荷调节区间，表示为f(D0i,Pei,Qhi)＝0，其中D0i为第i台抽凝机组主蒸汽流量t/h，Pei为第i台抽凝机组电负荷MW，Qhi为第i台抽凝机组热负荷GJ/h，具体如下：
(1)运行限制条件为：
a)新蒸汽量小于锅炉最大连续蒸发量：限制线AB；
b)低压缸进汽量大于最小凝汽流量：限制线BC；
c)机组负荷大于锅炉稳燃条件下的负荷：限制线CD；
(2)建立抽凝机组变工况函数形式[Pei,Ddyri]＝f(D0i,Qhi)，Ddyri为第i台抽凝机组低压缸进汽量t/h，该函数给定主蒸汽量与热负荷，得到电负荷与低压缸进汽量；
(3)构造包括主蒸汽量与热负荷按照一定步长变化的两层循环，其中内层循环为热负荷从0至最大抽汽量的循环，外层循环为主蒸汽量从最大主蒸汽量至最小主蒸汽量的循环，在内层循环里嵌入一个低压缸最小进汽量的条件判断，若不满足低压缸最小进汽量则跳出循环；得到了以热负荷为横坐标、电负荷为纵坐标，并且由限制线AB、BC、CD共同组成的A-B-C-D-A区域；
(4)根据函数[Pei,Ddyri]＝f(D0i,Qhi)，两层循环计算获得的电、热负荷记录在二维矩阵中，第一列对应最大主蒸汽量线下的电热负荷，最后一列对应最小主蒸汽量线下的电热负荷；在条件判断中加入一个新的矩阵，用于记录每个主蒸汽量下抽汽量最大时的一组电热负荷，为每次主蒸汽量循环的最后一组电热负荷对应最小凝汽量线；
步骤2：通过热负荷统筹分配能够使得电厂总电负荷调节范围最大，具体如下：
(1)根据获得的三条限制线，并对其进行拟合：
AB：Pei＝kmaxi*Qhi+bmaxi；
BC：Pei＝knqi*Qhi+bnqi；
CD：Pei＝kmini*Qhi+bmaxi；
式中：k、b为每条线段的斜率及截距；
(2)发电上限由AB线决定，将AB线斜率按照从小到大的顺序进行排列，为：
kzqmax1<kzqmax2<kzqmax3<…<kzqmaxn
供热负荷分配方法为，kzqmaxi越大的机组优先供热至最大供热负荷，超出部分热负荷由次之机组承担，即kzqmaxn对应机组优先供热，最后是kzqmax1对应机组供热；
(3)每台抽凝机组的发电功率下限边界由CD、BC线组成，其中CD线斜率小于0，BC线斜率大于0，将每条线对应斜率按照从小到大顺序进行排列，为：
kzqmin1<kzqmin2<kzqmin3<…<kzqminn<knq1<knq2<knq3<…<knqn
(4)各抽凝机组有临界热负荷及最大热负荷点，各自热负荷分别为：
Qcon1、Qcon2、Qcon3、…Qconn
QHmax1、QHmax2、QHmax3、…QHmaxn
每台抽凝机组功率下限对应热负荷为(0，Qconi，QHmaxj)，Qconi下标编号与步骤2的(3)中最小主汽量线的斜率对应，QHmaxj下标编号与步骤2的(3)中最小凝汽量线的斜率对应，这些热负荷节点共组成了2n个热负荷区间：
(0，Qcon1)、
(Qcon1，Qcon1+Qcon2)、...
(Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)，Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn)、
(Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn，Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1)、
(Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1，Qcon3+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1+QHmax2)、...
(Qconn+QHmax1+QHmax2+...+QHmax(n-1)，QHmax1+QHmax2+...+QHmaxn)
(5)有供热负荷分配方法，在每个区间内对应斜率的抽凝机组承担额外部分热负荷，其与抽凝机组承担节点处热负荷，包含0，
在(0，Qcon1)内kzqmin1对应线段机组承担额外部分热负荷，第2至n台机组承担热负荷为0；
在(Qcon1，Qcon1+Qcon2)内kzqmin2对应线段机组承担额外部分热负荷，第1台机组承担热负荷为Qcon1，第2至n台机组承担热负荷为0；
在(Qcon1+Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn，Qcon2+...+Qcon(n-1)+Qconn+QHmax1)内knq1对应线段机组承担额外部分热负荷，第2至n台机组承担热负荷分别为Qcon2、Qcon3、…Qconn。
2.根据权利要求1所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，其特征在于：当抽凝机组实际性能与热平衡图相对误差超过10％时，通过抽凝机组热试验重新获得抽凝机组运行参数，对汽轮机级效率再拟合计算获得电热运行域。
3.根据权利要求1所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，其特征在于：若热电联产电站有停运机组或新增机组，需要在删除或增加新斜率、节点后，重新进行步骤2中机组排序、叠加工作。
4.根据权利要求1所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，其特征在于：若热电联产电站机组在考虑安全运行有最小供热负荷要求时，只需将步骤2中的节点热负荷0替换成机组最小供热负荷。
5.根据权利要求1所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，其特征在于：若热电联产电站有高背压机组，高背压机组电热负荷一一对应，且通常高背压机组电热运行线的斜率最大，在计算总电功率上界时供最大热负荷，计算总电功率下界时供最小热负荷，剩下的热负荷再由抽凝机组承担并进行步骤2排序、叠加工作。
6.根据权利要求1所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，其特征在于：若热电联产电站有抽背压机组，抽背机组与抽凝机组类似电热特性表现为一个区域，其上界分两段下界为一段，则采用斜率排序、划分区间后线性叠加的处理方法。
7.根据权利要求1所述的一种提升热电联产电站灵活性的热负荷统筹分配方法，其特征在于：获得的电功率上下界形成了热电联产电站综合电热运行域，表示了电站总电负荷与总热负荷的运行关系。
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