热电联产机组以热定电下可行运行区间的计算系统及方法
【专利摘要】一种大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算系统：包括依次连接的数据采集及分析、变工况计算、工况图和调峰负荷读取模块，数据采集及分析模块从电厂DCS系统读取运行数据，并运用聚类分析法得到表征实际运行基准工况点，变工况计算模块基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近方法提取变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；工况图模块是根据变工况特性曲线获得；调峰负荷读取模块是基于数据库从工况图中智能计算调峰负荷可行运行区间。本发明还包括采用所述系统进行可行运行区间的计算方法。本发明可用于大型热电联产单抽机组及双抽机组的运行计算，安排供热机组参与调峰大大有益于热电厂以及电网调度。
【专利说明】热电联产机组以热定电下可行运行区间的计算系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的智能计算系统。本发明还涉及采用所述系统进行大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法。
【背景技术】
[0002]随着我国中小城市和经济开发区、工业园区的发展，以及节能、环保要求的提高，热电联产机组由于节能效果明显近几年得到了迅速发展，从传统工业的自备热电厂到区域性的集中供热热电厂，己形成了一定规模，并在电网的比例不断攀升。与此同时，随着社会经济日益增长，电网峰谷差日益加剧，供热机组参与电网调峰成为必然趋势。
[0003]热电联产机组参与电力调峰是在保证供热质量的前提下参与电力调度，故需按照用户的需求调整供热机组的热电负荷。由于抽汽式机组受到外界热负荷的影响，其调峰能力受到限制，当机组处在一定热负荷时，需要及时确定其经济负荷区间。目前在该方面的研究存在以下几点问题:
[0004]1.对工况图的研究大多基于设计工况计算获得，随着运行时间的推移以及机组的检修及改造，机组原设计给出的供热抽汽工况图已不能反映机组的真实运行工况，因此从原有的工况图中得到的负荷可行运行区间不能准确反映机组的实际调峰能力；
[0005]2.由于各类热电联产机组在以热定电运行条件下，机组实时的经济运行可行运行区间不能确定。当前热电联产机组一般在70%负荷以上运行，从而加剧了电网调峰压力，但如果不考虑热电厂运行条件，任意安排供热机组参与调峰则有可能损害热电厂的利益。
[0006]3.目前大多数研究工况图的绘制方法都把等抽汽工况线、等凝汽工况线等近似看成平行线，通常为了简便，取两个点成一条直线。而实际情况下，几个功率相差较远的工况，则所得的直线簇是不平行，真实的工况图的绘制应通过统计的方法获得，即多点拟合方式。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的第一个技术问题，就是提供一种大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算系统，其包括基于聚类分析的数据采集及分析模块。
[0008]本发明所要解决的第二个技术问题，就是提供一种采用上述系统用于大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法。
[0009]本系统及方法可用于大型热电联产单抽机组及双抽机组的运行计算，且因本法是从反映机组真实运行的工况图中得到准确的负荷可行运行区间，并考虑了热电厂运行条件，这样安排供热机组参与调峰大大有益于热电厂以及电网调度。
[0010]解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0011]一种大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算系统，其特征是:包括依次连接的数据采集及分析模块、变工况计算模块、工况图模块和调峰负荷读取模块，所述的数据采集及分析模块从电厂DCS系统读取运行数据，并运用聚类分析法得到表征实际运行基准工况点，所述的变工况计算模炔基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近方法提取变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；所述的工况图模块是根据变工况特性曲线获得；所述的调峰负荷读取模块是基于数据库从工况图中智能计算调峰负荷可行运行区间。
[0012]解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案是:
[0013]一种采用上述系统用于大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法，包括以下步骤:
[0014]SI数据采集及分析模块从电厂DCS中读取运行数据，并运用聚类分析法得到实际运行基准工况点；
[0015]S2变工况计算模炔基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近基于这些变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；
[0016]S3运用数据库将各工况点数据存入工况图模块中；
[0017]S4调峰负荷读取模块从工况图模块中读取、计算一定热负荷下电负荷可行运行区间并输出。
[0018]所述的步骤SI中，实际运行基准工况点包括额定负荷下的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况以及双抽工况；在电站运行中，同一功率条件下对应海量的实际运行数据。数据聚类分析技术指的是当从电厂提取中低压抽汽参数、主蒸汽参数以及功率一定时，其他变量如减温水温度、给水参数等可能会有波动。本技术通过聚类分析方法，选择当中四个类型的额定工况作为聚合点，并以此为中心，在海量数据中进行聚类分析，最终得到四个稳定的基准工况点；本发明运用的聚类分析方法是K均值聚类法，即系统首先要选择K个聚类中心，根据其他观测值与聚类中心的距离远近，将所有的观测值分成K类；其具体算法步骤为:
[0019]Sl-1当机组进行大小修之后，重新从电厂DCS中读取运行数据；
[0020]S1-2从海量的读取运行数据中选出4个样本作为初始聚类中心，这四个样本分别为额定负荷下的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况以及双抽工况；
[0021]S1-3用选出的四个样本作为初始聚类中心；
[0022]S1-4取一样本，计算其到初始聚类中心的距离dij，并把样本归到离它最近的那个聚类中心所在的类，同时计算每个新类的样本均值，将样本均值作为新的聚类中心；
[0023]原始数据矩阵:
【权利要求】
1.一种大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算系统，其特征是:包括依次连接的数据采集及分析模块、变工况计算模块、工况图模块和调峰负荷读取模块，所述的数据采集及分析模块从电厂DCS系统读取运行数据，并运用聚类分析法得到表征实际运行基准工况点，所述的变工况计算模炔基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近方法提取变工况特性，获得机组实际运行工况曲线；所述的工况图模块是根据变工况特性曲线获得；所述的调峰负荷读取模块是基于数据库从工况图中智能计算调峰负荷可行运行区间。
2.一种采用如权利要求1所述的系统用于大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法，其特征是:包括以下步骤: SI数据采集及分析模块从电厂DCS中读取运行数据，并运用聚类分析法得到实际运行基准工况点； S2变工况计算模炔基于等效焓降法进行变工况计算，并根据连续函数的最佳平方逼近基于这些变工况特性，获得机组实际运行工况曲线； S3运用数据库将各工况点数据存入工况图模块中； S4调峰负荷读取模块从工况图模块中读取、计算一定热负荷下电负荷可行运行区间并输出。
3.根据权利要求2所述的大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法，其特征是: 所述的步骤SI中，实际运行基准工况点包括额定负荷下的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况以及双抽工况；所述的聚类分析方法是K均值聚类法，包括以下子步骤: Sl-1当机组进行大小修之后，重新从电厂DCS中读取运行数据； S1-2从海量的读取运行数据中选出4个样本作为初始聚类中心，这四个样本分别为额定负荷下的纯中压抽汽工况、纯低压抽汽工况、纯凝工况以及双抽工况； S1-3用选出的四个样本作为初始聚类中心； S1-4取一样本，计算其到初始聚类中心的距离dij，并把样本归到离它最近的那个聚类中心所在的类，同时计算每个新类的样本均值，将样本均值作为新的聚类中心； 原始数据矩阵:
4.根据权利要求2所述的大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法，其特征是: 所述的步骤S2的基于等效焓降法进行变工况计算，指将聚类得到的四个工况为基准工况进行变工况计算，包括以下子步骤: S2-1设主蒸汽流量DO初值与功率成比例:
5.根据权利要求2所述的大型热电联产机组在“以热定电”下可行运行区间的计算方法，其特征是: 所述的步骤S2中的根据连续函数的最佳平方逼近基于这些变工况特性，获得机组实际运行工况曲线，其具体步骤如下: 对于双抽供热机组: 双抽供热机组工况图有上、下两个象限，两个象限共用一个横坐标发电功率Pe，上象限的纵坐标为新蒸汽量Dtl，下象限的纵坐标是低压抽汽量；上象限中有凝汽工况线、等抽汽量工况线、等凝汽量工况线、最小凝汽量工况线、最大进汽量工况线，下象限是当有低压抽汽时的等功率线工况线； 上象限: 1)纯凝工况线:根据变工况计算程序计算出从纯凝最小功率到额定功率的一系列工况点(P1，D1)，(P2，D2)，(P3，D3)……，用连续函数的最佳平方逼近拟合出一条直线LI即纯凝工况线和一条纯凝工况下的功率与凝汽量关系曲线L2 ； 2)等抽汽量工况线:用变工况程序计算出至少5个抽汽量不同的工况点，根据这些散点的功率和主蒸汽流量将它们描在图中，过这些散点作与LI平行的直线，即为相应的等抽汽量工况线； 3)等凝工况线:对一个已知功率和抽汽量的纯中压抽汽工况，通过变工况程序计算得到该工况下的凝汽量，由曲线L2计算得到纯凝工况下相同凝汽量对应的纯凝功率，再由直线L2计算得出对应的纯凝主汽量，两个工况点的主蒸汽流量差与功率差的比值即为等凝工况线的斜率，计算6-8个点取其平均值为等凝工况线的斜率，画出相互平行的一系列等凝工况线；根据各工况线的流量和截距拟合得到一条曲线L3 ； 4)最小凝汽量工况线:按额定汽量的10%代入L3计算截距，斜率同等凝工况线； 5)最大进汽量工况线:最大进汽量Dmax的一条水平线； 6)虚假最大功率工况线:将虚假流量代入到曲线L3得到虚假最大功率线的截距，斜率同等凝工况线，绘出虚假最大功率线； 下象限 7)低压抽汽口开启后的等功率线:对一个已知功率、中压抽汽和低压抽汽量的工况点，在变工况计算程序中算出该点的蒸汽流量，由该主汽流量和中压抽汽量在上象限的等抽汽量线簇中求得一个对应的虚假功率，低压抽汽量与功率差的比值即为等功率线的斜率，取3-4个点的平均值作为斜率值，求出相应的等功率线的解析式，绘出平行的等功率线簇； 8)限制线:纯凝工况线与最小工况线的焦点在横轴上的投影为点A，虚假最大功率线与纯凝工况线的交点在最大低压抽汽量线上的投影为点B，连接AB两点的直线即为无中压抽汽时低压抽汽量的限制线； 最终得到工况图的各工况线:最大凝汽量线、最小凝汽量线、最大中压抽汽线、凝汽工况线、最大虚假功率线、最大低压抽汽线、最小等功率线以及最大功率线；在边界内几条较分散等中压抽汽线以及几条等功率线等的曲线方程，由于等抽汽量下，各曲线的斜率相等，运用插值计算方法，得到各工况点而无需逐点计算，最终读取可行运行区间； 对于单抽机组而言，只需按照`双抽机组低压抽汽为O，而画出上象限即可。
【文档编号】G06F19/00GK103530504SQ201310451205
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】朱誉, 李千军, 冯永新, 郑李坤 申请人:广东电网公司电力科学研究院