基于可选多因素条件下火电机组的负荷特性确定方法与流程

本发明属于火力发电节能技术领域，具体涉及一种基于可选多因素条件下火电机组的负荷特性确定方法。

背景技术：

随着光伏、太阳能、核能等新能源发电规模的扩大和减排工作的深入，传统火电机组的负荷率越来越低，因此如何使机组在最优工况下运行，降低供电煤耗，提高全厂的运行效益，是发电企业最为关心的问题。

传统获取机组供电煤耗率、锅炉热效率、汽机热耗率、厂用电率、汽机高压缸效率和中压缸效率等重要性能指标的负荷特性的方式一般通过常规热力试验获取，但试验实施较为困难，涉及到电网调度中心的负荷调度；现场试验工作量大，环境比较差、需要对试验数据进行离线的计算和分析；试验期间需要对一些设备或系统解列(如吹灰器停用、暖风器解裂等)，不能反映机组的实际运行状况。

基于实时数据库，对全数据进行运行统计分析的方法难以准确反映机组性能指标的负荷特性。因为机组负荷变化趋势比较复杂，有跳跃式变化，有缓升缓降变化，而且大部分性能指标与负荷的相关性是非线性的，如某台600mw机组在600mw工况运行1小时，在400mw工况运行1小时，其平均负荷为500mw；而同一台机组在500mw工况连续运行2小时，两种统计方式的供电煤耗率是不一样的，但从负荷因素评价却是一样的。

各种负荷工况下运行参数和指标目标值的确定是发电企业机组运行优化和绩效考核系统最为关键的步骤和最为重要的环节，目前一般按设计值、理论计算值、优化试验值和自动寻优选取。但各有其缺陷，采用设计值时，只有在机组的实际运行情况与设计工况相似时，才比较合理可行，否则不太恰当；采用理论计算值，虽然理论上是正确的，但计算结果受模型和变工况等因素的影响，往往难以达到要求；优化试验工作量太大，成本太高，机组运行一段时间或设备和系统改造后目标值将发生变化；自动寻优需要技术专家和计算机软件人员联合开发，难度较大，实用效果也不理想。

发电企业负荷优化调度系统中采用的供电煤耗率的负荷特性一般通过现场热力试验或全数据统计分析获取，它一般仅代表单一循环水进水温度工况的数据，当循环水进水温度发生变化时，其负荷优化分配的结果将不符合实际情况。对于有供热机组的发电企业，负荷优化调度还涉及到热负荷优化分配问题，需要确定不同供热量(或热电比)时的供电煤耗率的负荷特性，这是一个比较困难的问题。

目前，发电企业机组能效对标管理主要采用全数据运行统计的方式，对影响机组性能指标的重要因素，如煤质特性、环境温度、循环水进水温度、机组负荷率、机组负荷变化趋势等考虑不多，公平合理性有所欠缺。

技术实现要素：

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于可选多因素条件下火电机组的负荷特性确定方法，本发明基于实时数据库、采用数据挖掘技术，在可选多因素限制条件下，确定火电机组重要性能指标及运行参数的负荷特性的方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于可选多因素条件下火电机组的负荷特性确定方法，包括以下步骤：

(1)采集火电机组运行历史数据的各个性能指标和运行参数；

(2)在各个可选因素的限制条件下，根据需求对历史数据进行过滤；

(3)采用数据挖掘技术和数据统计分析确定性能指标及运行参数的负荷特性数据、曲线及拟合公式的系数，将获取的数据进行组态后存储显示。

所述步骤(1)中，火电机组性能指标及影响因素分3层，具体情况如下：

第1层：供电煤耗率；

第2层：锅炉热效率、汽机热耗率、厂用电率；

第3层：锅炉部分主要包括预热器进口氧量、排烟温度、飞灰含碳量、预热器漏风率、环境温度和煤质特性；汽机部分主要包括主汽压力、主汽温度、再热汽温度、给水温度、凝汽器真空、凝结水过冷度、高压缸效率和中压缸效率；厂用电部分主要包括送风机、引风机、一次风机或排粉机、磨煤机、增压风机、给水泵、汽泵前置泵、循环水泵、凝结水泵等设备的电耗率。

所述步骤(2)中，可选因素包括环境温度、煤质特性和循环水进水温度。

所述步骤(2)中，负荷变化率和负荷稳定时间段为必选因素。

所述步骤(2)中，确定机组性能指标、运行参数和可选因素与必选因素的关联关系。

所述步骤(2)中，负荷变化率的设置取决于机组负荷的变化趋势；负荷稳定时间的设置取决于机组负荷的变化趋势。

所述步骤(2)中，可选因素自由配置。

所述步骤(2)中，对于纯凝汽机组，在确定锅炉热效率及运行参数的负荷特性时不能用机组负荷，用锅炉蒸发量代替。

所述步骤(3)中，通过人工离线录入或直接将获取的数据存入数据库，供发电企业负荷优化分配系统、机组运行优化管理系统或发电企业能效对标管理系统从数据库调用，达到数据共享。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1)供电煤耗率负荷特性数据可以作为单台机组经济负荷的依据，尽量使机组在经济负荷运行，使单一机组供电煤耗最低，经济性最好。

2)供电煤耗率的负荷特性数据可以作为确定机组运行优化或绩效考核目标值的依据；

3)对于纯凝机组的发电企业，供电煤耗率负荷特性数据可以作为发电企业负荷优化调度的重要依据，通过合理分配各运行机组的电负荷，使全厂供电煤耗最低，经济性最好；对于有供热机组的发电企业，通过增加供热量(或热电比)选项，本发明可以确定不同供热量(或热电比)时的供电煤耗率的负荷特性，解决了供热机组电负荷和热负荷优化调度的难题。

4)对上述报表设置应用范围选项，如各发电集团公司、发电厂和机组，就可以通过相关发电企业生产管理系统等，以同类型机组为主要对标对象，以月度、季度、年度或可选时间段等为坐标进行能效对标管理工作，发现同类型机组的运行差距，找出关键问题，采取针对性措施，促进节能降耗目标的完成。这样的统计方式更能准确地评价机组的性能指标状况，确保对标管理公平、公正、合理。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为机组负荷变化趋势图；

图2为本发明基于数据挖掘技术，在可选多因素条件下，确定火电机组重要性能指标负荷特性方法流程图；

图3为性能指标的负荷特性列表(发布界面)；

图4为性能指标的负荷特性曲线及拟合公式(发布界面)。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的发电企业机组能效对标管理主要采用全数据运行统计的方式，对影响机组性能指标的重要因素，如煤质特性、环境温度、循环水进水温度、机组负荷率、机组负荷变化趋势等考虑不多，公平合理性有所欠缺的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种基于可选多因素条件下火电机组性能指标的负荷特性确定方法。

目前，火电机组性能指标及影响因素一般分3层，具体情况如下：

第1层：供电煤耗率；

第2层：锅炉热效率、汽机热耗率、厂用电率；

第3层：锅炉部分主要包括预热器进口氧量、排烟温度、飞灰含碳量、预热器漏风率、环境温度和煤质特性；汽机部分主要包括主汽压力、主汽温度、再热汽温度、给水温度、凝汽器真空、凝结水过冷度、高压缸效率和中压缸效率；厂用电部分主要包括送风机、引风机、一次风机(或排粉机)、磨煤机、增压风机、给水泵、汽泵前置泵、循环水泵、凝结水泵等设备的电耗率。

上述机组性能指标及运行参数，除煤质特性、环境温度和循环水进水温度外均与负荷有相关性，表征入炉煤煤质特性的主要是收到基低位发热量(以下简称入炉煤热值)，影响凝汽器真空最重要的因素是循环水进水温度。因此，环境温度、煤质特性和循环水进水温度这三个外部因素就是本发明所取的可选因素。

由于大部分性能指标及运行参数与负荷是非线性的，因此负荷变化趋势对它们的统计结果也有比较大的影响。为了保证火电机组安全、经济运行，目前电网调度中心对火电机组负荷调度大都采用阶梯方式，个别时间段采用折线或突变方式，如图1所示。因此如果选取负荷基本稳定的时间段进行统计分析，得出性能指标及运行参数的负荷特性与通过现场热力试验获得的结果更接近，更能反映机组的实际运行状况。

鉴于各机组负荷的变化趋势是不一样的，为了表征负荷变化趋势对性能指标及运行参数统计值的影响，引入负荷变化率和负荷稳定时间段两个必选因素。

机组性能指标及运行参数与上述因素关联关系如表1所示。

表1机组性能指标及运行参数关联因素汇总表

各因素设置要求如下：

机组负荷变化率：该因素是为了确保某时间段机组负荷基本稳定运行，该数值可自由配置，取决于机组负荷的变化趋势，一般选取1～5％；

负荷稳定时间：确保负荷基本稳定运行的时间段，保证数据统计的准确性，该数值可自由配置，取决于机组负荷的变化趋势，一般选取10～120分钟；

入炉煤热值：该因素影响锅炉热效率，该数值可自由配置，一般在15000～25000kj/kg,间隔500～2000kj/kg；

环境温度：该因素影响锅炉热效率，该数值可自由配置，一般在-10～40℃，间隔2～5℃；

循环水进水温度：该因素影响汽机热效率，该数值可自由配置，一般在0～40℃，间隔2～5℃。

机组负荷变化率和负荷稳定时间作为本发明重要的两个因素，在所有应用系统中都是必选项；鉴于机组有些性能指标与环境温度、入炉煤热值和循环水进水温度无关，因此这三个因素设置为可选择项，视具体的机组性能指标及运行参数在发布页面上自由设定或在后台进行数据统计时处理。

本发明主要针对纯凝汽机组，由于供热机组负荷与锅炉蒸发量的关系受供热量(或热电比)的影响很大，因此在确定锅炉热效率及运行参数的负荷特性时不能用机组负荷，可用锅炉蒸发量代替，供电煤耗率和汽机热耗率的负荷特性也受到供热量(或热电比)的影响很大，供热机组可供参照。

本方法基于火电厂积累的机组运行海量历史数据，在综合考虑机组负荷变化率、负荷稳定运行时间段、环境温度、入炉煤热值和循环水进水温度等五个因素条件下对机组重要性能指标及运行参数进行统计分析，准确获得月度、季度、年度或自定义时间段内各负荷工况时机组重要性能指标及运行参数的数据。通过数据拟合，就能得到机组重要性能指标及运行参数的负荷特性曲线或拟合公式及系数。

本申请的一种典型的实施方式中，如图2所示，本发明基于数据挖掘技术，在可选多因素条件下，确定火电机组重要性能指标负荷特性。方法流程图如图2所示。

由于机组重要性能指标及运行参数与多个因素有关，在确定其负荷特性时，选取什么样的限制因素、采取什么样的限制条件，使统计结果具有尽可能高的可信度和准确性，能效对标管理是否公平、公正、合理，是一个比较困难的问题。本发明具体实现方案如下：

1)数据抽取

将用户已开发的发电企业生产管理系统等存储于数据库的海量历史数据抽取到本发明所用数据库中，或者直接利用户已有数据库的数据；

2)数据过滤

在负荷变化率、负荷稳定时间、入炉煤热值、环境温度、循环水进水温度或其它可选因素的限制条件下，根据用户需求对上述海量历史数据进行过滤；

3)数据挖掘和数据统计分析

采用数据挖掘技术和数据统计分析等方法确定性能指标及运行参数的负荷特性数据、曲线及拟合公式的系数等，并将获取的数据导入数据库存储；

4)人工录入

通过人工离线录入手段将获取的无法直接导入数据库的数据存入数据库；

5)页面组态

本发明发布界面中的标题、标头和主表内容均在后台配置完成，在系统发布界面中由用户按需要自行设置；

6)结果发布

本发明最终形成的结果，如性能指标指标及运行参数的负荷特性数据列表、曲线等通过组态后的页面发布；

7)结果利用

通过人工离线录入或直接将获取的数据存入数据库，供发电企业负荷优化分配系统、机组运行优化管理系统、发电企业能效对标管理系统等从数据库调用，达到数据共享的目的。

发布界面中的标题、查询条件和主表内容均在后台配置完成，在系统发布界面中由用户按需要自行设置。

查询条件包括发电公司、发电厂、机组、报表类型、时间范围等下拉列表选项，还包括负荷变化率、负荷稳定时间、环境温度、入炉煤热值、循环水进水温度等输入框选项。

“报表类型”的可选项包括月报、季报、年报和自定义时间段等四项；“发电公司”的可选项是发电公司(如大唐公司、华能公司等)，“发电厂”的可选项是“发电公司”下属的发电厂，“机组”的可选项是“发电厂”下属的机组，如选取a发电公司b电厂#1机组。

“负荷变化率”和“负荷稳定时间”作为本发明重要的两个因素，在所有应用系统中都是必选项，只是应根据不同机组的负荷变化趋势选取合适的变化率和稳定运行时间，负荷变化小，稳定时间长可以选取小的数值，反之选取大一些的数值。

锅炉热效率与循环水进水温度无关；汽机热耗率、高压缸效率与环境温度和入炉煤热值无关；厂用电率和各辅机电耗率与上述三个因素均无关。详细关联情况如表1所示。在单独进行统计分析时，可以不选该因素，也可在后台进行统计计算时单独处理。

主表包括各负荷工况(横坐标)和机组重要性能指标(运行参数)(纵坐标)、测点代码和单位等，可设置为固定报表或自定义报表，自定义报表中的参数是自选的，使用更方便。

负荷工况设置以机组不投油最低稳燃负荷作为下限，最大负荷作为上限合理设置，一般选取8-10个工况即可，具体工况数量和负荷数值可由系统管理员通过权限设置。如某台1000mw机组负荷工况设为：1000、950、900、850、800、750、700、650、600、550和500mw。

机组重要性能指标(运行参数)的负荷特性曲线或拟合公式一般为二次或三次多项式，后台根据数据实际情况自动设置拟合方式，并给出拟合曲线和拟合公式。鉴于循环水泵的投停方式与循环水泵电耗率有很大影响，曲线可能出现突变现象，该类参数可以根据报表中的数据手工拟合分段处理。

以确定a发电集团公司、b发电厂#1机组，xx年xx月主要性能指标及运行参数的负荷特性为例说明操作过程。

第1步：在系统界面上的“发电公司”下拉列表中选择“a发电集团公司”，然后在“发电厂”下拉列表中选择“b发电厂”，最后在“机组”下拉列表中选择“#1机组”；

第2步：在系统界面上的“报表类型”下拉列表中选择“月报”，在“时间范围”的“年”下拉列表中选择“xxxx年”，在“时间范围”的“月”下拉列表中选择“xx月”；

第3步：根据该机组历史上负荷的变化趋势情况，在系统界面上的“负荷变化率”输入框中输入2(单位为％)，在“负荷稳定时间”输入框中输入60(单位为分钟)；

第4步：鉴于上述所选月份环境温度变化不大，其对锅炉效率的影响也不大，一般而言，环境温度增大10℃，锅炉运行热效率增加0.17％，供电煤耗降低0.52kwh/t，所以系统界面上的“环境温度”可以不填；

第5步：鉴于该厂运行煤质一直比较稳定，煤质热值变化不大，所以系统界面上的“入炉煤热值”也可以不填；

第6步：根据用户要求确定循环水进水温度约为20℃时的负荷特性数据，故在系统界面上的“循环水进水温度”低和高两个输入框中分别输入19和21(单位为℃)。之所以考虑范围，是因为设置循环水进水温度为20℃时的数据是不现实的。另外，循环水进水温度的设定范围一定要与“时间范围”选项匹配，否则就无法进行数据统计。例如选取在山东省内的机组，循环水进水温度约为20℃，则其1月份的负荷特性数据就不存在；

第7步：通过“自定义报表”菜单，选取供电煤耗率、汽机热耗率、厂用电率、高压缸效率、主汽压力、排烟温度和炉膛氧量等7项性能指标。由于厂用电率、主汽压力、排烟温度和炉膛氧量与循环水进水温度无关，系统在进行数据统计时不考虑其影响；

第8步：点击“查询”按钮，就能得到上述供电煤耗率、汽机热耗率、高压缸效率等7项性能指标的负荷特性列表，如图3所示；

第9步：双击各项性能指标，就能得到该项性能指标的负荷特性曲线及拟合公式，其展示模板如图4所示。

各项性能指标的负荷特性数据将在相关应用模块中发挥作用，当机组运行一段时间，或设备和系统进行了改造，可以重复上述操作，用最新的负荷特性数据替代，确保数据准确、合理。

同样，本发明也可用于相同类型机组之间的能效对标管理工作中，在界面上根据用户要求选取对标对象(2个或多个)，如上设置不同的选项等限定条件，就能得到需要的能效对标报表。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。