基于汽轮机能量平衡的供热机组以热定电方法
【专利摘要】本发明涉及基于汽轮机能量平衡的供热机组以热定电方法，包括以下步骤：根据汽轮机能量平衡得出供热机组采暖抽汽流量和工业抽汽流量与有功功率的数学模型；根据数学模型确定机组最小负荷以及最大负荷关系式；考虑蒸汽在汽轮机流动过程中存在汽门漏汽、热传导及辐射损失等杂散损耗，采用最小二乘法对最小负荷以及最大负荷关系式参数进行辨识并修正，得到精准的数学模型；将从机组DCS获得的数据传至系统主站，得到机组的最小负荷值以及最大负荷值，送至电网调度控制中心；对最小负荷和最大负荷表达式积分，得到最小电量和最大电量与供热量关系的表达式，根据各电厂上报机组的供热量，确定其最小和最大发电量，为制定电量计划提供依据。
【专利说明】
基于汽轮机能量平衡的供热机组从热定电方法
技术领域
[0001] 本发明设及基于汽轮机能量平衡的供热机组W热定电方法，主要应用于火力发电 厂供热机组的调度、电力与电量预测，解决供热期电网调峰问题，从而最大限度地接纳水 电、风电、光伏及核电等清洁能源，目的是降低能源消耗，减少污染物排放。
【背景技术】
[0002] 目前，我国东北和西北地区多采用热电联产机组提供冬季采暖供热，当供热机组 容量占整个电网比例较大时，由于电力调度部口不能及时掌握各机组的在线供热状况，为 保证供热可靠性，供热机组发电负荷裕度较大，从而给电网低负荷调峰带来难度。
[0003] 随着风电容量的增加 W及核电机组的投入运行，采暖期为保供热，不得不大量放 弃风电，运与《中华人民共和国可再生能源法》等相关政策相违背，因此，基于供热机组W热 定电在线监测技术，研究供热机组最小发电负荷及其在线调度方法，通过降低供热机组发 电负荷，提高电网接纳清洁能源的能力。公开号CN101619850A《基于热电系统负荷在线预测 的调度方法与系统》，此发明调度方法调度操作的主要对象是热电生产系统的核屯、设备锅 炉和蒸汽发电机组，而没有针对热电机组的发电负荷对电网调峰方面的影响做出阐述。
【发明内容】
[0004] 针对上述技术不足，为了对电网中供热机组实施公开、公平、公正的发电负荷调度 及发电计划编制，本发明提供了供热机组电力和电量负荷预测方法，通过控制其最小发电 负荷，从而缓解采暖期电网低负荷调峰的压力。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:基于汽轮机能量平衡的供热机组W 热定电方法，包括W下步骤：
[0006] 根据汽轮机能量平衡得出供热机组采暖抽汽流量、工业抽汽流量与有功功率的数 学模型；
[0007] 根据数学模型确定机组最小负荷W及最大负荷表达式；
[000引根据试验数据和机组最小负荷W及最大负荷表达式，采用最小二乘法对最小负荷 W及最大负荷数学模型参数进行辨识，得到最小负荷和最大负荷的数学模型；
[0009] 将从发电厂机组DCS获得的机组参数传送至供热机组主站代入最小负荷和最大负 荷数学模型中，得到最终的机组最小负荷值W及最大负荷值，实现W热力定电力，并通过终 端发送至电网调度控制中屯、。
[0010] 所述数学模型：
[0011] .W I=P .l=.i
[0012]其中，P为供热机组的有功功率;Dg为工业抽汽流量，k为主蒸汽洽，h'H为高压缸排 汽洽，hM为中压缸进汽洽，hg为工业抽汽洽，Dd为采暖抽汽流量，hd为采暖抽汽洽，De为各段抽 汽流量，Qi且i = l，2时、为高压缸各段抽汽流量占化的比例;Qi且i = 3,4,5时、为中压缸各段 抽汽流量占化的比例;曰1且i = 6,7,別寸、为低压缸各段抽汽流量占化的比例;hai且i = l，2时、 为高压缸各段抽汽抽汽洽;hai且i = 3,4,5为中压缸各段抽汽抽汽洽;hai且i=6,7为低压缸 各段抽汽抽汽洽;Dn为低压缸排汽流量，hp为低压缸排汽洽，Pm为机械损失，n为发电机效率； [OOU]主蒸汽流量表达式为：DH=Dg+Dd+Dc+DN;
[0014] 〇1+〇2+〇3+〇4+〇5+〇6+〇7+〇8 = 1。
[0015] 所述最小负荷表达式：
[0016]
[0020] Pn=Dn X ((hH-hH' +hM-hp)。
[0021] 所述最大负荷表达式：
[0022] Pmax = { Dh X 化H-h' H+hM-hp) -Dg X 化g-hp) -Dd X 化d-hp)
[0023] -Dc X [ha8-hp+(ai+a2+日3+日4+日日+日6+日7) (ha7-ha8) + (日 1+日2+日3+日4+日日+日6) (ha6-ha7) + (口 1+ 02+曰3+日4+日日）（hd-ha6)
[0024] (日1+日2+日3+日4) (hg-hd) +(日 1+日2+日3) (ha3-hg) + (ai+a2) (hM-ha3)+日]-Pm} Xq
[0025] =nXPH-dXDg-eXDd-kXDcXri-PmXn (5)
[0026] 式中；PH=DHX(化H-h'H+hM-hp)
[0027] d=化 g-hp)Xri;
[002引 e = Ad-hp)Xri;
[0029]
[0030] 采用最小二乘法对最小负荷数学模型参数进行辨识，得到最小负荷数学模型包括 W下步骤：
[0031] 1)对于给定n组实测数据(巧，巧，= "> 3,令其总的偏差平方和最小， 即：
；其中，巧，巧，pi分别表示实际测得的工业抽汽流 量、采暖抽汽流量、机组有功功率；
[0032] 2)对a'、b'和U'min分别求偏导，并令导数为零可求出辨识后的a'、b'和U'min:
[0033] 3)将辨识后的a '、b '和U 'min代入Pmin = B 'Dg+b 'Dd+U 'min即得到最小负荷数学模型。
[0034] 采用最小二乘法对最大负荷数学模型参数进行辨识，得到最大负荷的数学模型包 括W下步骤：
[0035] 1)对于给定n组实测数据（巧.化- P')i，，= i.2....". ">3,令其总的偏差平方和最小， 即：
;其中，卑巧，pi分别表示实际测得的工业抽汽流 量、采暖抽汽流量、机组有功功率；
[0036] 2)对d'、e'与U'max分别求偏导，并令导数为零可求出辨识后的d'、e'与U'max;
[0037] 3)将辨识后的d'、e'与U'max代入P丽=d'Dg+e'Dd+U'max即得到最大负荷数学模型。
[0038] 得到修正后的最小负荷和最大负荷的表达式后，分别对最小负荷和最大负荷表达 式积分，得到最小电量、最大电量分别与供热量关系的表达式，再根据各电厂上报机组的供 热量，确定其最小和最大发电量用于制定电量计划
[0039] 本发明具有W下有益效果及优点：
[0040] 1.本发明具有物理意义清晰、推导过程严谨、模型简捷实用、计算结果准确、适用 范围广等特点。
[0041] 2.根据汽轮机能量平衡分析，提出了能量平衡法并建立W热定电数学模型，并利 用最小二乘法模型参数进行了修正，丰富和发展了 W热定电的理论和方法。
[0042] 3.采用最小二乘法修正模型参数既保持了原有的物理意义清晰、模型简捷实用的 特点，又具有计算结果准确、适用范围广等特点，可W准确计算出机组在给定的采暖抽汽流 量和工业抽汽流量情况下最大可增出力和可减出力。
[0043] 4.通过本发明可W较好掌握供热机组在不同采暖抽汽流量和工业抽汽流量下的 出力范围及可调整空间，从而为电网调度部口提供有利信息，有利于调度部口准确把握热 电联产机组功率调节能力，W配合风电大规模消纳及其它冷凝机组协调运行。
[0044] 5.通过本发明可W使电网调度运行人员全面、及时、准确地掌握供热机组在不同 采暖和工业流量下的出力范围和可调整空间，W及根据机组的供热量确定其发电量的上下 限，促进非化石能源与化石能源协同发电，实施精准调度交易，提高了能源利用效率，符合 国家提出的巧联网"+智慧能源行动的指导方向。
【附图说明】
[0045] 图1供热机组负荷调度的流程图；
[0046] 图2为本发明开发的汽轮机简化热力图；
[0047] 图3为135MW双抽供热机组试验负荷与修正负荷比较图。
【具体实施方式】
[0048] 下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。
[0049] 本发明提供了基于汽轮机能量平衡的供热机组W热定电方法。适用于电网调度人 员在采暖期对供热机组实施合理调度。本方法基于电网中供热机组参数的实时监测数据， 计算机组的各项供热指标。W能量平衡法结合机组现场试验求取W热定电数学模型。电网 调度人员可根据需求采用最小负荷方式调度、快速增减负荷方式调度和经济运行方式调 度，提供了对供热机组调度决策的依据。各供热机组的发电企业根据气象部口发布的天气 预报，结合供热机组历史数据进行供热量预测，根据预测的供热量结合W热定电数学模型 预测机组次日或次月的电力和电量。
[0050] 基于汽轮机能量平衡的供热机组W热定电方法，将所有进入汽轮机和排出汽轮机 的能量进行平衡计算，得到不同采暖抽汽流量和工业抽汽流量下机组发电负荷的关系，并 通过试验对数学模型进行修正，可W确定机组在不同的采暖抽汽流量和工业抽汽流量下最 大电力和最小电力的关系式;对该关系式进行数学积分，对电力积分可得到电量，由此可得 出不同采暖抽汽热量和工业抽汽热量下与机组发电量的关系，并根据各供热电厂上报的供 热量，可W准确计算出在一段时间内机组在给定的采暖抽汽热量和工业抽汽热量下最大电 量和最小电量范围。调度和计划对象是电网中的供热汽轮发电机组，调度的参数是发电负 荷，计划的参数是发电量，在线调度的流程包含W下步骤：
[0051] a、供热机组有关参数的实时在线监测与分析。数据源于电厂的DCS系统W及额外 增加的监控测点，将运些参数传送至电网调度部口，主要监控热网参数和机组参数。对各电 厂、各机组参数进行汇总和趋势分析，计算全厂的供热量，机组的工业供热量、采暖供热量、 发电负荷等指标，形成数据库。
[0052] b、根据能量平衡，将所有进入汽轮机和排出汽轮机的能量进行平衡计算，得到不 同采暖抽汽流量和工业抽汽流量下机组发电负荷的关系。建立W热定电的数学模型，并通 过试验对数学模型进行修正，确定机组的可增负荷与可减负荷。
[0053] C、按照机组爬坡速率或降谷速率及可增减负荷的大小进行排序，再按照序位的先 后实施在线调度。
[0054] 计划的流程如下：
[0055] a、对根据汽轮机能量平衡所得到采暖抽汽流量和工业抽汽流量与机组发电负荷 的关系，进行数学积分。对电力积分得到电量，由此得出不同采暖抽汽热量和工业抽汽热量 下机组发电量的关系。
[0056] b、根据供热电厂申报的供热需求，计算出在给定的采暖抽汽热量和工业抽汽热量 下最大电量和最小电量范围。
[0057] C、再根据电网负荷电量、受入电量、送出电量来确定电网各类电源的上网电量空 间。然后在保障电网安全及可靠供热电前提下，根据电网优先发电序位、机组检修计划和火 电发电进度来确定各类电源W及各家电厂的发电量。通过在供热机组最大电量和最小电量 范围内调整其发电量，来最大限度吸纳清洁能源。若所有供热机组按最小电量考虑，仍不能 满足电量平衡，则需相应减少电网接纳清洁能源电量的数量。
[0058] 电网调度部口可根据电网实时需求选择S种调度模式。①当电网需要最大限度地 接纳风电等清洁能源时，可对供热机组全部按照计算的最小发电负荷进行调度。②当电网 需要快速增加或减少负荷时，按照机组爬坡速率或降谷速率及可增减负荷的大小对所有供 热机组的排序结果进行调度，W实现最短的调整时间或最少的调整次数。③当电网需要经 济运行调度模式时，在满足供热、供电安全的前提下，按照热电负荷优化分配的方案决定机 组的开机方式和发电负荷。
[0059] 根据预测的供热量，按照建立的W热定电数学模型开展电力预测和电量预测，从 而为政府和电网公司分别开展年度发电计划电量和月度发电计划的制订提供依据。
[0060] 本发明基于供热机组W热定电在线监测技术，通过热电机组的供热量，确定各供 热机组的最小和最大发电负荷，W及根据供热量的预测，实现电力与电量的预测方法。调度 和计划流程包含W下步骤。
[0061] 1.供热机组有关参数的实时在线监测。数据源于现场的DCS系统W及额外增加的 监控测点。主要分为两个方面，一是热网参数，二是机组参数。将运些参数传送至电网调度 交易部口的监控中屯、，对供热机组的运行状态、运行方式进行监控。
[0062] 2.建立实时数据分析和历史数据分析功能。根据参数的在线采集，建立实时数据 库和历史数据库，对各电厂、各机组的参数汇总分析，计算全厂的供热量，机组的工业供热 量、采暖供热量、发电负荷和发电量等指标。通过各参数的信息分析，判断机组运行状态、运 行方式，为下一步调度交易决策和发电计划编制提供依据。
[0063] 3.根据汽轮机的能量平衡，建立W热定电的数学模型，通过现场试验对数学模型 进行在线修正。通过数学模型，计算机组的发电负荷区间，确定机组的可增负荷与可减负 荷。
[0064] 4.掌握各电厂、各机组发电负荷区间后，根据电网需求，可选=种调度模式。模式1 为最低负荷模式，即对供热机组全部按照计算的最小发电负荷进行调度，W便电网最大限 度地接纳风电等清洁能源。模式2为快速增减负荷模式，当电网需要快速增加或减少负荷 时，按照机组爬坡速率或降谷速率及可增减负荷的大小对所有供热机组的排序结果进行调 度，W实现最短的调整时间或最少的调整次数。模式3为经济调度模式，即在满足供热、供电 安全的前提下，按照热电负荷优化分配的方案决定机组的开机方式和发电负荷。
[0065] 5.根据各电厂、各机组实时监测的供热量数据和历史数据，由W热定电数学模型， 计算出供热机组次日或次月的电力和电量的最大值与最小值，从而达到电力与电量预测的 目的。
[0066] 6.根据W上计算结果，在保证供热安全、机组设备安全的前提下，经综合判断，确 定供热机组优化调度的方法和策略，并在实践中得到应用。
[0067] 图1是形成用于供热机组负荷调度的流程，主要有W下S方面内容。
[0068] 1.数据监控与分析
[0069] 数据源于现场的DCS系统W及额外增加的监控测点，主要分为两个方面，一是热网 系统中供回水压力、溫度和流量的监测;二是机组系统中的发电负荷、主蒸汽压力、溫度、流 量;在热蒸汽压力、溫度;汽轮机排汽压力;工业抽汽压力、溫度、流量;采暖抽汽压力、溫度、 流量;环境溫度等。将运些参数传送至电网调度部口的监控中屯、，建立实时数据库和历史数 据库，根据监控的参数，对各电厂、各机组的数据汇总分析，计算全厂的供热量，机组的工业 供热量、采暖供热量、供电负荷，机组的热电比、机组效率等指标。通过各参数的信息分析， 判断机组运行状态、运行方式，为下一步调度交易决策提供依据。
[0070] 2.调度模式
[0071] (1)根据供热机)的能量平衡，计算出机组在不同供热工况下基于热耗率功率(THA) 工况的最大和最小发电负荷区间W及基于汽轮机最大连续出力(TMCR)工况主蒸汽参数时 的最大发电负荷，形成W热定电数学模型。
[0072] 间通过现场试验，对数学模型进行修正计算，来保证数学模型更符合机组运行的 实际状况。
[0073] 间根据机组当前的供热量和发电量，进行热电负荷分配，W判断机组采用何种方 式运行最佳。
[0074] ①当电网需要更多地接纳风电、核电等清洁能源时，调度部口可根据计算的机组 最小发电负荷全部调度，从而为接纳清洁能源提供空间。
[0075] ②当电网需要快速增加或减少供热机组负荷时，通过计算得到机组在当前运行状 态下的可增负荷和可减负荷后，结合机组的爬坡速率和降谷速率，重新对机组的增减负荷 序位进行优化排序，从而使调度运行人员在电网增减负荷过程中能够根据机组的增减负荷 序位快速进行调整，W最少的调整次数或最短的调整时间达到最佳的调整效果。
[0076] ③当电网需要经济调度模式时，就是在运行时间内满足热用户的热、电负荷的要 求及满足机组总供热和总出力的限制条件下，合理分配各个运行供热机组间的热、电负荷， 使整个热电厂的总煤耗量为最小。
[0077] 开停机方式：当化(max)>Qk，即某台机组最大供热能力大于等于热网需求的供热量 时，系统将提示可W停止一台机组运行，根据机组热力试验结果，在同容量的机组间停止煤 耗大的机组处于备用状态(但需要检修等特殊情况例外）。
[0078] 热电负荷优化分配：当
即热网需求的供热量大于某单台机组 最大供热量，小于几台（2、3、4)机组最大供热量之和时，W2台机组为例，热耗率为
;其中，HRi(Pi)为第一台机组的热 耗，kJ/kWh;皿2(p-pi)为第二台机组的热耗，kJ/kWh;祐为热网需求的供热量，kJ/h;Qi(x)为第 一台机组供热量kjA，p为两台机组发电出力之和，kW;p功第一台机组发电出力，kWh。
[0079] 优化调度步骤:第一台机最大供热量时，计算第一台机组最小负荷，总需求热量减 去第一台供热量即为第二台供热量，计算第二台机组最小负荷，判断第二台最小负荷是否 满足供热压力在0.25MPa-0.4M化之间，供热溫度在65 °C-11 (TC之间，第一台机由最大供热 量变步长减少供热量，增加第二台机组供热量直至最大供热量，同时按系统中已经实现的 功能根据供热量分别计算两台机组最小发电负荷，同时计算总热耗，在计算结果中选取热 耗最小值，再根据计算的两台机组最小发电负荷进行调度。两台机组的热负荷由电厂调节 和分配。运样即解决了电网调峰的问题，又兼顾了电厂的节能。
[0080] 3.供热机组的电力与电量预测
[0081] 首先由各装设供热机组的电厂根据气象部口发布的天气预报，获取下月各电厂所 在地的天气状况，调用供热机组的供热量历史数据，进行供热量预测。
[0082] 电力预测：
[0083] 图2是汽轮机简化热力图，图中化表示主蒸汽流量;hH表示主蒸汽洽;h'H表示高压 缸排汽洽;hM表示中压缸进汽洽;Dg表示工业抽汽流量;hg表示工业抽汽洽;Dd表示采暖抽汽 流量;hd表示采暖抽汽洽;Dc表示各段抽汽流量;Qi，（ i = 1，2)表示高压缸各段(第1、2段)抽 汽流量占化的比例;曰1，。= 3,4,5)表示中压缸各段(第3、4、5段)抽汽流量占化的比例;口1， (i = 6,7,8)表示低压缸各段(第6、7、8段)抽汽流量占化的比例;11。1，（1 = 1，2)表示高压缸各 段抽汽抽汽洽;hai，（i = 3,4,5)表示中压缸各段抽汽抽汽洽;11。1，。=6,7,8)表示低压缸各 段抽汽抽汽洽;Dn表示低压缸排汽流量;hp表示低压缸排汽洽;P表示发电机功率。
[0084] 在得到机组的预测采暖供热量后，可W根据;
，计算出 电厂的总采暖抽汽流量。在进行采暖抽汽流量分配后，根据采暖抽汽流量和工业抽汽流量， 结合每台供热机组对应的数学模型预测出机组最大、最小电力。其中，Fd为电厂的总采暖抽 汽量，t/h;Fgs为采暖热水(一环网）供水流量，t/h;tgs为采暖热水(一环网）供水溫度，°C;ths 为采暖热水(一环网）回水溫度，°C;出为电厂的采暖抽汽洽，kj/kg;出为电厂的采暖抽汽疏 水洽，kj/kg。
[0085] 根据汽轮机能量平衡得出供热机组有功功率的计算公式为：
[0086]
(1)
[0087] 主蒸汽流量表达式为:DH=Dg+Dd+Dc+DN (2)
[008引 01+曰2+日3+曰4+曰5+曰6+曰7+曰8=1 (3)
[0089] 当计算机组最小负荷时，低压缸排汽流量Dn已知，为低压缸最小冷却蒸汽流量，所 W最小负荷的表达式为：
[0090]
[0091] 式中：a=化H-hH'+hM-hg) Xq;
[OOW] b = (；hH-hH'+hM-hd)Xri;
[0093]
[0094] Pn=DnX ((hH-hH'+hM-hp)。
[OOM]当计算供热机组最大负荷时，主蒸汽流量化已知，为汽轮机TMCR(最大连续出力） 工况下主蒸汽流量，所W最大负荷的表达式为：
[0096] Pmax={DHXAH-h'H+hM-hp)-DgXAg-hp)-DdXAd-hp)
[0097] -Dc X 比(i8-hp+(ai+a2+a3+a4+日5+〇6+〇7) (ha7-ha8) + (日 1+〇2+〇3+〇4+日5+日6) (ha6-ha7) + (曰 1+ 〇2+曰3+日4+日日）（hd-ha6)
[009引 （日1+日2+日3+日4) (hg-hd) +(日 1+日2+日3) (ha3-hg) + (ai+a2) (hM-ha3)+日I(Ilca-Il^H) ]-Pm} Xq
[0099] =nXPH-dXDg-eXDd-kXDcXri-PmXn (5)
[0100] 式中；PH=DHX(化H-h'H+hM-hp)
[0101] d=化 g-hp)Xri;
[0102] e = (；hd-hp)Xri; 「01031
[0104] 本实施例对某135丽双抽供热机组（型号为CC100/N135-13.24/535/535)进行试 验。额定主蒸汽压力为13.24MPa、溫度为535°C，再热蒸汽溫度为535°C，TMCR工况主蒸汽流 量为4(K)t/h，汽轮机低压缸最小排汽流量为81.5t A，最大采暖抽汽流量21化A，最大工业 抽汽流量44t/h。根据汽轮机额定抽汽工况设计数据，得到hH = 3424.1kJ/kg;h'H = 3050.8kJ/kg；hn=3535.9kJ/kg；hg = 3221.9kJ/kg；hd = 2835kJ/kg；hp = 2492.9kJ/kg；D〇 = 22.04kg/s；Pm = 493kW；n = 0.985；ai = 0.184； hai = 3152.9kJ/kg； 02 = 0.474； ha2 = 3050.8kJ/kg;a3 = 0.099;ha3 = 3201.3kJ/kg;a4 = 0.063 ;ha4 = 3029.3kJ/kg;as = 0.09; ha 已= 2859.9kJ/kg;日6=〇.031 ;ha6 = 2662.9kJ/kg;日7=〇.060 ;ha7 = 2500.1 kJ/kg。
[0105] 按能量平衡理论模型Pmin = aDg + bDd + Umin与Pmax=dDg + eDd + Umax计算得到a = 677.0kJ/kg；b = 1058.7kJ/kg； C = 569.4kJ/kg； Pn = 32064.7kW；PH= 157372.8kW；d = 718.1kj/kg; e = 337. OkJ/kg; k = 847. OkJ/kg。即：
[0106] Pmin= (677. ODg+1058.7Dd+44430.7)/1000
[0107] Pmax=(136138.7-718.1山-337.ODdVlOOO
[0108] 试验条件下，采暖抽汽流量Dd与工业抽汽流量Dg的试验取值范围分别为0<Dd< 58.3kg/s和0<Dg<12.化g/s，通过对此热电联产机组在不同义暖抽汽量与不同工业抽汽量 工况下进行测试，试验工况和试验结果见表1与图3。由于工业抽汽量较小，为突出研究重 点，图3只描述了采暖抽汽流量与机组负荷的关系。
[0109] 夫U击胎债補台倏iF债補的比妓
[0110：
[0111]由表1可见，理论机组负荷与试验机组负荷相比存在明显的系统误差。试验最大负 荷与试验最小负荷均低于理论值。基于对测试结果的进一步分析，认为主要是机组能量平 衡建模中未考虑蒸汽在汽轮机流动过程中存在汽口漏汽、热传导及福射损失等杂散损耗， 运将导致理论计算结果偏大5%左右。因此，不考虑杂散损耗的能量平衡法理论负荷与试验 负荷相比存在较大系统误差，需要根据试验结果对理论参数进行修正。
[0112] 由图3可见，机组发电负荷与采暖抽汽流量间对映关系对热电机组参与电网低谷 调节及高峰期调节有重要作用。最小发电负荷曲线中的采暖抽汽流量对供热机组最小发电 负荷值具有重要影响，而最小发电负荷值对供热机组低谷期调节能力具有重要参考价值。 在采暖抽汽流量较小时，热电机组的最小发电负荷较小，随着采暖抽汽流量的增长，最小发 电负荷值逐渐增大。运也意味着低谷期供热机组若采暖供热较多，则其对低谷期调节的贡 献将受到削弱。与之相对照的是，试验最大负荷曲线反映了采暖抽汽流量对供热机组最大 发电负荷值的影响。随着采暖抽汽流量增大，供热机组试验最大发电负荷将逐渐减小。运意 味着若供热机组在高峰期采暖抽汽流量较大，则供热机组调峰能力也将受到极大限制。
[0113] 由图3可见，试验负荷曲线与理论负荷曲线呈现出较强的正相关性，运说明试验负 荷曲线中机组负荷与采暖抽汽流量Dd和工业抽汽流量Dg的数学关系，与能量平衡法模型所 得的线性关系是一致的，只不过相关参数会发生变化，需对参数进行辨识修正。
[0114] 现场试验模型修正：
[0115] 基于汽轮机能量平衡的供热机组W热定电模型可根据采暖抽汽流量和工业抽汽 流量实时计算出发电功率最大与最小值，为调度运行部口提供热电联产机组出力范围有效 信息。然而在汽轮机能量平衡进行建模过程中没有考虑蒸汽在汽轮机流动过程中的气口漏 气等杂散损耗，从而在实际工程应用中产生一定的误差。本发明根据不同采暖抽汽流量及 工业抽汽流量下发电机实测功率曲线与能量平衡法理论计算功率曲线相关性较强的现象， 在建立能量平衡法修正模型时，采用了与理论模型相同的线性组合表达式，重新辨识模型 参数。修正后的能量平衡法模型计及了热电机组杂散损耗。通过在供热机组现场试验验证 了该方法的准确性、合理性和实用性。
[0116] 采用最小二乘法对式（1)与式(2)中的Pmin与Pmax进行辨识。WPmin为例，最小二乘参 数辨识后为：
[0117]
(6)
[011引对于给定n组实测数据(//.化./->'）O' = !.2....". "^3)，令其总的偏差平方和最小，即： [0119]
巧)
[01 20]根据最优化原理，对a '、b '和U 'min分别求偏导，并令导数为零可得：
[0121；
賊
[0122]由式（8)可直接求出辨识后的a'、b'和u'min，其^
，
啊理可得d'、e'与U'max。
[0123]
(9)
[0124] 为了表达简捷，公式(7)、（8)、（9)中分别用声、？嗦示瓦,。、？1。1。;歹。;。未示平均功 率，巧i。表示第i采样点的最小功率。
[0125] 将从发电厂机组DCS获得的机组供电量、发电机端功率、主蒸汽压力、主蒸汽溫度、 主蒸汽流量、高压缸排汽压力、高压缸排汽溫度、再热蒸汽压力、再热蒸汽溫度、凝汽器真 空、工业抽汽压力、工业抽汽溫度、工业抽汽流量、采暖抽汽压力、采暖抽汽溫度、采暖抽汽 流量、采暖抽汽疏水溫度、采暖抽汽疏水流量、采暖热水(一环网)供水压力、采暖热水(一环 网）供水溫度、采暖热水(一环网）供水流量、采暖热水(一环网）回水压力、采暖热水(一环 网）回水溫度、采暖热水(一环网）回水流量等参数传送至供热机组主站代入最小负荷和最 大负荷数学模型中，得到最终的机组最小负荷值W及最大负荷值，实现W热力定电力，并通 过终端发送至电网调度控制中屯、。
[0126] 电量预测：
[0127] 在确定供热机组在不同的采暖抽汽流量和工业抽汽流量下最大电力和最小电力 的关系式后，对该关系式进行数学积分r = ，对电力积分可得到电量，由此可得出不 同采暖抽汽热量和工业抽汽热量下与机组发电量的关系，并根据各供热电厂上报的供热 量，可W准确计算出在一段时间内机组在给定的采暖抽汽热量和工业抽汽热量下最大电量 和最小电量范围，并为政府和电网公司制定电量计划提供依据。
[012引电量计算公式为
[0129]
(10)
[0130] 将Pmin式代入公式10得：
[0131]
[013^ 式中:Wmin为最小电量;Qg (T)-在时间T内工业抽汽总热量;Qd (T)-在时间T内采暖 抽汽总热量;T为时间单位，可W是年、月、日。
[0133] 将Pmax式代入公式10得：
[0134
[0135] Wmax为最大电量。
【主权项】
1. 基于汽轮机能量平衡的供热机组以热定电方法，其特征在于包括以下步骤： 根据汽轮机能量平衡得出供热机组采暖抽汽流量、工业抽汽流量与有功功率的数学模 型； 根据数学模型确定机组最小负荷以及最大负荷表达式； 根据试验数据和机组最小负荷以及最大负荷表达式，采用最小二乘法对最小负荷以及 最大负荷数学模型参数进行辨识，得到最小负荷和最大负荷的数学模型； 将从发电厂机组DCS获得的机组参数传送至供热机组主站代入最小负荷和最大负荷数 学模型中，得到最终的机组最小负荷值以及最大负荷值，实现以热力定电力，并通过终端发 送至电网调度控制中心。2. 根据权利要求1所述的基于汽轮机能量平衡的供热机组以热定电方法，其特征在于 所述数学模型：其中，P为供热机组的有功功率;Dg为工业抽汽流量，hH为主蒸汽焓，h'H为高压缸排汽 焓，hM为中压缸进汽焓，hg为工业抽汽焓，Dd为采暖抽汽流量，hd为采暖抽汽焓，De为各段抽汽 流量，Ct i且i = 1，2时、为高压缸各段抽汽流量占 Dc的比例;Cti且i = 3，4，5时、为中压缸各段抽 汽流量占 Dc的比例;Cti且i = 6，7，8时、为低压缸各段抽汽流量占 Dc的比例;hai且i = 1，2时、为 高压缸各段抽汽抽汽焓;匕1且1 = 3,4,5为中压缸各段抽汽抽汽焓如1且1 = 6,7为低压缸各 段抽汽抽汽洽;Dn为低压缸排汽流量，hp为低压缸排汽洽，Pm为机械损失，η为发电机效率； 主蒸汽流量表达式为AH = DADt^DdDN; (2)(3)3. 根据权利要求1所述的基于汽轮机能量平衡的供热机组以热定电方法，其特征在于 所述最小负荷表达式：4. 根据权利要求1所述的基于汽轮机能量平衡的供热机组以热定电方法，其特征在于 所述最大负荷表达式：5. 根据权利要求1所述的基于汽轮机能量平衡的供热机组以热定电方法，其特征在于 采用最小二乘法对最小负荷数学模型参数进行辨识，得到最小负荷数学模型包括以下步 骤： 1) 对于给定η组实测数据，1 = 1，2，...11，11彡3，令其总的偏差平方和最小，即：;其中，A:.分别表示实际测得的工业抽汽流量、 采暖抽汽流量、机组有功功率； 2) 对a'、b'和u'min分别求偏导，并令导数为零可求出辨识后的a'、b'和u'min: 3) 将辨识后的a'、b '和u 'min代入Pmin=a'Dg+b'Dd+u'min即得到最小负荷数学模型。6. 根据权利要求1所述的基于汽轮机能量平衡的供热机组以热定电方法，其特征在于 采用最小二乘法对最大负荷数学模型参数进行辨识，得到最大负荷的数学模型包括以下步 骤： 1) 对于给定η组实测数据把,1)〇1 = 1，2,. . .n，n彡3,令其总的偏差平方和最小，即：;其中，/^巧^分别表示实际测得的工业抽汽流量、 采暖抽汽流量、机组有功功率； 2) 对d'、e'与u'max分别求偏导，并令导数为零可求出辨识后的d'、e'与u'max; 3) 将辨识后的d'、e '与u'max代入Pmax=d'Dg+e'Dd+u'max即得到最大负荷数学模型。7. 根据权利要求1所述的基于汽轮机能量平衡的供热机组以热定电方法，其特征在于 得到修正后的最小负荷和最大负荷的表达式后，分别对最小负荷和最大负荷表达式积分， 得到最小电量、最大电量分别与供热量关系的表达式，再根据各电厂上报机组的供热量，确 定其最小和最大发电量用于制定电量计划。
【文档编号】G06F19/00GK106021950SQ201610383445
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】王漪, 李喜旺, 陈兆庆, 金钟鹤, 薛永锋, 张敏, 石雪梅, 韩越波
【申请人】国网辽宁省电力有限公司, 中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司