一种城市电厂供热机组电锅炉系统的制作方法

1.本发明涉及电锅炉技术领域，特别涉及一种城市电厂供热机组电锅炉系统。


背景技术：

2.城市电厂330mw等级以上机组采用高背压（双背压双转子互换）循环水供热是近几年快速发展的一种高效供热技术。供热期汽轮机采用专门制造的高背压供热低压转子，提高汽轮机的排汽背压，并将凝汽器循环冷却水出、入口直接接入供热系统，由热网循环水充当凝汽器循环冷却水。该循环水供热可采用串联式两级加热系统，热网循环水首先经过凝汽器进行第一次加热，吸收低压缸排汽潜热，然后再经过供热首站蒸汽加热器完成第二次加热，生成高温热水，送至热水管网通过二级换热站与二级热网循环水进行换热，高温热水冷却后再回到机组凝汽器，构成一个完整的循环水路，供热首站蒸汽来源可选择本机或临机供热抽汽。下图为该供热方案系统，如图1所示。
3.非供热期采用纯凝低压转子，凝汽器循环水切换到原循环冷却水供水状态，汽轮机排汽参数恢复到正常水平，形成低背压，即汽轮机恢复原纯凝工况运行。
4.但是由于城市大容量火力发电厂高背压机组采用以热定电的运行方式，无法满足电网现货市场下发电和供热要求，弊端明显。
5.因此，本发明提出一种城市电厂供热机组电锅炉系统。


技术实现要素：

6.本发明提供一种城市电厂供热机组电锅炉系统，用以通过对负荷需求的判断，来对不同情况下的电锅炉以及供热机组进行分别控制，来有效满足发电和供热的需求。
7.本发明提供一种城市电厂供热机组电锅炉系统，包括：供热机组以及设置在所述供热机组一侧的电锅炉，还包括：需求监测模块，用于监测城市电厂的电网负荷需求，当所述电网负荷需求大于预设负荷需求时，判断所述供热机组是否满负荷运行，若是，确定满负荷运行结果与所述电网负荷需求之间的第一关系函数；关系分析模块，用于当所述第一关系函数满足第一约束时，控制所述电锅炉停止运行；当所述第一关系函数满足第二约束时，控制所述电锅炉按照预设控制指令运行；运行控制模块，用于当所述供热机组不满足负荷运行时，判断所述城市电厂是否需要消纳新能源电量；若需要消纳，控制所述供热机组进行低负荷运行，同时，控制所述电锅炉进行高负荷运行。
8.优选的，所述需求监测模块，包括：输出负荷确定单元，用于捕捉不同时刻所述城市电厂的向外输出负荷，并构建输出负荷曲线，且通过对所述输出负荷曲线进行第二横向截取，得到在截取范围内的第三曲
线、在上截取边线外的第四曲线以及在下截取边线外的第五曲线；平均负荷确定单元，用于获取所述第三曲线的第一平均负荷、第四曲线的第二平均负荷以及第五曲线的第三平均负荷；获取所述第二平均负荷与第一平均负荷的第一差值c1以及第一平均负荷与第三平均负荷的第二差值c2；需求确定单元，用于当s01《c1-c2《s02以及s03《t(y4)-t(y5)《s04时，将所述第一平均负荷作为所述城市电厂的电网负荷需求，其中，s01、s02表示针对负荷的设置常数；s03、s04表示针对时间的设置常数；t(y4)表示第四曲线y4的总时间；t(y5)表示第五曲线y5的总时间；发电负荷确定单元，用于当不满足s01《c1-c2《s02以及s03《t(y4)-t(y5)《s04时，统计所述城市电厂中不同发电设备的发电曲线，且根据每个发电设备的设备类型以及设备标准损耗，按照y1=a1*y0，对相应的发电曲y0进行调整，得到第一曲线y1，a1表示基于对应发电设备的设备类型以及设备标准损耗得到的调整系数；曲线截取单元，用于根据发电量截取函数，对所述第一曲线进行第一横向截取，得到第二曲线，且还获取超出最上横线的超出曲线；发电负荷确定单元，用于根据每个发电设备的第二曲线，确定所述城市电厂的第一发电负荷，根据同个发电设备的超出曲线与第二曲线的曲线关系a2，根据x2=a2*x1对所述第一发电负荷x1进行修正，得到第二发电负荷x2，并将所述第二发电负荷x2作为所述城市电厂的电网负荷需求。
9.优选的，所述需求监测模块，还包括：机组监测单元，用于实时监测所述供热机组的当下负荷运行值f1；当时，判定所述供热机组满负荷运行，其中，表示满负荷运行值；否则，判定所述供热机组未满负荷运行。
10.优选的，所述需求监测模块，还包括：关系函数建立单元，用于根据确定所述满负荷运行的满负荷等级b1，同时，根据确定负荷需求的需求等级b2，其中，表示负荷变量；表示电网负荷需求；表示预设负荷需求；表示需求变量；[]表示取整符号；根据所述满负荷等级以及需求等级，建立第一关系函数y1（b1,b2）。
[0011]
优选的，所述关系分析模块，包括：第一判断单元，用于判断第一关系函数中的b1是否在第一约束对应的第一范围（s001,s002）以及第一关系函数中的b2是否在第一约束对应的第二范围（s003,s004），其中，s002》s001,s004》s003，且s001,s002，s003,s004为边界常数；若都在，则视为满足第一约束；第二判断单元，用于判断第一关系函数中的b1是否在第二约束对应的第一范围（s005,s006）以及第一关系函数中的b2是否在第二约束对应的第二范围（s007,s008），其中，s006》s005,s008》s007，且s006,s007，s008,s009为边界常数；若都在，则视为满足第二约束。
[0012]
优选的，值确定单元，用于当时，判定所述供热机组不满足负荷运行,且当所述城市电厂需要消纳新能源电量时，确定需要消纳的第一电量d1以及的差值绝对值d2；等级映射单元，用于根据第一电量d1、差值绝对值d2以及所述供热机组的当下负荷运行值f1，从映射数据库中获取得到映射负荷等级，并获取所述映射负荷等级的第一边界范围；因子获取单元，用于获取所述供热机组在工作过程的工作损耗因子；其中，g1表示供热机组的工作损耗因子集合；表示供热机组在第i个工作负荷范围内的最大工作负荷；表示供热机组在第i个工作负荷范围内的第j1时刻下的实际工作负荷；表示供热机组在第i个工作负荷范围内的实际平均工作负荷；表示供热机组在第i个工作负荷范围内的参考平均工作负荷；表示供热机组在第i个工作负荷范围下的工作损耗因子；m1表示对应第i个工作负荷范围内的总时刻点；m2表示供热机组存在的工作负荷范围的个数；因子匹配单元，用于将所述第一边界范围与工作损耗因子集合所对应的工作负荷范围进行匹配，并获取得到与第一边界范围匹配的待使用损耗因子；因子确定单元，用于根据所述第一边界范围中每个范围点的预设损耗因子，且与对应待使用损耗因子结合，获取每个范围点的最终损耗因子；低负荷控制单元，用于从所有最终损耗因子中提取最小损耗因子，并锁定所述最小损耗因子对应的最终点，基于所述最终点对应的负荷值生成控制指令传输到供热机组，并由所述供热机组按照所述控制指令进行低负荷运行。
[0013]
优选的，所述低负荷控制单元，用于：其中，min表示最小值符号；表示待使用损耗因子；表示第一边界范围中第个位置点所对应低负荷的预设损耗因子；表示第一边界范围中第个位置点所对应低负荷的权重；表示最终损耗因子。
[0014]
优选的，所述运行控制模块，还包括：供热确定单元，用于根据新能源机组的当下运行功率、供热机组的低负荷运行功率、消纳电量、电量需求以及热量需求，来确定所述电锅炉的待供热情况；参数监测单元，用于监测所述电锅炉的当下运行参数，且所述当下运行参数与水位控制装置的水位高低、水温度以及控制燃烧控制装置的空气燃烧比有关；函数建立单元，用于建立所述待供热情况的第一函数r1，同时，建立当下运行参数的第二函数r2；函数比较单元，用于将所述第一函数r1与第二函数r2进行比较，获取每个比较元素的比较值；条件获取单元，用于根据水位控制装置的第一比较序列，基于水位分析模型，获取
第一控制条件；根据空气燃烧控制装置的第二比较序列，基于燃烧分析模型，获取第二控制条件；指令生成单元，用于基于所述第一控制条件以及第二控制条件，生成所述电锅炉的水位控制指令以及空气进入口的空气输入控制指令；指令控制单元，用于基于所述水位控制指令控制水位电磁阀进行相应的第一工作以及基于空气输入控制指令控制风机进行第二工作。
[0015]
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0016]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0017]
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例中供热方案系统图；图2为本发明实施例中一种城市电厂供热机组电锅炉系统的结构图。
具体实施方式
[0018]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0019]
本发明提供一种城市电厂供热机组电锅炉系统，如图2所示，包括：供热机组以及设置在所述供热机组一侧的电锅炉，还包括：需求监测模块，用于监测城市电厂的电网负荷需求，当所述电网负荷需求大于预设负荷需求时，判断所述供热机组是否满负荷运行，若是，确定满负荷运行结果与所述电网负荷需求之间的第一关系函数；关系分析模块，用于当所述第一关系函数满足第一约束时，控制所述电锅炉停止运行；当所述第一关系函数满足第二约束时，控制所述电锅炉按照预设控制指令运行；运行控制模块，用于当所述供热机组不满足负荷运行时，判断所述城市电厂是否需要消纳新能源电量；若需要消纳，控制所述供热机组进行低负荷运行，同时，控制所述电锅炉进行高负荷运行。
[0020]
该实施例中，预设负荷需求是预先设置好的，且满负荷运行也是预先设定好的。
[0021]
该实施例中，电锅炉是包括水位控制装置以及空气燃烧控制装置在内。
[0022]
该实施例中，第一约束与第二约束与对应的满负荷等级与需求等级有关，主要是为了确定对应等级是否在匹配的范围内。
[0023]
该实施例中，关系函数是基于满负荷运行结果与电网负荷需求确定的。
[0024]
该实施例中，新能源电量指的是由水、风等绿色能源产生的电能。
[0025]
该实施例中，低负荷运行指的是供热机组按照低负荷方式运行，比如，供热机组的
满负荷运行时对应的负荷为k1，低负荷运行时对应的负荷为小于0.2k1的负荷。
[0026]
该实施例中，高负荷运行指的电锅炉按照高负荷方式运行，比如，电锅炉的满负荷运行时对应的负荷为k2，高负荷运行时对应的负荷为大于0.6k2的负荷。
[0027]
该实施例中，当电网负荷需求较大，高背压机组满负荷运行，电锅炉停运，此时发电负荷较高，供热能力强，可以满足发电供热大负荷需求，同时在高电价情况下取得较大的发电与供热收益。
[0028]
利用设置的电锅炉或蓄热式电锅炉直接加热热网循环水，增加电能消耗，降低电厂上网电量，变相实现提高机组的电调峰能力以及电网对新能源的消纳能力。
[0029]
从实现原理来看，电锅炉具有“完全”的热电解耦能力，热电解耦能力强，电能到热能的转换效率可达99%以上。
[0030]
当当电网负荷需求较小，且需要消纳大量风电、光伏等绿色新能源电量时，高背压机组最低负荷运行，同时开启电锅炉满负荷运行，此时发电负荷很低，但是依靠电锅炉高的能源转化效率以及极强的热电解耦能力，可以在低电价甚至是负电价的情况下，满足发电调峰需求以及供热负荷需求，同时在低电价情况下，帮助电网消纳绿色新能源，减少上网电价损失，保证城市集中供热能力。
[0031]
上述技术方案的有益效果是：通过对负荷需求的判断，来对不同情况下的电锅炉以及供热机组进行分别控制，来有效满足发电和供热的需求。
[0032]
本发明提供一种城市电厂供热机组电锅炉系统，所述需求监测模块，包括：输出负荷确定单元，用于捕捉不同时刻所述城市电厂的向外输出负荷，并构建输出负荷曲线，且通过对所述输出负荷曲线进行第二横向截取，得到在截取范围内的第三曲线、在上截取边线外的第四曲线以及在下截取边线外的第五曲线；平均负荷确定单元，用于获取所述第三曲线的第一平均负荷、第四曲线的第二平均负荷以及第五曲线的第三平均负荷；获取所述第二平均负荷与第一平均负荷的第一差值c1以及第一平均负荷与第三平均负荷的第二差值c2；需求确定单元，用于当s01《c1-c2《s02以及s03《t(y4)-t(y5)《s04时，将所述第一平均负荷作为所述城市电厂的电网负荷需求，其中，s01、s02表示针对负荷的设置常数；s03、s04表示针对时间的设置常数；t(y4)表示第四曲线y4的总时间；t(y5)表示第五曲线y5的总时间；发电负荷确定单元，用于当不满足s01《c1-c2《s02以及s03《t(y4)-t(y5)《s04时，统计所述城市电厂中不同发电设备的发电曲线，且根据每个发电设备的设备类型以及设备标准损耗，按照y1=a1*y0，对相应的发电曲y0进行调整，得到第一曲线y1，a1表示基于对应发电设备的设备类型以及设备标准损耗得到的调整系数；曲线截取单元，用于根据发电量截取函数，对所述第一曲线进行第一横向截取，得到第二曲线，且还获取超出最上横线的超出曲线；发电负荷确定单元，用于根据每个发电设备的第二曲线，确定所述城市电厂的第一发电负荷，根据同个发电设备的超出曲线与第二曲线的曲线关系a2，根据x2=a2*x1对所述第一发电负荷x1进行修正，得到第二发电负荷x2，并将所述第二发电负荷x2作为所述城市电厂的电网负荷需求。
[0033]
该实施例中，向外输出负荷指的是向外提供的电荷，也就是外界当下需要的电荷情况。
[0034]
该实施例中，输出负荷曲线是时刻1到时刻2的，此时，时刻作为横坐标，时刻所对应的负荷输出作为纵坐标，第二横向截取就是截取时刻1到时刻2中处于预设输出负荷范围内负荷输出曲线，并视为第三曲线，在预设输出负荷范围之外的视为第四曲线以及第五曲线，且在上截取边线外指的是预设输出负荷范围的最大值之外，在下截取边线外指的是预设输出负荷范围的最小值之外。
[0035]
该实施例中，平均负荷也就是对相应的曲线的输出负荷进行平均计算得到的。
[0036]
该实施例中，第一差值与第二差值是大于或等于0的。
[0037]
该实施例中，对负荷的常数设置以及对时间的常数设置都是预先设定好的。
[0038]
该实施例中，调整系数a1的计算公式如下：，其中，表示对应设备类型的实际损耗；表示对应设备类型的标准损耗；表示调节参数，一般取值为3；的取值范围为[0，0.1]。
[0039]
该实施例中，发电量截取函数指的是对一定时间段内的第一曲线进行预设发电量范围内的截取，由此，得到第二曲线，且超出曲线指的是在预设发电量范围的最大值之外的曲线。
[0040]
该实施例中，曲线关系a2的计算公式如下：；其中，表示基于超出曲线与第二曲线的关系函数，且表示对应曲线的时刻段。
[0041]
上述技术方案的有益效果是：通过确定向外输出负荷来确定差值以及时间是否满足设定的条件，当满足的时候，以向外输出负荷为准，来确定对应的电网负荷需求，当不满足的时候，根据大点亮的相关信息，来计算电网的发电负荷，并作为电网负荷需求，以此，来保证后续对供热机组以及电锅炉的有效控制。
[0042]
本发明提供一种城市电厂供热机组电锅炉系统，所述需求监测模块，还包括：机组监测单元，用于实时监测所述供热机组的当下负荷运行值f1；当时，判定所述供热机组满负荷运行，其中，表示满负荷运行值；否则，判定所述供热机组未满负荷运行。
[0043]
优选的，所述需求监测模块，还包括：关系函数建立单元，用于根据确定所述满负荷运行的满负荷等级b1，同时，根据确定负荷需求的需求等级b2，其中，表示负荷变量；表示电网负荷需求；表示预设负荷需求；表示需求变量；[]表示取整符号；根据所述满负荷等级以及需求等级，建立第一关系函数y1（b1,b2）。
[0044]
上述技术方案的有益效果是：通过将当下负荷运行值与满负荷运行值进行比较，方便有效的获取满负荷等级以及需求等级，方便后续构建关系函数，为后续进行系统的控制提供有效基础。
[0045]
本发明提供一种城市电厂供热机组电锅炉系统，所述关系分析模块，包括：第一判断单元，用于判断第一关系函数中的b1是否在第一约束对应的第一范围（s001,s002）以及第一关系函数中的b2是否在第一约束对应的第二范围（s003,s004），其中，s002》s001,s004》s003，且s001,s002，s003,s004为边界常数；若都在，则视为满足第一约束；第二判断单元，用于判断第一关系函数中的b1是否在第二约束对应的第一范围（s005,s006）以及第一关系函数中的b2是否在第二约束对应的第二范围（s007,s008），其中，s006》s005,s008》s007，且s006,s007，s008,s009为边界常数；若都在，则视为满足第二约束。
[0046]
上述技术方案的有益效果是：通过将同个函数中的两个等级分别与不同约束下的范围进行比较，以此，来确定是否满足约束条件，为后续有效控制提供基础。
[0047]
本发明提供一种城市电厂供热机组电锅炉系统，所述运行控制模块，包括：值确定单元，用于当时，判定所述供热机组不满足负荷运行,且当所述城市电厂需要消纳新能源电量时，确定需要消纳的第一电量d1以及的差值绝对值d2；等级映射单元，用于根据第一电量d1、差值绝对值d2以及所述供热机组的当下负荷运行值f1，从映射数据库中获取得到映射负荷等级，并获取所述映射负荷等级的第一边界范围；因子获取单元，用于获取所述供热机组在工作过程的工作损耗因子；其中，g1表示供热机组的工作损耗因子集合；表示供热机组在第i个工作负荷范围内的最大工作负荷；表示供热机组在第i个工作负荷范围内的第j1时刻下的实际工作负荷；表示供热机组在第i个工作负荷范围内的实际平均工作负荷；表示供热机组在第i个工作负荷范围内的参考平均工作负荷；表示供热机组在第i个工作负荷范围下的工作损耗因子；m1表示对应第i个工作负荷范围内的总时刻点；m2表示供热机组存在的工作负荷范围的个数；因子匹配单元，用于将所述第一边界范围与工作损耗因子集合所对应的工作负荷范围进行匹配，并获取得到与第一边界范围匹配的待使用损耗因子；因子确定单元，用于根据所述第一边界范围中每个范围点的预设损耗因子，且与对应待使用损耗因子结合，获取每个范围点的最终损耗因子；低负荷控制单元，用于从所有最终损耗因子中提取最小损耗因子，并锁定所述最
小损耗因子对应的最终点，基于所述最终点对应的负荷值生成控制指令传输到供热机组，并由所述供热机组按照所述控制指令进行低负荷运行。
[0048]
该实施例中，映射数据库是包含不同的电量、差值、负荷运行值以及与之匹配的负荷等级在内的，因此，可以得到第一边界范围，主要是为了确定供热机组的低负荷运行范围。
[0049]
该实施例中，因为供热机组在运行过程中是存在损耗的，在进行低负荷运行过程中，需要确定最优的低负荷运行方式，来降低损耗，使其工作效果尽量达到最优，因此，通过对不同负荷范围内的损耗进行计算，来匹配与第一边界范围一致的范围的损耗因子，也就是待使用损耗因子。
[0050]
该实施例中，不同负荷下供热机组所对应的损耗是预先设定好的，因此，可以得到预设损耗因子，通过与待使用损耗因子的结合，可以有效的得到最小损耗因子。
[0051]
，其中，表示最小值符号；表示待使用损耗因子；表示第一边界范围中第j2个位置点所对应低负荷的预设损耗因子；表示第一边界范围中第j2个位置点所对应低负荷的权重；上述技术方案的有益效果是：通过映射数据库确定边界范围，进而将边界范围中每个位置点的损耗因子与待使用损耗因子结合，来锁定最终点，以此，实现对供热机组的低负荷控制，间接保证发电与供热需求。
[0052]
本发明提供一种城市电厂供热机组电锅炉系统，所述运行控制模块，还包括：供热确定单元，用于根据新能源机组的当下运行功率、供热机组的低负荷运行功率、消纳电量、电量需求以及热量需求，来确定所述电锅炉的待供热情况；参数监测单元，用于监测所述电锅炉的当下运行参数，且所述当下运行参数与水位控制装置的水位高低、水温度以及控制燃烧控制装置的空气燃烧比有关；函数建立单元，用于建立所述待供热情况的第一函数r1，同时，建立当下运行参数的第二函数r2；函数比较单元，用于将所述第一函数r1与第二函数r2进行比较，获取每个比较元素的比较值；条件获取单元，用于根据水位控制装置的第一比较序列，基于水位分析模型，获取第一控制条件；根据空气燃烧控制装置的第二比较序列，基于燃烧分析模型，获取第二控制条件；指令生成单元，用于基于所述第一控制条件以及第二控制条件，生成所述电锅炉的水位控制指令以及空气进入口的空气输入控制指令；指令控制单元，用于基于所述水位控制指令控制水位电磁阀进行相应的第一工作以及基于空气输入控制指令控制风机进行第二工作。
[0053]
该实施例中，待供热情况指的是除去供热机组所带来的可提供热量之外的还需要再提供的热量，也就是需要由电锅炉进行提供一定的热动力，以此，来满足供热机组的经济效益。
[0054]
该实施例中，第一函数与第二函数的比较，是相同参数的比较，比如，水位高低的比较，水位温度的比较等，因此，会得到不同装置所对应的序列，也就是对应装置所包含参
数的比较值得到的。
[0055]
该实施例中，水位分析模型以及燃烧分析模型都是预先训练好的，且训练样本是不同的训练序列以及与序列匹配的控制条件在内。
[0056]
该实施例中，控制指令与对应的控制条件相关。
[0057]
上述技术方案的有益效果是：通过确定电锅炉的待供热情况以及对供热情况与运行参数的函数构建以及比较，便于获取精准的控制条件以及生成精准的控制指令，为后续进行电锅炉的控制提供精准基础，保证发电与供热的需求。
[0058]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。