一种热电联产机组调峰范围的计算方法与流程

本发明属于大型热电联产机组发电控制
技术领域：
，具体涉及一种热电联产机组调峰范围的计算方法。
背景技术：
：近年来风电装机容量的不断增加，主要集中在三北地区，但这些地区特别是北方地区如东北、内蒙古地区，电网内大型热电联产机组比例高，但其调峰能力有限，冬季供热期、大风期和枯水期，供热与接纳风电矛盾凸显，导致冬季弃风情况严重；而且随着用电负荷峰谷差日益扩大，特别是在冬季供热期，电网对机组可调度的发电负荷区间非常小,为维持电网潮流的平衡,导致网内纯凝机组启停频繁,深度调峰工况下凝汽机组的稳定性和经济性变得很差，使得网内发电机组的平均能耗水平升高，很不经济、浪费较大。对热电联产机组进行更为科学的调度、充分挖掘其调峰能力，使其安全参与电网深度调峰成为急需解决的问题。热电联产机组同时承担着发电和供热两种负荷，以往由于单方面强调供热安全，热电联产机组电负荷调度采用依据最大供热量核定出力的方式进行，调度下限很高，造成其调峰能力未能充分发挥；改变以短时间高峰供热量核定电负荷下限进行调度的状况,机组电负荷调度区间由固定变为动态变化，使电网调度能够直接掌握供热机组供热状况和调峰能力而进行调度。热电联产机组合理参与电网调峰调频,对于节能减排、消纳清洁能源、实行经济调度具有重要作用。因此，需要热电联产机组在保证供热安全情况下，根据供热负荷需求调整发电负荷，充分参与电网深度调峰，也就需要确定热电联产机组在不同供热负荷下agc(automaticgenerationcontrol，自动发电控制)可调度的发电负荷范围。目前，该方面许多研究只是计算推导发电负荷与主蒸汽流量和抽汽流量的关系，没有把汽轮机低压缸最小排汽量的制约因素充分考虑进去；而且，需要针对许多大型热电联产机组汽轮机上没有安装上述测点或测量困难、精度很差的问题，进行间接测量计算或修正，以便在线监测、计算和判断。技术实现要素：为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种热电联产机组调峰范围的计算方法。为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种热电联产机组调峰范围的计算方法，包括以下步骤：步骤一、依据热电联产发电机组热力特性数据和供热抽汽流量，以机组供热抽汽流量为x轴，以机组发电负荷为y轴，分别拟合确定机组agc最大出力负荷线、锅炉最低稳燃出力负荷线和供热工况下机组最小发电负荷线；步骤二、联立步骤一拟合确定的锅炉最低稳燃出力负荷线和供热工况下机组最小发电负荷线，求解机组agc可调度发电负荷下限；步骤三、依据步骤一拟合确定的机组agc最大出力负荷线、锅炉最低稳燃出力负荷线和供热工况下机组最小发电负荷线，联立上述拟合方程，计算出任一供热抽汽流量下机组agc可调度发电负荷下限、机组agc可调度发电负荷上限及机组agc可调度发电负荷范围，为电网深度调峰提供实时的数据支持。进一步地，所述步骤一中，所述机组agc最大出力负荷线由汽轮机额定热耗考核工况下机组最大发电负荷，和额定供热负荷工况下机组发电负荷拟合确定，机组agc最大出力负荷线：y＝a1x+b1，其中，x为机组供热抽汽流量，a1和b1为常数，y为机组发电负荷；所述锅炉最低稳燃出力负荷线由锅炉最低稳燃试验数据拟合确定,锅炉最低稳燃出力负荷线：y＝a2x+b2，其中，x为机组供热抽汽流量，a2和b2为常数，y为机组发电负荷；所述供热工况下机组最小发电负荷线的确定方法为：步骤(1)、由汽轮机额定热耗考核工况下机组最大发电负荷、额定供热负荷工况下机组发电负荷、汽轮机额定热耗考核及额定供热负荷工况下汽轮机低压缸排汽流量、汽轮机低压缸最小排汽流量，拟合确定额定供热工况下机组最小发电负荷；步骤(2)、由汽轮机额定热耗考核工况下机组最大发电负荷、额定供热负荷工况下机组发电负荷、汽轮机额定发电负荷及额定供热负荷工况下汽轮机低压缸排汽流量、供热抽汽流量，汽轮机低压缸最小排汽流量，拟合确定供热抽汽流量为x1供热工况下机组最小发电负荷；步骤(3)依据拟合确定的额定供热工况下机组最小发电负荷和供热抽汽流量为x1供热工况下的机组最小发电负荷，拟合确定供热工况下机组最小发电负荷线：y＝a3x+b3，其中，x为机组供热抽汽流量，a3和b3为常数，y为机组发电负荷。进一步地，所述热电联产机组调峰范围的计算方法，还包括：步骤四、依据步骤三所得机组agc可调度发电负荷范围，确定热电联产机组纯凝工况下agc可调度发电负荷范围和供热工况下agc可调度发电负荷范围，具体方法为：其中，所述热电联产机组纯凝工况下agc可调度发电负荷范围的确定方法包括：步骤(1)、依据拟合确定的锅炉最低稳燃出力负荷线，当供热抽汽流量为零时机组的发电负荷即为agc可调度发电负荷下限；步骤(2)、依据拟合确定的机组agc最大出力负荷线，当供热抽汽流量为零时机组的发电负荷即为agc可调度发电负荷上限；所述热电联产机组供热工况下agc可调度发电负荷范围的确定方法包括：步骤(1)、当机组供热抽汽流量小于临界供热抽汽流量且大于零时，依据拟合的锅炉最低稳燃出力负荷线确定在不同供热抽汽流量下机组的发电负荷，即agc可调度发电负荷下限；步骤(2)、当机组供热抽汽流量大于临界供热抽汽流量且小于额定供热抽汽流量时，依据拟合的供热工况下机组最小发电负荷线确定在不同供热抽汽流量下机组的发电负荷，即agc可调度发电负荷下限；步骤(3)、依据拟合确定的机组agc最大出力负荷线，当供热抽汽流大于零且小于额定供热抽汽流量时机组的发电负荷即为agc可调度发电负荷上限。进一步地，所述对热电联产机组供热工况下机组最小发电负荷的临界供热抽汽流量的确定方法，包括以下步骤：步骤(1)、联立拟合确定的锅炉最低稳燃出力负荷线方程和供热工况下机组最小发电负荷线方程计算求解；步骤(2)、依据求解得到的供热抽汽流量值，确定机组调峰负荷范围下限，因为低于此供热抽汽流量的情况受到锅炉最低稳燃出力限制，高于此供热抽汽流量的情况受到汽轮机低压缸最小排汽量限制。进一步地，所述热电联产机组调峰范围的计算方法，还包括：步骤五、对热电联产机组供热抽汽流量软测量，实时监测其值并用于拟合方程计算，对汽轮机低压缸排汽流量软测量，用于判断计算所需的边界条件，监测机组在深度调峰时的低压缸冷却流量，保证机组安全。进一步地，所述步骤五中，热电联产机组汽轮机供热抽汽流量的软测量方法包括以下步骤：步骤(1)、依据热电联产发电机组热力特性数据，由汽轮机tha额定热耗考核工况下机组最大发电负荷和汽轮机进汽蒸汽流量、额定供热负荷工况下机组发电负荷，机组发电负荷，多元拟合确定汽轮机供热抽汽流量：y＝k1x1+q1x2，其中，x1为汽轮机进汽蒸汽流量，x2为机组发电负荷，k1和q1为常数，y为汽轮机供热抽汽流量。步骤(2)、针对在不同供热抽汽压力下抽汽焓不同，采用常见供热机组典型运行范围内的水和水蒸汽热力性质参数拟合后对供热抽汽流量进行修正。进一步地，所述步骤五中，热电联产机组汽轮机低压缸排汽流量的软测量方法包括以下步骤：步骤(1)依据热电联产发电机组热力特性数据，由汽轮机tha额定热耗考核工况下机组最大发电负荷和汽轮机进汽蒸汽流量、额定供热负荷工况下机组发电负荷、汽轮机额定tha工况及额定供热负荷工况下汽轮机低压缸排汽流量，机组发电负荷，多元拟合确定汽轮机低压缸排汽流量：y＝k2x1+q2x2，其中，x1为汽轮机进汽蒸汽流量，x2为机组发电负荷，k2和q2为常数，y为汽轮机低压缸排汽流量。针对在不同供热抽汽压力下抽汽焓不同，采用常见供热机组典型运行范围内的水和水蒸汽热力性质参数拟合后对供热抽汽流量进行修正。进一步地，所述热电联产机组调峰范围的计算方法，还包括：步骤六、依据步骤一所得拟合机组agc最大出力负荷线、锅炉最低稳燃出力负荷线和供热工况下机组最小发电负荷线，以供热抽汽流量为横坐标，机组发电负荷为纵坐标绘制供热抽汽流量-机组发电负荷曲线图；利用在线监测的供热抽汽流量、主蒸汽流量、机组发电负荷、低压缸排汽流量等数据，实时计算和直观显示不同供热抽汽流量下机组agc可调度发电负荷上、下限值及调峰范围，并将其计算结果列表实时显示出来。本发明依据热电联产机组汽轮机热力特性数据进行曲线拟合，并根据机组实际工况运行数据进行修正，在线计算不同供热抽汽流量下机组agc可调度发电负荷下限、上限及调峰范围，为电厂运行和电网调度提供依据和参考，工程上使用安全、简便、实用，能够满足要求；特别是通过在线计算获得在不同供热抽汽流量下机组的agc可调度发电负荷下限，即可调度最小发电负荷，尽可能拓展机组负荷下限，达到提高供热期电网深度调峰能力的目的；此外，还对供热抽汽流量和汽轮机低压缸排汽流量进行软测量，解决了许多大型热电联产机组汽轮机上没有安装上述测点或测量困难、精度很差的问题。附图说明图1为本发明的热电联产机组调峰范围的计算方法的流程图。图2为热电联产机组不同供热抽汽流量下agc可调度发电负荷范围曲线图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。如图1所示的一种热电联产机组调峰范围的计算方法，包括以下方法步骤：1)以某一热电联产机组热力特性数据为例，该机组汽轮机型式亚临界、中间再热、二缸二排汽、采暖抽汽式汽轮机，额定供热工况数据如表1所示：表1汽轮机额定供热工况数据型号c300/235-16.7/0.35/537/537型式中间再热、二缸二排汽、采暖抽汽式汽轮机额定功率300mw额定主汽门前压力/温度16.7mpa/537℃额定/最大蒸汽流量:872.6t/h/1025.0t/h额定采暖抽汽压力/抽汽量0.35mpa/400.0t/h额定供热工况排汽压力4.9kpa允许连续工作低压缸最小排汽量90.0t/h对该热电联产发电机组热力特性数据进行整理如表2所示：表2热电联产发电机组热力特性数据2)依据热电联产发电机组热力特性数据和供热抽汽流量，由汽轮机tha(额定热耗考核工况)下机组最大发电负荷300mw，额定供热负荷400t/h工况下机组发电负荷235mw，拟合确定机组agc最大出力负荷线，如图2所示ab线：y＝a1x+b1，其中，x为机组供热抽汽流量，a1和b1为常数，y为机组发电负荷；如图2，由a点(0,300)最大发电负荷工作点，主蒸汽流量872.6t/h；b点(400,235)，额定供热负荷工况点，主蒸汽流量872.6t/h，因为当供热抽汽流量一定时，可近似将发电机功率和汽轮机进汽量看做线性关系，用最小二乘法拟合可得：y＝-0.1625x+300；a1＝-0.1625，b1＝300。3)依据热电联产发电机组热力特性数据和供热抽汽流量，由锅炉最低稳燃试验数据，该机组最低稳燃时主蒸汽流量为35％bmcr(锅炉最大连续出力1025t/h)，此工况对应机组发电负荷40％tha工况下负荷120mw，由此拟合确定锅炉最低稳燃出力负荷线，如图2所示de线：y＝a2x+b2，其中，x为机组供热抽汽流量，a2和b2为常数，y为机组发电负荷；如图2，e点(0,120)最低稳燃发电负荷工作点，主蒸汽流量349.5t/h；d点(165,93.2)，锅炉最低稳燃时机组最小发电负荷对应的最大供热抽汽流量工作点，即临界供热抽汽流量由之后方法步骤计算得到。y＝-0.1625x+120；a2＝-0.1625，b2＝120。4)依据热电联产发电机组热力特性数据，由汽轮机tha额定热耗考核工况下机组最大发电负荷300mw、额定供热负荷400t/h工况下机组发电负荷235mw、汽轮机tha，75％、50％、40％、30％tha工况及额定供热工况下汽轮机低压缸排汽流量分别为559.944t/h、425.829t/h、301.709t/h、251.518t/h、192.824t/h和228.104t/h、最大供热625t/h工况下汽轮机低压缸排汽流量122.946t/h、汽轮机低压缸最小排汽流量90t/h，对主蒸汽流量、供热抽汽量与低压缸排汽量之和，用最小二乘法拟合确定额定供热工况下机组最小发电负荷。y＝1.9391x-345.1719，其中，x为供热抽汽量与低压缸排汽量之和，y为主蒸汽流量。当x为490t/h时，主蒸汽流量y为605t/h，按照主蒸汽流量与负荷比值关系，对应发电负荷为208mw，如图2c点(400,208)。5)依据热电联产发电机组热力特性数据，由供热抽汽流量300t/h、汽轮机tha额定热耗考核工况下机组最大发电负荷300mw、额定供热负荷400t/h工况下机组发电负荷235mw、汽轮机额定发电负荷及额定供热负荷工况下汽轮机低压缸排汽流量559.944t/h和228.104t/h、汽轮机低压缸最小排汽流量90t/h，拟合确定供热抽汽流量为x1时机组最小发电负荷。y＝208-0.1625x，其中，x为供热抽汽流量，y为机组发电负荷。当x为300t/h时，机组发电负荷y为159.25mw，如图2x1点(300,159.25)。6)依据拟合确定的额定供热抽汽流量400t/h时机组最小发电负荷c点(400,208)和供热抽汽流量为300t/h时的机组最小发电负荷x1点(300,159.25)，拟合确定供热工况下机组最小发电负荷线，如图2所示cd线：y＝a3x+b3，其中，x为机组供热抽汽流量，a3和b3为常数，y为机组发电负荷。y＝0.4875x+13；a3＝0.4875，b3＝13。7)依据3)、6)步骤分别拟合确定的锅炉最低稳燃出力负荷线de，供热工况下机组最小发电负荷线cd，联立上述拟合方程求解机组agc可调度发电负荷下限，即cde折线。8)依据2)、3)、6)步骤分别拟合确定的机组agc最大出力负荷线ab、锅炉最低稳燃出力负荷线de，供热工况下机组最小发电负荷线cd，联立上述拟合方程计算出任一供热抽汽流量下机组agc可调度发电负荷下限cde折线、agc可调度发电负荷上限ab线及agc可调度发电负荷范围，即上、下限值之差，为电网深度调峰提供实时的数据支持。9)依据所得联立拟合方程，确定热电联产机组纯凝工况下agc可调度发电负荷范围、供热工况下agc可调度发电负荷范围，包括：(1)依据拟合确定的锅炉最低稳燃出力负荷线de，当供热抽汽流量为零时机组的发电负荷即为agc可调度发电负荷下限，该机组为120mw；(2)依据拟合确定的机组agc最大出力负荷线ab，当供热抽汽流量为零时机组的发电负荷即为agc可调度发电负荷上限，该机组为300mw；(3)当机组供热抽汽流量小于临界供热抽汽流量165t/h且大于零时，依据拟合的锅炉最低稳燃出力负荷线de确定在不同供热抽汽流量下机组的发电负荷，即agc可调度发电负荷下限；(4)当机组供热抽汽流量大于临界供热抽汽流量165t/h且小于额定供热抽汽流量400t/h时，依据拟合的供热工况下机组最小发电负荷线cd确定在不同供热抽汽流量下机组的发电负荷，即agc可调度发电负荷下限；(5)依据拟合确定的机组agc最大出力负荷线，当供热抽汽流量大于零且小于额定供热抽汽流量400t/h时机组的发电负荷即为agc可调度发电负荷上限。对热电联产机组供热工况下机组最小发电负荷的临界供热抽汽流量的确定方法：(1)联立拟合确定的锅炉最低稳燃出力负荷线de方程和供热工况下机组最小发电负荷线cd方程计算求解；y＝0.4875x+13；y＝-0.1625x+120；求解二元一次方程，得到x为165t/h，y为93.2mw，如图2中d点(165,93.2)；(2)依据求解得到的供热抽汽流量值，确定机组调峰负荷范围下限，因为低于此供热抽汽流量的情况受到锅炉最低稳燃出力限制，高于此供热抽汽流量的情况受到汽轮机低压缸最小排汽量限制。10)对热电联产机组供热抽汽流量软测量，实时监测其值并用于拟合方程计算，对汽轮机低压缸排汽流量软测量，用于判断计算所需的边界条件，监测机组在深度调峰时的低压缸冷却流量，保证机组安全。热电联产机组汽轮机供热抽汽流量的软测量方法：(1)依据热电联产发电机组热力特性数据，由汽轮机tha额定热耗考核工况下机组最大发电负荷300mw和汽轮机进汽蒸汽流量872.6t/h、额定供热负荷400t/h工况下机组发电负荷235t/h，机组发电负荷和主蒸汽流量，多元拟合确定汽轮机供热抽汽流量：y＝k1x1+q1x2，其中，x1为主蒸汽流量，x2为机组发电负荷，k1和q1为常数，y为汽轮机供热抽汽流量；y＝2.1157x1-6.1538x2；k1＝2.1157，q1＝-6.1538。(2)针对在不同供热抽汽压力下抽汽焓不同，采用常见供热机组典型运行范围内的水和水蒸汽热力性质参数拟合后对供热抽汽流量进行修正：y＝(2.1157x1-6.1538x2)[0.207(ph0-ph)]；其中，ph0为额定供热抽汽压力，ph为供热抽汽压力。热电联产机组汽轮机低压缸排汽流量的软测量方法：(1)依据热电联产发电机组热力特性数据，由汽轮机tha额定热耗考核工况下机组最大发电负荷300mw和汽轮机进汽蒸汽流量872.6t/h、额定供热负荷400t/h工况下机组发电负荷235t/h、汽轮机额定tha工况及额定供热负荷工况下汽轮机低压缸排汽流量559.944t/h和228.104t/h，机组发电负荷和主蒸汽流量，多元拟合确定汽轮机低压缸排汽流量：y＝k2x1+q2x2，其中，x1为主蒸汽流量，x2为机组发电负荷，k2和q2为常数，y为汽轮机低压缸排汽流量，y＝559.944-1.7552x1+5.1052x2；k1＝-1.7552，q1＝5.1052。(2)针对在不同供热抽汽压力下抽汽焓不同，采用常见供热机组典型运行范围内的水和水蒸汽热力性质参数拟合后对供热抽汽流量进行修正：y＝559.944-(1.7552x1-5.1052x2)/[0.207(ph0-ph)]。11)依据2)、3)、6)步骤所得拟合方程，以供热抽汽流量为横坐标，机组发电负荷为纵坐标绘制供热抽汽流量-机组发电负荷曲线图,如图2。12)实时计算机组供热抽汽流量和低压缸排汽流量，利用在线监测的供热抽汽流量、主蒸汽流量、机组发电负荷、低压缸排汽流量、抽汽压力等数据，计算和修正及直观显示不同供热抽汽流量下机组agc可调度发电负荷上、下限值及调峰范围，并将计算结果列表显示出来，如表3示意。表3不同供热抽汽流量下机组agc可调度发电负荷调峰范围上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本
技术领域：
的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。当前第1页12