一种应用于南港石化工业区供热系统的能量管理方法与流程

1.本发明涉及石化工业区供热系统协调控制领域，尤其涉及供热系统能量管理方法。


背景技术：

2.热电联产具有能源综合利用效率高、节能环保、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。以天津南港工业园区为例，通过规划建设公用热电联产项目实现集中供热，充分发挥高参数大容量机组的高效性，大大提高了能源利用效率，提高了制热供热经济性。由于该项目的下游用热企业为石油化工企业，对供汽稳定要求很高。而热电厂采用的是大型cfb与超临界再热型双抽背压机组，这种机组锅炉热惯性大，双极抽汽控制点多控制难度大，园区供热系统采用高压蒸汽和低压蒸汽双供热系统，园区供热用户多，管道距离长，若采用人为调度及落后的控制方法，容易出现调节不及时，出现超压和失压风险，长期轻则设备损坏，严重的将导致热电厂与石油化工企业生产流程中断，造成重大经济损失。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于针对南港工业区供热网应用研究开发一套面向智能供热网的能量管理系统，降低供热网络产配用三者不协调而引起的负荷变化过程中压力大幅波动、调节不及时系统升降负荷容易超压和失压运行发生事故的风险，提供一种设计合理的供热系统的能量管理方法。
4.本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种应用于南港石化工业区供热系统的能量管理方法，其特征是：供汽系统包括产汽部分、配汽部分和用汽部分；所述产汽部分：包括生产蒸汽的热力发电厂中1#、2#、3#供热机组，未来扩建的4#、5#供热机组，a、b、c三台启动锅炉与热电厂各台机组至分输站的中低压供热管线，该管线上的控制调节阀和电动隔离阀，压力、温度、流量测量元件，热电厂端入口控制模块；所述配汽部分：主要包括分输站中低压入口管线，中低压配汽集箱和相关出入口阀门及配汽输送管道，入口/出口的压力、温度、流量测量元件，分输站tmc能量管理模块，分输站供热管理系统部件；所述用汽部分：包括园区各用户，分输站到用户的中低压用汽管线，用户进口隔离阀和控制调节阀，压力、温度、流量测量元件，用户端入口模块。
5.所述能量管理方法采用能量管理系统，基于云平台设计，通过现有的园区供热系统定义和示范工程总结适合该园区供热的管理体系架构。分输站tmc能量管理模块是以电力电子技术和信息技术为基础的全可控柔性设备并高度融合通信系统，是具备计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能的智能体。
6.分输站tmc能量管理模块是整个能量管理系统的控制核心，供汽系统的压力、温度、流量等信号包括供汽系统状态实时送入分输站tmc能量管理模块进行分析。热电厂端入口控制模块和用户端入口模块分别将各自的数据与分输站tmc能量管理模块实时交互，同
时通过标准通讯协议(modbus等)实时指令接受、执行。
7.所述能量管理系统的功能包含数据通讯、系统控制、人机交互三个组成部分。对于用户可直接参与交互的人机交互则是能量管理系统的主要部分，其架构分为监视、控制和分析三大模块。
8.能量管理方法：分层控制遵循能量平衡原则，分输站的供热蒸汽主要来自热电厂1#-5#机组和三台启动锅炉，每台机组投入和停止运行是由电厂根据用户用汽总量决定的，具备的供热量多少由单台机组出力情况决定，各台机组的入口控制模块进行数据传输和接受指令，在入口控制模块中可以根据机组自身能力提供蒸汽压力、温度、流量的控制范围。只有热电厂把机组供汽流量控制设定为自动投入时，能量管理系统可以遥控热电厂单台机组的供热负荷。机组内机炉的协调由自身ccs控制，在异常工况或特殊情况下，由能量管理系统通过控制策略实现系统的整体稳定运行。
9.系统控制包括auto模式和manual手动模式两种。基于系统底层硬件采集回来的实时数据，选择合适的控制策略来稳定系统平衡。根据项目的实际运行情况，采用穷举法找出每一种运行模式，制定相应的控制策略，形成一套完整的控制策略模型库，并封装到能量管理系统中。能量管理系统稳定运行的基础包括实时数据采集与判断、运行专家策略执行、通讯与控制保障，在具体的策略执行过程中，能量管理系统将采用流程引导与强制校核方式保证每个策略安全无差异执行。
10.能量调度策略：能量调度主要是通过合理的使用1#-5#供热机组和三台启动锅炉，以热电厂各台机组负荷控制目标，通过pid压力控制，维持系统压力的同时，通过蒸汽流量变化为前馈控制锅炉给煤燃烧，从而保证整个系统快速调节，维持系统稳定的前提下降低系统的能量损失，从而达到经济效益最优的一套控制策略。系统可对采集的实时运行数据进行实时分析，判断出当前的运行模式，并自动调取模型库中对应的控制策略并下发。控制策略主要分为正常运行、故障处理、升降负荷运行模式；正常运行是热电厂为分输站提供高压和低压蒸汽，其负荷供能主要来自于电厂各机组，启动锅炉以优化协调控制方式参与负荷平衡管理；故障处理是指热电厂、启动锅炉系统及供热管网和用户管网等在日常运行过程中都可能会发生故障，当故障发生后需要立即对故障进行响应、处理，不发生超压、失压事故，从而保证重要用户供汽不间断。
11.本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：通过对管网供热、配汽、用户用汽需求等实时数据采集和集中管理分析，分别对热电厂、分输站、用户整体协调控制，从而实现系统能量平衡，保障了园区各企业安全经济生产。
附图说明
12.图1是本发明中能量管理系统的架构图。
13.图2是本发明中供热系统的结构示意图。
具体实施方式
14.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
15.实施例。
16.参见图1、图2，本实施例中，一种应用于南港石化工业区供热系统的能量管理方法，供汽系统包括产汽部分、配汽部分和用汽部分；产汽部分：包括生产蒸汽的热力发电厂中1#、2#、3#供热机组，未来扩建的4#、5#供热机组，a、b、c三台启动锅炉与热电厂各台机组至分输站的中低压供热管线，该管线上的控制调节阀和电动隔离阀，压力、温度、流量测量元件，热电厂端入口控制模块；配汽部分：主要包括分输站中低压入口管线，中低压配汽集箱和相关出入口阀门及配汽输送管道，入口/出口的压力、温度、流量测量元件，分输站tmc能量管理模块，分输站供热管理系统部件；用汽部分：包括园区各用户，分输站到用户的中低压用汽管线，用户进口隔离阀和控制调节阀，压力、温度、流量测量元件，用户端入口模块。
17.能量管理方法采用能量管理系统，基于云平台设计，通过现有的园区供热系统定义和示范工程总结适合该园区供热的管理体系架构。分输站tmc能量管理模块是以电力电子技术和信息技术为基础的全可控柔性设备并高度融合通信系统，是具备计算、通信、精确控制、远程协作和自治功能的智能体。
18.能量管理方法具体如下：1）监视部分主要进行实时监控，采用多层面模式，包含总体数据层（园区用户用气量、供汽各台机组为供热管网提供蒸汽量等）、管理模型层（遥测、遥信）、第三方系统模型层（热电厂、石化客户的控制系统等）。
19.2）控制部分主要是系统级控制，采用分类模式，包括：auto模式、manual模式（其供热系统只具备手动控制功能）。auto模式根据自动外部供汽量需求自动控制热电厂ccs系统，从而实现各台机组负荷合理控制。与控制策略（类热电厂agc）进行系统控制；在manual模式下，用户根据系统运行情况进行实时控制，主要有遥控、遥测、控制闭锁、权限校验等功能。二者都工作安全校核的基础上实现。控制部分需要建立一个完善的稳定控制策略专家库，在执行相应设备动作执行流程导向。监视与分析是基础数据单向管理，控制部分为双向管理。供热网可处于auto、manual两种模式，能源局域网处于手动控制模式，但是无论处于哪种模式，整个能量管理系统都必须遵循控制策略库，并在安全校核机制管理下执行管理。数据分析主要是对系统的历史数据进行分析统计，作为供热能量管理的辅助决策作用。
20.3）数据采集与处理及通讯供热管理系统主要将热电厂、用户、供汽管道所采集的数据进行集中汇总。tmc模块遥测量包括系统各部分压力、温度、流量；遥信量包括系统各级部分设备运行状态和故障状态。
21.4）数据处理分为：遥测量的采集处理，遥测量描述供热系统运行的实时量化值，包括各台供热机组、汇集蒸汽联箱、供汽管道阀门状态、各管路疏水量及各供热机组的锅炉负荷、汽机功率，主蒸汽流量、再热蒸汽压力，温度、流量和去分输站的蒸汽参数，分输站流入蒸汽参数，去各用户蒸汽参数，系统压力、温度、流量等值。
22.5）遥信量的采集处理：遥信量描述供热系统运行状态，一般包括各调节阀位置、各隔离门位置、供热机组启停状态、分输站入口阀门位置、集箱各联通阀门状态、至各用户管道运行工况以及虚拟遥信等。
23.6）数据通讯：采集程序，需支持modbus等标准通讯协议；具有将采集到的数据按照配置的信息点号存入实时数据的功能；具有提供数据转发的功能，可以作为从站进行数据
转发配置。采集程序需支持跨平台部署，可部署至通讯管理机或普通服务器。
24.7）公式计算服务以系统运行日报的形式进行展示，报表内容包括供汽指标、供汽能耗指标、经济指标。查询条件：子网名称，统计为一式(日、月、年)。测点属性：系统压力流量温度，可按这三种数据按日、月、年进行查询。按日、月、年查询时，横坐标分别为时、日、月，纵坐标为蒸汽量。
25.8）各时间段的客户用汽量预测：电厂产汽量、总用气量预测，该功能以各石化客户采集的实时用汽量为基础，结合生产量预报数据，对未来功率进行预测，预测分为24小时超短期预测和72小时短期预测两类，以线图的形式进行展示。
26.本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
27.虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。