本发明涉及供热节能技术领域，尤其涉及一种基于多因素影响的热电负荷分配方法及系统。
背景技术：
现在城市多数采用集中供热的形式实现居民供暖，而如何从生产到输送，从输送到使用的各个环节上考虑节能措施是当前的热点课题，目前也存在多种已公开的现有手段来优化热能分配。其中，现有技术包括：
(1)通过供热抽汽机组的变工况理论计算，得到机组不同主蒸汽流量以及不同电负荷和热负荷分配时的机组热耗值关系曲线的结构和形式。因为，若在对曲线结构和形式一无所知的情况下，为了确定曲线，需要对每一主蒸汽流量、热负荷、电负荷还有背压做实验，通过大量组合才能得到曲线。利用曲线结构的形式的确定减少实验次数，设计合理的实验方案，在尽可能少的实验情况下，获得机组热耗值曲线。
(2)在上述理论分析的基础上，得到机组热耗率曲线的结构和形式，通过设计合理的实验方案，开展现场实验，确定曲线的具体参数，便可以得到机组热耗率曲线。
(3)在得到上述每台机组热耗率曲线的基础上，便可以开展供热抽汽机组间热负荷和电负荷的分配优化。利用机组实际运行数据根据曲线确定机组实际热耗率，并根据相关对热耗率影响较大的参数变化对热耗率进行准确修正以获取机组准确热耗率值。
遗传算法模拟自然界的生物进化过程，通过复制、交叉、变异等操作，能够快速优化得到问题的解，是一种被广泛应用于各种优化问题求解的成熟方法，目前许多开展机组负荷分配优化的研究均采用遗传算法。基于遗传算法，根据给定的整个电厂的电负荷、热负荷，以及结合机组设计厂商给定的相关耗差曲线，并且用户能够输入优化的约束条件如指定某几台机组的电负荷、热负荷为某一定值，通过使整个电厂的热耗值最小，开发供热抽汽机组间电负荷和热负荷的分配优化算法，便可实现供热抽汽机组间电负荷和热负荷的分配优化，输出每台机组最优的电负荷和热负荷设定值。
现有方案存在的问题
在对机组的实际热耗率进行计算时，是利用机组制造商给出的耗差修正曲线进行修正的，但是耗差修正曲线存在着明显的局限性。首先耗差修正曲线是基于额定工况进行计算的，但是机组是处于不断变负荷运行过程中，不能仅仅用额定工况参数对其进行修正；其次耗差修正曲线是基于小偏差线性化的思想得到的，众所周知汽轮机为强非线性系统，在小范围内进行修正可以，但是一旦机组某些参数发生较大范围的改变，该方法会存在较为明显的误差。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明所述的技术方案通过基于先验知识及实际海量运行数据对机组热耗率进行准确修正，进而实现机组热耗率的精确计算，并最终实现更加准确的热电负荷分配计算。
一方面，本发明采用如下方法来实现：一种基于多因素影响的热电负荷分配方法，包括：
计算机组热耗曲线函数；
建立机组数学模型；
基于所述机组数学模型建立仿真机，获取各工况下的耗差曲线函数；
基于各工况下的耗差曲线函数获取完整的耗差曲线函数集；
基于所述机组热耗曲线函数和所述耗差曲线函数集进行热电负荷分配计算。
进一步地，所述建立机组数学模型，包括：采集机组海量热力学历史数据，并基于历史数据建立机组数据模型。
其中，所述基于历史数据建立机组数学模型，包括：建立机组各设备的数学模型，并根据机组的基本热力循环结构拼接各设备的数学模型，形成完整机组数据模型。
进一步地，所述基于所述机组数学模型建立仿真机，获取各工况下的耗差曲线函数，包括：
选取与热耗率相关的预设参数；
将各预设参数作为仿真机的控制变量进行分析；
基于最小二乘法求出各工况下的耗差曲线函数。
进一步地，所述基于所述机组热耗曲线函数和所述耗差曲线函数集进行热电负荷分配计算，包括：基于所述机组热耗曲线函数和所述耗差曲线函数集，并利用遗传算法进行热电负荷分配计算。
另一方面，本发明可以采用如下系统来实现：一种基于多因素影响的热电负荷分配系统，包括：
机组热耗曲线函数生成模块，用于计算机组热耗曲线函数；
机组数学模型建立模块，用于建立机组数学模型；
耗差曲线函数生成模块，用于基于所述机组数学模型建立仿真机，获取各工况下的耗差曲线函数；
耗差曲线函数集生成模块，用于基于各工况下的耗差曲线函数获取完整的耗差曲线函数集；
热电负荷分配模块，用于基于所述机组热耗曲线函数和所述耗差曲线函数集进行热电负荷分配计算。
进一步地，所述机组数学模型建立模块，具体用于：采集机组海量热力学历史数据，并基于历史数据建立机组数据模型。
其中，所述基于历史数据建立机组数学模型，包括：建立机组各设备的数学模型，并根据机组的基本热力循环结构拼接各设备的数学模型，形成完整机组数据模型。
进一步地，所述耗差曲线函数生成模块，具体用于：
选取与热耗率相关的预设参数；
将各预设参数作为仿真机的控制变量进行分析；
基于最小二乘法求出各工况下的耗差曲线函数。
进一步地，所述热电负荷分配模块，具体用于：基于所述机组热耗曲线函数和所述耗差曲线函数集，并利用遗传算法进行热电负荷分配计算。
综上，本发明给出一种基于多因素影响的热电负荷分配方法及系统，通过建立机组精确数学模型，进而利用仿真手段建立仿真机，并选取与热耗率相关的预设参数作为仿真机的控制变量，最终得到耗差曲线函数，并利用机组热耗曲线函数与建立的耗差曲线函数集最终实现热电负荷分配的计算。与现有技术方案相比，本发明放弃利用厂商提供的耗差修正曲线对机组实际运行热耗率进行一定程度的修正，而是利用海量热力学历史数据最终实现对机组热耗率进行精确修正。从而克服传统技术方案可能带来的误差，能够更精确地实现热电负荷的分配。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种基于多因素影响的热电负荷分配方法实施例流程图；
图2为本发明中表面式回热换热器的基本模型示意图；
图3为本发明中回热器进口处水温的计算方法流程图；
图4为本发明提供的一种基于多因素影响的热电负荷分配系统实施例结构图。
具体实施方式
本发明给出了一种基于多因素影响的热电负荷分配方法及系统实施例，为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明中技术方案作进一步详细的说明：
如图1所示，为本发明提供的一种基于多因素影响的热电负荷分配方法实施例，包括：
s101：计算机组热耗曲线函数；具体包括：通过供热抽汽机组的变工况理论计算，得到机组不同主蒸汽流量以及不同电负荷和热负荷分配时的机组热耗值关系曲线的结构和形式，进而得到机组热耗曲线函数。
s102：建立机组数学模型；其中，包括：采集机组海量热力学历史数据，并基于历史数据建立机组各设备的数学模型，并根据机组的基本热力循环结构拼接各设备的数学模型，形成完整机组数据模型。
其中，所述海量热力学历史数据，包括：主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热器入口压力、再热器入口温度、各抽汽点温度、各抽汽点压力、各回热器出口水温、入口水温、疏水温度、各回热器壳侧压力、管侧压力、锅炉最终给水温度、压力等，即包括机组各典型工况下的热力学数据(各典型工况包括50％、60％、70％、80％、90％、100％额定负荷下机组相关热力学数据)，利用这些热力学数据对机组进行准确的数学模型建立，在建立中充分考虑模型的非线性特性及动态特性。
首先采集机组相关热力学数据，即各个温度、压力、流量测点的全部参数，基于汽轮机通流部分特性、表面式回热器特性、除氧器特性、给水泵特性等理论知识，通过模型辨识方法辨识相关性能参数，建立上述设备精确数学模型；并将下述各部分模型(级组通流部分、回热器、给水泵)根据热力机组的基本热力循环结构进行拼接，组成完整的汽轮机热力平衡计算模型。
其中，机组各设备的数学模型建立过程如下：
1、级组模型
实际的汽轮机级组内膨胀过程线是一条平滑的曲线，对于大功率汽轮机而言，可以将多级抽汽视为将整机分为若干个不同的级组，这样汽轮机整机平滑的热力膨胀过程曲线可按级组分为许多段，而每一段过程线则可近似地看作一条直线。经过验证，将单个级组的热力膨胀过程线作直线处理后得到的级组内各级蒸汽状态参数的计算值能够满足工程应用精度要求。
在汽轮机中，当通流部分结构尺寸都不变时，级组(任意的若干蒸汽流量近似相等的串联级)前、后的蒸汽参数与其流量有如下关系：
上式中的温度修正项，一般情况下近似等于1，可以不考虑，而在某些特殊情况下(如初温或再热温度发生变化)除外。对凝汽机组，若以抽汽区段之间的级组来讨论，其压力比p1/p2通常很小可以忽略，因此上式有下简化形式：
其中g＝kp，即为弗留盖尔简化公式。在汽轮机热力系统内，我们假设每级的弗留盖尔公式系数k值为常数。
按级通流面积是否随负荷的大小而变，汽轮机级可分为调节级和非调节级。对多级汽轮机，它是指汽轮机的第一个做功级，其通流面积由于部分进气可以随负荷变化而改变，达到调节的作用，因此被称为调节级。
一般来说，调节级效率比中间级效率低，之所以采用这种效率比较低的级，是因为高压缸进气要考虑变工况，在不同负荷下主蒸汽流量不一样，需要调节级进行调节，以保证整个汽轮机热力系统的效率和中间各级工作的安全性与稳定性。
(1)调节级效率随着主蒸汽流量的改变而发生很大变化，在计算中应采取调节级效率曲线进行拟合，以达到减小误差的目的。
(2)在与其他非设计工况的比较中可以得出，除冬季采暖期工况与最小抽汽工况(即存在工业抽汽与供暖抽汽的情况下)需要单独考虑外，其余工况下汽轮机级组级效率可视为一个定值。
2、给水泵模型
在汽轮机热力系统中，除氧器给水泵是一个很重要的部分，用于将锅炉循环水从除氧器饱和压力提升至锅炉给水压力。
由给水泵物理特性可知如下关系：
其中：g-通过给水泵的水的体积流量；
h-给水泵扬程；
η-给水泵工作效率；
gs-给水泵流过的水的质量流量；
hout-给水泵出口水焓值；
hin-给水泵入口水焓值；
3、回热器模型建立
如图2所示，为表面式回热换热器的基本模型示意图。
其基本模型的建立过程如下：
当给定一个回热器出水口温度tout时，即有如下温度与压力关系。
t回热＝tout+t上端差
由回热器饱和状态假设，由计算得到在此温度下回热器的饱和压力p回热。
当p回热已知时，有以下关系：
p回热＝ps×(1-ks)
其中，ks为抽汽管道压力损失系数。
通过计算得出的平均抽汽管道压力损失系数运算可以得到级组抽汽点压力，利用弗留盖尔简化公式g＝kp可以得到这一级的级后流量，与级前流量相减可以得到本级抽汽量gs，即：
gs＝k0p0-k1p1
同时，利用级前主蒸汽的温度与压力求得的焓值和级效率可以求得级后主蒸汽的焓值，而级后主蒸汽的压力已由抽汽点压力得出，利用matlab程序可以求得抽汽点温度ts。
利用主蒸汽抽汽放热与锅炉给水吸热的热平衡关系可以得到如下平衡式：
gs×hs+g上级疏水×h上级疏水-g疏水×h疏水＝g×(hout-hin)
其中hs＝f(ps，ts)；
h上级疏水＝f(p上级回热，t上级疏水)
h疏水＝f(p回热，t疏水)
g疏水＝g上级疏水+gs
hout＝f(p给水，tout)
hin＝f(p给水，tin)
平衡式中仅有两个未知参数tin与t疏水，而这两个参数由表面式回热器下端差关系可知：
t疏水＝tin+t下端差
通过迭代计算，可以求-得满足平衡式的两个参数的解，从而求得回热器进口处水温，具体操作流程参见图3。
在建立模型的过程中，引入级控制体这一概念。级控制体是指包含某一级加热器，并包含该级加热器相连的部分锅炉给水或凝结水管路、抽汽管路和部分疏水管路的控制体。在建立模型过程中，将级控制体作为一个单元控制体进行程序编制，并将模块化的级组单元串联起来，从而形成汽轮机组的热力系统总模型。
s103：基于所述机组数学模型建立仿真机，获取各工况下的耗差曲线函数。
具体包括但不限于：基于s102建立的机组数学模型，对机组进行准确仿真，在各典型工况下进行仿真，以确定充分考虑各因素影响的耗差曲线函数，该耗差曲线函数为电负荷(p)、热负荷(g)、主要参数(与机组热耗率相关性极强的机组热力参数，包括主蒸汽压力、温度、再热器出口温度、背压、过热器减温水量、再热器减温水量)与基准运行值(“运行基准值”也叫“运行应达值”，是对应某个负荷工况下，各运行参数的最经济或最合理的值)差值(△)三者的函数。
优选地，所述基于所述机组数学模型建立仿真机，获取各工况下的耗差曲线函数，包括：
选取与热耗率相关的预设参数；
将各预设参数作为仿真机的控制变量进行分析；
基于最小二乘法求出各工况下的耗差曲线函数。
具体包括但不限于：选取几个与热耗率相关的预设参数，其中包括：主蒸汽压力、主蒸汽温度、再热蒸汽压力、再热蒸汽温度、背压等。将这几个参数做控制变量仿真分析，即单独调整主蒸汽压力而其他参数维持不变，根据仿真数据分析在各种参数变化情况下机组热耗率的变化，进而基于最小二乘法求出对应耗差曲线函数。
以主蒸汽温度为例，在进行仿真时，选取基准运行值±10℃(间隔1℃)进行仿真，在每个确定负荷点、确定抽汽量工况下进行仿真，根据得到的数据计算得到该工况下任一主蒸汽温度下的机组热耗值，与机组基准热耗曲线函数进行对比求差，最终得到各个工况下主蒸汽温度引起的热耗率变化值，通过最小二乘法拟合得到关于主蒸汽温度的耗差曲线函数。
s104：基于各工况下的耗差曲线函数获取完整的耗差曲线函数集；
具体包括但不限于：利用各工况下的耗差曲线函数，组成耗差曲线函数集，在实际计算耗差过程中，利用机组的电负荷、热负荷、主要参数与基准运行差值进行插值计算，得到准确的耗差，进而对热耗率进行修正。
s105：基于所述机组热耗曲线函数和所述耗差曲线函数集进行热电负荷分配计算。
具体包括但不限于：根据得到的机组热耗曲线函数及耗差曲线函数集进行计算，基于遗传算法进行最终的热电负荷分配计算。
如图4所示，为本发明提供的一种基于多因素影响的热电负荷分配系统实施例，包括：
机组热耗曲线函数生成模块401，用于计算机组热耗曲线函数；
机组数学模型建立模块402，用于建立机组数学模型；
耗差曲线函数生成模块403，用于基于所述机组数学模型建立仿真机，获取各工况下的耗差曲线函数；
耗差曲线函数集生成模块404，用于基于各工况下的耗差曲线函数获取完整的耗差曲线函数集；
热电负荷分配模块405，用于基于所述机组热耗曲线函数和所述耗差曲线函数集进行热电负荷分配计算。
优选地，所述机组数学模型建立模块，具体用于：采集机组海量热力学历史数据，并基于历史数据建立机组数据模型。
其中，所述基于历史数据建立机组数学模型，包括：建立机组各设备的数学模型，并根据机组的基本热力循环结构拼接各设备的数学模型，形成完整机组数据模型。
优选地，所述耗差曲线函数生成模块，具体用于：
选取与热耗率相关的预设参数；
将各预设参数作为仿真机的控制变量进行分析；
基于最小二乘法求出各工况下的耗差曲线函数。
优选地，所述热电负荷分配模块，具体用于：基于所述机组热耗曲线函数和所述耗差曲线函数集，并利用遗传算法进行热电负荷分配计算。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
如上所述，上述实施例给出了一种基于多因素影响的热电负荷分配方法及系统实施例，针对带有抽汽的凝汽式机组及带有抽汽的背压机组进行联合热电负荷分配时，考虑机组大范围变工况导致的耗差非线性变化。本发明放弃利用厂商提供的耗差修正曲线进行修正，而是利用海量热力学数据得到的机组数学模型，进而得到各工况下的耗差曲线函数。并最终利用本发明的修正方法更加精确的计算机组优化后的电负荷、热负荷。上述实施例在热电负荷分配计算过程中充分考虑各种因素的影响，同时考虑机组非线性特性，可以为实施单位带来更加精确细致的计算结果，最终实现相比于原有方法更加精确的计算，进而实现明显的节能效果。
以上实施例用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。