面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法技术

本发明专利技术公开了一种面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法。首先通过机理建模确定不同热电解耦情况下机组的宽负荷运行模型结构；然后采用改进型T

【技术实现步骤摘要】
面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法


[0001]本专利技术涉及火电机组灵活性运行建模
，更具体地，涉及一种面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法。

技术介绍

[0002]在全球能源环境危机的影响下，国家迈入能源战略转型新时期，新能源发电成为电力行业节约能源、降低排放、实现可持续发展的关键。近年来，随着风、光等波动性新能源并网规模的不断增大，电网安全、稳定运行所面临的挑战日益显著，需要火电机组逐步从“主体型电源”向“调节型电源转变”，通过灵活性运行实现深度、快速调峰，平抑新能源大规模接入带来的电网波动。因此，如何提高火电机组的灵活性运行能力成为当前发电领域亟待解决的问题。
[0003]热电联产是一项可有效提高火电机组能源利用效率的技术，将机、炉及供热系统进行有机融合，通过余热利用实现燃料能量的最大转化。因此热电联产机组在我国发电领域的占比逐渐增加。然而，相比于仅用于供电的纯凝机组，热电联产机组一般遵循“以热定电”的运行模式，该模式下存在的热电耦合使其动态特性更为复杂，机组在额定供热条件下的功率可调本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：待辨识热电联产机组热电解耦情况的判断；S2：不同热电解耦情况下机组运行机理分析及模型结构确定；S3：机组宽负荷工况下运行数据的实时采集与T-S模糊模型增量结构的引入；S4：基于混沌双量子鸽群算法的训练数据自动聚类及聚类中心和半径的获取；S5：基于带遗忘因子的指数加权最小二乘算法的子模型参数辨识及模型全局输出计算；S6：依托仿真平台进行所提建模方法的可行性验证及性能分析。2.根据权利要求1所述的面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法，其特征在于：步骤S1所述的热电联产机组热电解耦情况的判断包括：S1.1：判别待辨识热电联产机组运维记录确认该机组是否进行过热电解耦改造，若机组已进行热电解耦改造，则进一步明确其所用的具体改造技术。S1.2：根据待辨识机组热电解耦情况进行分类并编号，若该机组无热电解耦，记为P1，若有热电解耦，则按照热泵、电锅炉、储热罐、低压缸改造等技术依次记为P2、P3、P4、P5。3.根据权利要求1所述的面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法，其特征在于：基于所得待辨识热电联产机组的热电解耦情况，所述步骤S2中通过质量守恒、能量守恒及动力学方程分别对各情况下的机组进行机理分析，得到相应的模型结构，包括：S2.1：若机组无热电解耦，即P1情况下，从制粉系统、锅炉燃烧及热传递、汽轮机做功和供热系统四部分出发对热电联产机组进行建模。S2.1.1：制粉系统模型。以中速磨正压直吹式制粉系统为例，可得以下质量守恒关系：其中，r
b
为给煤量，μ
B
为给煤指令，T
M
为制粉系统惯性时间，τ为系统迟延。S2.1.2：锅炉燃烧及热传递模型。以直流锅炉为例，同时考虑汽水分离器出口焓值、主蒸汽压力和过热器出口蒸汽温度，得到如下质量守恒关系：其中，p
m
、h
m
和D
m
分别为汽水分离器出口蒸汽压力、比焓和流量，D
ec
和h
ec
分别为省煤器入口蒸汽流量和给水比焓，Q
w
为汽水分离器出口前段燃烧过程的有效放热量，D
dsw1
和D
dsw2
分别为一级、二级减温水流量，ρ
sst
和ρ
mst
分别为屏式过热器出口蒸汽和主蒸汽平均密度，D
sst
为屏式过热器出口蒸汽流量，D
mst
为主蒸汽流量，V
s1
和V
s2
为汽水分离器出口至屏式过热器段及屏式过热器至高温过热器段的容积，d1、c1、c2、c3均为可变参数。相应的能量守恒关系为：
其中，Q
s1
和Q
s2
分别为汽水分离器出口至屏式过热器段及屏式过热器至高温过热器段的工质有效放热量，h
a1
和h
a2
分别为为汽水分离器出口至屏式过热器段及屏式过热器至高温过热器段内的蒸汽平均比焓，ρ
a1
和ρ
a2
分别为汽水分离器出口至屏式过热器段及屏式过热器至高温过热器段内的蒸汽平均密度，d2、c4、c5、c6均为可变参数。S2.1.3：汽轮机做功模型。描述了汽机输入工质和输出负荷间的关系，部分输入工质转化为电能，另外一部分转化为供热所需热能，其中能量转换关系可表示为：其中，α为高-中压缸做功比，T
T
为汽机动态时间，C
T
为汽机做功系数，P为功率输出，p
T
为主蒸汽压力，C
IP
为中压缸做功系数，p
H
为热源抽汽压力，μ
T
和μ
H
分别为高压缸进汽调节阀开度和热源阀门开度。S2.1.4：供热系统模型。反映了供热站输入输出能量间的如下转换关系：其中，C
H
为热交换器的储热系数，m
cir
为热网的循环水质量流量，C
p
为定压比热，T
in
和T
out
分别为供热站的入口水温和出口水温。S2.2：若机组有热电解耦，则分别以P2、P3、P4和P5几种情况为例进行讨论。S2.2.1：在P2情况下，即机组通过热泵进行热电解耦时，以压缩式热泵为例，该热泵工作时消耗的电能W
hp
为：其中，Q
h
为热负荷，COP为热泵制热系数，ε为热力完善度，T
c
和T
e
分别为热泵的冷凝温度和蒸发温度。若借助电机驱动热泵，则热泵消耗的电能P
hp
为：P
hp
＝W
hp
/(η
m1
η
m2
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)其中，η
m1
和η
m2
分别为压缩机的电机效率和机械效率。S2.2.2：在P3情况下，即机组通过电锅炉进行热电解耦时，电锅炉消耗的电功率W
eb
为：W
eb
＝Q
h
/η
eb
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)其中，η
eb
为电锅炉能效。S2.2.3：在P4情况下，即机组通过储热罐进行热电解耦时，通过质量守恒可得储热罐内水位模型为：其中，C
hst
为储热罐容量系数，H
level
为储热罐水位，D
in
和D
out
分别为储热罐进水和出水流量，储热过程中，D
in
为热水进水流量，D
out
为冷水出水流量；放热过程中，D
in
为冷水进水流
量，D
out
为热水出水流量。储热罐斜温层位置模型为：式中，H
layer
为斜温层位置，D
cold
为冷水进水流量。储热罐出水量与其储、放热间的关系为：N
S
＝D
hst
c
p
(T
h-T
l
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)式中，N
S
代表储热罐的储、放热功率，D
hst
代表出水流量，c
p
为水的比热容，T
h
和T
l
分别为储热罐上部热水和下部冷水温度。S2.2.4：在P5情况下，即机组通过低压缸改造进行热电解耦时，以低压缸零出力技术和光轴运行技术为例进行分析。S2.2.4.1：低压缸零出力技术。在机组供热期间，完全切断低压缸进汽，用中压缸排汽进行供热；在非供热期间，恢复低压缸进汽量，使其能正常发电，该技术也属于热电联产范畴，故其供热煤耗率和机组改造前保持一致，通过增加供热量，每年可节约的标煤量约为：ΔB＝ΔQa
lc
b
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)其中，ΔQ为机组供热量的增量，a
lc
为供热标准煤耗率，b为供热时间。S2.2.4.2：低压缸光轴运行技术。在此技术下，汽机低压缸处于切除状态，通过基于以下Friuli Siegel公式的变工况模型来表示汽机高压缸和中压缸动态特性：其中，D1和D
10
分别代表级组输入侧实际蒸汽流量和设计工况下蒸汽流量，p1和p2分别代表级组输入输出侧蒸汽压力，p
10
和p
20
分别代表级组设计工况下输入输出侧蒸汽压力，T1和T
10
分别代表级组输入侧实际蒸汽温度和设计工况下蒸汽温度。至此，可得不同热电解耦情况下的机组模型结构中待辨识参数包含T
M
、d1、d2、c1、c2、c3、c4、c5、c6、T
T
、α和ε。4.根据权利要求1所述的面向灵活性运行的热电联产机组宽负荷运行动态特性建模方法，其特征在于：所述步骤S3中机组宽负荷工况下运行数据的实时采集与T-S模糊模型增量结构的引入包括：S3.1：依托SCADA系统，以T为采样周期得到待建模热电联产机组自当前时刻起的N组实时运行数据：[x(1),x(2),
…
,x(N)]，其中x(t)(t＝1,2,
…
,N)代表由t时刻系统所有输入输出变量组成的广义向量，可表示为如下形式：x(t)＝[u1(t),u2(t),
…
,u
l
(t),y1(t),y2(t),
…
,y
m
(t)](t＝1,2,
…
N)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)其中，u1(t),u2(t),
…
,u
l
(t)为l个输入变量，y1(t),y2(t),
…
,y
m
(t)为m个输出变量，输入、输出变量个数l和m可根据机组不同热电解耦情况进行自适应选取。采样数据应尽可能多地覆盖机组不同运行工况，尤其不可忽略低负荷工况以确保所建模型能精确反映机组宽负荷运行工况下动态特性。S3.2：在复杂系统中，相较于变量数据本身，其增量数据值间具有更强的线性关系。基于上述对T-S模糊模型的描述，其增量结构可表示为：R
i
:If x(t)∈(c
i
,r
i<...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯国莲，弓林娟，胡博，
申请(专利权)人：国网辽宁省电力有限公司国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：