一种基于热流建模的火电机组蓄能表征方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于热流建模的火电机组蓄能表征方法及系统，涉及电力系统技术领域，方法包括：基于预设过热器工作条件，建立火电机组对应的过热器能量流模型；确定过热器能量流模型中每段过热器的热容流量参数；基于每段过热器的热容流量参数，计算每段过热器对应的等效热阻数据；根据每段过热器的热容流量参数和过热器能量流模型确定过热器能量流模型中每段过热器的管壁温度以及每段过热器的输入温度；将状态变量分别输入至预设传热状态方程和预设传热输出方程以联立计算得到每段过热器的输出热能；基于每段过热器的输出热能计算火电机组的输出热能。本发明专利技术能够精准地表征火电机组锅炉侧的实时蓄热能力及实时出力。电机组锅炉侧的实时蓄热能力及实时出力。电机组锅炉侧的实时蓄热能力及实时出力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于热流建模的火电机组蓄能表征方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统
，特别是涉及一种基于热流建模的火电机组蓄能表征方法及系统。

技术介绍

[0002]可再生能源的发展将在构建新的电力系统中发挥关键作用，这对中国的碳峰值和碳中和战略具有重要意义。随着过去几十年可持续能源体系的发展，到2030年，中国风能和太阳能发电装机总量将超过12亿千瓦。然而，可再生能源的高渗透率，如风能和太阳能发电厂取代传统热能，显著降低了频率控制能力。此外，风能和太阳能的间歇性和随机性对频率稳定性提出了重大挑战，导致电网的频率扰动增加。因此，通过最小化负荷与发电之间的不平衡，纠正系统频率的偏差，频率控制越来越受到人们的重视。
[0003]频率调节性能是影响电网稳定性和安全性的重要因素。控制频率的目的是尽可能接近额定值(中国为50Hz)，避免不必要的低频掉负荷、低频发电机跳闸、发电机组损坏和低频级联事件。当电源突然不足时，频率会迅速下降，在10秒的范围内达到最小频率。在此时间段内，只有一次调频能够提供紧急的频率控制服务，以抑制系统频率的下降。总而言之，当需求侧偏离发电机供电侧时，一次调频是电力系统抑制频率偏离的本质效应。发电机侧和需求侧是影响一次调频能力的两个主要部分。
[0004]基于锅炉储能的一次频率控制的研究还没有得到进一步的发展。为了评估操作方案和技术变化对部件的影响，动态仿真模型的使用被广泛采用。在过去的几十年里，各种模拟工具被进一步开发并应用到常规火电厂的建模中。前人对一个燃煤电厂的简化控制系统进行了动态建模，以评估附加蓄热的集成和可能的负荷梯度的变化。由于负荷变化对元件影响的评估更多地取决于满足外部需求的结果，动态模拟的另一种应用方式是根据模拟结果通过修改元件预测元件的行为。根据仿真模型中经过测试的修改，修改向真实装置的传递与装置的日常运行密切相关。考虑到在数据收集、模型实现、验证和结果转移过程中发生的所有不确定性，这种方法对模型精度要求很高。对真实电厂行为的时变影响，如燃料变化和磨机退化是最重要的。这些是考虑到所有组件的模型。在动态过程中对一次频率调节起重要作用的涡轮模型和调速器系统模型的研究已经深入。涡轮单解耦模型在一次调频过程中具有很高的精度，因此研究一种高精度、线性的锅炉过热器模型，并对一次调频能力进行预测，是十分必要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于热流建模的火电机组蓄能表征方法及系统，以精准地表征火电机组锅炉侧的实时蓄热能力及实时出力。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于热流建模的火电机组蓄能表征方法，火电机组包括依次连接的多段过热器，火电机组蓄能表征方法包括：
[0008]基于预设过热器工作条件，建立所述火电机组对应的过热器能量流模型；
[0009]确定所述过热器能量流模型中每段过热器的热容流量参数；
[0010]基于每段所述过热器的热容流量参数，计算每段所述过热器对应的等效热阻数据；
[0011]根据每段所述过热器的热容流量参数和所述过热器能量流模型，确定所述过热器能量流模型中每段所述过热器的管壁温度以及每段所述过热器的输入温度；多个所述过热器的管壁温度构成状态变量；
[0012]将所述状态变量分别输入至预设传热状态方程和预设传热输出方程，以联立计算得到每段所述过热器的输出热能；所述预设传热状态方程是根据每段所述过热器对应的等效热阻数据以及每段所述过热器的输入温度确定的；所述预设传热输出方程是根据每段所述过热器对应的等效热阻数据、每段所述过热器的管壁温度以及每段所述过热器的输入温度确定的；
[0013]基于每段所述过热器的输出热能，计算所述火电机组的输出热能。
[0014]可选地，火电机组包括依次连接的初级过热器、屏式过热器和末级过热器；每段所述过热器对应的等效热阻数据包括所述过热器中冷流体的等效热阻数据和所述过热器中热流体的等效热阻数据；每段所述过热器对应的输入温度包括所述过热器中热流体的输入温度和所述过热器中冷流体的输入温度；
[0015]所述预设传热状态方程为：
[0016][0017]其中，x表示状态变量，x＝[T
w1
，T
w2
，T
w3
]T
，T
wi
表示第i段过热器的管壁温度，c
p
表示金属管壁比热容，M
i
表示第i段过热器的金属质量，R
ih
表示第i段过热器中热流体的等效热阻数据，R
ic
表示第i段过热器中冷流体的等效热阻数据，T
hi，in
表示第i段过热器中热流体的输入温度，T
ci，in
表示第i段过热器中冷流体的输入温度，u表示隐变量；i∈[1，2，3]，第1段过热器为初级过热器，第2段过热器为屏式过热器，第3段过热器为末级过热器。
[0018]可选地，所述预设传热输出方程为：
[0019]y＝g(x，u，t)；
[0020]其中，y＝Cx+D，
[0021][0022]y表示火电机组的总蓄热量，y＝[Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6]T
，，Q1表示初级过热器中冷流体的换热量，即初级过热器的输出热能；Q2表示屏式过热器中冷流体的换热量，即屏式过热器的输出热能；Q3表示末级过热器中冷流体的换热量，即末级过热器的输出热能；Q4表示初级过热器中金属蓄热，Q5表示屏式过热器中金属蓄热，Q6表示末级过热器中金属蓄热。
[0023]可选地，所述基于预设过热器工作条件，建立所述火电机组对应的过热器能量流模型，具体包括：
[0024]基于所述火电机组的基本数据，建立过热器物理模型；所述火电机组的基本数据包括火电机组中过热器的数量及连接顺序、金属管壁比热容、每段过热器的金属质量、金属管壁内热流体的热导和金属管壁内冷流体的热导；
[0025]基于预设锅炉过热器工作条件和所述过热器物理模型，建立所述火电机组对应的过热器能量流模型。
[0026]可选地，确定所述过热器能量流模型中每段过热器的热容流量参数，具体包括：
[0027]针对所述过热器能量流模型中每段过热器，获取所述过热器中的冷流体流量和热流体流量；
[0028]根据所述热器能量流模型，获取金属管壁比热容；
[0029]根据所述冷流体流量和所述金属管壁比热容计算冷流体热容流量；
[0030]根据所述热流体流量和所述金属管壁比热容计算热流体热容流量；所述冷流体热容流量和所述热流体热容流量构成所述过热器的热容流量参数。
[0031]可选地，基于每段所述过热器的热容流量参数，计算每段所述过热器对应的等效热阻数据，具体包括：
[0032]根据所述热器能量流模型，获取金属管壁内热流体的热导和金属管壁内冷流体的热导；
[0033]针对所述过热器能量流模型中每段过热器，根据所述冷流体热容量流和所述金属管本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热流建模的火电机组蓄能表征方法，火电机组包括依次连接的多段过热器，其特征在于，火电机组蓄能表征方法包括：基于预设过热器工作条件，建立所述火电机组对应的过热器能量流模型；确定所述过热器能量流模型中每段过热器的热容流量参数；基于每段所述过热器的热容流量参数，计算每段所述过热器对应的等效热阻数据；根据每段所述过热器的热容流量参数和所述过热器能量流模型，确定所述过热器能量流模型中每段所述过热器的管壁温度以及每段所述过热器的输入温度；多个所述过热器的管壁温度构成状态变量；将所述状态变量分别输入至预设传热状态方程和预设传热输出方程，以联立计算得到每段所述过热器的输出热能；所述预设传热状态方程是根据每段所述过热器对应的等效热阻数据以及每段所述过热器的输入温度确定的；所述预设传热输出方程是根据每段所述过热器对应的等效热阻数据、每段所述过热器的管壁温度以及每段所述过热器的输入温度确定的；基于每段所述过热器的输出热能，计算所述火电机组的输出热能。2.根据权利要求1所述的基于热流建模的火电机组蓄能表征方法，其特征在于，火电机组包括依次连接的初级过热器、屏式过热器和末级过热器；每段所述过热器对应的等效热阻数据包括所述过热器中冷流体的等效热阻数据和所述过热器中热流体的等效热阻数据；每段所述过热器对应的输入温度包括所述过热器中热流体的输入温度和所述过热器中冷流体的输入温度；所述预设传热状态方程为：其中，x表示状态变量，x＝[T
w1
,T
w2
,T
w3
]
T
，T
wi
表示第i段过热器的管壁温度，c
p
表示金属管壁比热容，M
i
表示第i段过热器的金属质量，R
ih
表示第i段过热器中热流体的等效热阻数据，R
ic
表示第i段过热器中冷流体的等效热阻数据，T
hi,in
表示第
i
段过热器中热流体的输入温度，T
ci,in
表示第i段过热器中冷流体的输入温度，u表示隐变量；i∈[1,2,3]，第1段过热器为初级过热器，第2段过热器为屏式过热器，第3段过热器为末级过热器。3.根据权利要求2所述的基于热流建模的火电机组蓄能表征方法，其特征在于，所述预设传热输出方程为：y＝g(x,u,t)；
其中，y＝Cx+D，其中，y＝Cx+D，y表示火电机组的总蓄热量，y＝[Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6]
T
，，Q1表示初级过热器中冷流体的换热量，即初级过热器的输出热能；Q2表示屏式过热器中冷流体的换热量，即屏式过热器的输出热能；Q3表示末级过热器中冷流体的换热量，即末级过热器的输出热能；Q4表示初级过热器中金属蓄热，Q5表示屏式过热器中金属蓄热，Q6表示末级过热器中金属蓄热。4.根据权利要求1所述的基于热流建模...

【专利技术属性】
技术研发人员：季卫鸣，洪烽，逄亚蕾，杜艳君，王玮，房方，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：