用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法及装置

1.本发明实施例涉及电力系统及热力系统分析技术领域，具体涉及一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法及装置。


背景技术：

2.随着可再生能源占比的不断提高，电力系统的频率稳定性受到极大的压力与挑战。火电机组作为我国未来较长一段时间内的发电主体，在新型电力系统中将承担主要的调频任务。
3.电网目前常用的火电机组一次调频模型包括调速器与汽轮机部分。一次调频过程中当转速偏差超过死区时，汽轮机数字电液控制系统(digital electro-hydraulic,deh)调节阀门开度，主蒸汽流量将发生变化，锅炉蓄热释放或储存。锅炉中的热力参数(如蒸汽压力和温度)将相应变化。在目前一次调频仿真分析中并没有考虑锅炉主蒸汽压力动态，而是假设主蒸汽压力恒定为1。bpa等电网暂态仿真软件中所提供的ieee推荐的标准锅炉模型由f.p.de mello于1991年提出。在以往的频率仿真分析中鲜有使用该锅炉模型，主要有两方面的原因：一个是过往对于机组一次调频能力的关注较少，一般认为主蒸汽压力在一次调频过程中能维持稳定。二是缺乏相应模型参数(如蓄热系数)的计算方法，导致无法用于实际机组的频率响应动态分析。
4.锅炉在换热过程中，热量储存在管壁金属和汽水工质中。锅炉蓄热反映了一次调频期间维持机组所需输出功率的能力。锅炉蓄热系数是衡量机组蓄热能力和一次调频能力的主要参数。但是，锅炉蓄热系数并非常数，而是随着机组工况变化而变化，固定参数无法真实反映机组调频能力，因此需要在线确定。为了准确掌握机组和系统真实的一次调频能力，需要进行在线确定锅炉蓄热系数。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的缺陷，本发明实施例提供一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法及装置。
6.本发明实施例提供一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，包括：将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值；其中，锅炉通过空间分段的方法建模为前后连接的多个换热单元；将所述模型参数及所述换热单元的所述热力状态量的初始值输入至所述锅炉动态模型；读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号；响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对所述换热单元的所述热力状态量进行迭代计算，并根据所述迭代计算得到的所述热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新所述换热单元的所述热力状态量的初始值；响应于所述累计仿真时间大于或等于所述一次调频时间，得到所述换热单元的所述热力状态量的输出结果；根据所述热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，根据所述各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数。
7.本发明实施例还提供一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算装置，包括：锅炉稳态模型求解模块，用于：将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值；其中，锅炉通过空间分段的方法建模为前后连接的多个换热单元；锅炉动态模型求解模块，用于：将所述模型参数及所述换热单元的所述热力状态量的初始值输入至所述锅炉动态模型；读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号；响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对所述换热单元的所述热力状态量进行迭代计算，并根据所述迭代计算得到的所述热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新所述换热单元的所述热力状态量的初始值；响应于所述累计仿真时间大于或等于所述一次调频时间，得到所述换热单元的所述热力状态量的输出结果；锅炉蓄热系数计算模块，用于：根据所述热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，根据所述各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数。
8.本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法的步骤。
9.本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法的步骤。
10.本发明实施例还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法的步骤。
11.本发明实施例提供的于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法及装置，通过将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值，将模型参数及换热单元的热力状态量的初始值输入至锅炉动态模型，读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号，响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对换热单元的热力状态量进行迭代计算，并根据迭代计算得到的热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新换热单元的热力状态量的初始值，响应于累计仿真时间大于或等于一次调频时间，得到换热单元的热力状态量的输出结果，根据热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，根据各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数，能够根据实时监测数据确定当前工况下的蓄热系数，为运行中准确掌握火电机组和系统的一次调频能力提供了一种有效的手段。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。
13.图1是本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法的流程示意图之一；
14.图2是本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法中锅炉稳态模型的求解过程示意图；
15.图3是本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法中锅炉动
态模型的求解过程示意图；
16.图4是本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法的流程示意图之二；
17.图5是本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算装置的结构示意图；
18.图6是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
19.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.图1是本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法的流程示意图之一。如图1所示，该方法包括：
21.步骤101、将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值；其中，锅炉通过空间分段的方法建模为前后连接的多个换热单元。
22.建立描述锅炉的传热与流动的锅炉模型。通过空间分段的方法表征工质的分布参数特性，将锅炉模型建模为前后连接的n个换热单元，并基于流体热容引起的延迟效应将各段换热单元连接。为便于分析，换热单元的长度可以是相同的。
23.将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值。其中，锅炉运行数据包括锅炉的入口工质温度、出口工质温度、入口工质压力、出口工质压力以及工质流量。当火电机组达到稳态时，各处工质的工质流量相同，各处金属壁温及工质温度不随时间变化。
24.稳态下的热力状态量可以作为锅炉动态模型求解时的初始值输入锅炉动态模型。锅炉进口和出口的热力状态量已经利用dcs采集获取，中间换热单元的热力状态量可以基于dcs采集数据及稳态锅炉模型计算得到，并可以在计算过程中确定模型中未知的模型参数。
25.步骤102、将所述模型参数及所述换热单元的所述热力状态量的初始值输入至所述锅炉动态模型；读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号；响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对所述换热单元的所述热力状态量进行迭代计算，并根据所述迭代计算得到的所述热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新所述换热单元的所述热力状态量的初始值；响应于所述累计仿真时间大于或等于所述一次调频时间，得到所述换热单元的所述热力状态量的输出结果。
26.将模型参数及换热单元的热力状态量的初始值输入至锅炉动态模型，进行锅炉动态模型的求解。在锅炉动态模型的求解中，根据仿真时间步长逐步仿真求解，并累计仿真时间。可以设置一个累计仿真时间tm，并设置tm的初始值为δt。其中，δt为仿真时间步长，可以取值为工质流经换热单元的时延。可以认为工质流经各个换热单元的时延均相等。响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对换热单元的热力状态量进行迭代计算，并根据
迭代计算得到的热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新换热单元的热力状态量的初始值；响应于累计仿真时间大于或等于一次调频时间，得到换热单元的热力状态量的输出结果。
27.步骤103、根据所述热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，根据所述各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数。
28.得到各个换热单元的热力状态量的输出结果后，可以根据各个换热单元的热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，并根据各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数。
29.本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，通过将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值，将模型参数及换热单元的热力状态量的初始值输入至锅炉动态模型，读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号，响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对换热单元的热力状态量进行迭代计算，并根据迭代计算得到的热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新换热单元的热力状态量的初始值，响应于累计仿真时间大于或等于一次调频时间，得到换热单元的热力状态量的输出结果，根据热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，根据各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数，能够根据实时监测数据确定当前工况下的蓄热系数，为运行中准确掌握火电机组和系统的一次调频能力提供了一种有效的手段。
30.根据本发明实施例提供的一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，所述模型参数包括传热速率和阻力系数；所述将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值，包括：将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型；设定所述传热速率和所述阻力系数的初值；设置换热单元序号的初始值为1；判断所述换热单元序号是否小于所述换热单元的总数量；响应于所述换热单元序号小于所述换热单元的总数量，则针对所述换热单元序号对应的所述换热单元，根据是否满足预设收敛条件，迭代计算所述热力状态量或转到下一所述换热单元进行处理；响应于所述换热单元序号大于或等于所述换热单元的总数量，则根据最后一个换热单元的预设的热力状态参数与所述锅炉模型出口的相应所述锅炉运行数据的比较结果，更新所述传热速率和所述阻力系数后循环处理，或者输出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值。
31.锅炉模型(包括锅炉稳态模型和锅炉动态模型)中未知的模型参数包括传热速率和阻力系数。在将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值时，执行如下过程：
32.将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型；设定传热速率和阻力系数的初值；设置换热单元序号的初始值为1；判断换热单元序号是否小于换热单元的总数量n；响应于换热单元序号小于换热单元的总数量n，则针对换热单元序号对应的换热单元，根据是否满足预设收敛条件，迭代计算热力状态量或转到下一换热单元进行处理；其中，若满足收敛条件，转到下一换热单元进行处理；若不满足收敛条件，迭代计算热力状态量；响应于换热单元序号大于或等于换热单元的总数量，则根据锅炉模型最后一个换热单元的预设的热力状态参数与锅炉模型出口的相应锅炉运行数据的比较结果，更新传热速率和阻力系数后循环处理，或者输出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值。
33.根据锅炉模型最后一个换热单元的预设的热力状态参数与锅炉模型出口的相应锅炉运行数据的比较结果，若结果收敛，则根据当前的计算结果输出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值；若结果不收敛，则更新传热速率和阻力系数后循环处理。其中，更新传热速率和阻力系数后循环处理，是指更新传热速率和阻力系数后从设置换热单元序号的初始值为1重复执行上述步骤。
34.本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，实现了模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值的准确确定。
35.根据本发明实施例提供的一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，所述迭代计算所述热力状态量或转到下一所述换热单元进行处理，包括：设定工质定性温度，根据所述工质定性温度计算工质物性参数，根据所述工质物性参数及所述锅炉稳态模型计算下一段换热单元的热力状态量，根据所述热力状态量计算所述换热单元内的工质平均温度；其中，所述工质物性参数包括定压比热容，所述热力状态量包括入口工质温度，工质压力、工质密度及金属壁温；响应于所述平均工质温度和所述工质定性温度的差值小于或等于允许误差，则将所述换热单元序号加1，转到所述判断所述换热单元序号是否小于所述换热单元的总数量的处理步骤；响应于所述平均工质温度和所述工质定性温度的差值大于允许误差，则更新所述工质定性温度后，转到所述根据所述工质定性温度计算工质物性参数的处理步骤。
36.锅炉稳态模型求解中，通过以下过程确定迭代计算热力状态量或转到下一换热单元进行处理：
37.设定工质定性温度为各个换热单元的入口工质温度，根据工质定性温度计算工质物性参数，根据工质物性参数及锅炉稳态模型计算下一段换热单元的热力状态量，根据当前处理的换热单元的热力状态量及下一换热单元的热力状态量计算当前处理的换热单元内的工质平均温度；工质平均温度可以取值为换热单元的入口工质温度和出口工质温度的平均值。换热单元的出口工质温度即下一换热单元的入口工质温度。其中，工质物性参数包括定压比热容，热力状态量包括入口工质温度，工质压力、工质密度及金属壁温。
38.响应于平均工质温度和工质定性温度的差值小于或等于设置的允许误差，则将换热单元序号加1，转到判断换热单元序号是否小于换热单元的总数量的处理步骤，即开始对下一换热单元进行处理，根据下一换热单元的热力状态量可以得到再下一换热单元的热力状态量。
39.响应于平均工质温度和工质定性温度的差值大于设置的允许误差，则更新工质定性温度后，转到根据工质定性温度计算工质物性参数的处理步骤，也即根据更新的工质定性温度继续对当前的换热单元进行处理，直至当前的换热单元的平均工质温度和工质定性温度的差值小于或等于设置的允许误差，才转到下一换热单元进行处理。其中，更新工质定性温度时，可以将平均工质温度和工质定性温度的平均值作为更新后的工质定性温度。
40.本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，进一步提高了模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值确定的准确性。
41.根据本发明实施例提供的一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，所述根据最后一个换热单元的预设的热力状态参数与所述锅炉模型出口的相应所述锅炉运行数据的比较结果，更新所述传热速率和所述阻力系数后循环处理，或者输出模型参数及各
段换热单元的热力状态量的初始值，包括：响应于所述最后一个换热单元的预设的热力状态参数与所述锅炉模型出口的相应所述锅炉运行数据的差值大于允许误差，则更新所述传热速率和所述阻力系数，转到所述设置换热单元序号的初始值为1的处理步骤；响应于所述最后一个换热单元的预设的热力状态参数与所述锅炉模型出口的相应所述锅炉运行数据的差值小于或等于允许误差，则根据当前的所述传热速率和所述阻力系数的取值及各段换热单元的所述热力状态量的计算结果得到模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值。
42.根据锅炉模型最后一个换热单元的预设的热力状态参数与锅炉模型出口的相应锅炉运行数据的比较结果，更新传热速率和阻力系数后循环处理，或者输出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值。
43.其中，响应于锅炉模型最后一个换热单元的预设的热力状态参数与锅炉模型出口的相应锅炉运行数据的差值大于设置的允许误差，则更新传热速率和阻力系数，转到设置换热单元序号的初始值为1的处理步骤，即根据更新的传热速率和阻力系数，重复执行从设置换热单元序号的初始值为1开始的处理过程。
44.响应于锅炉模型最后一个换热单元的预设的热力状态参数与锅炉模型出口的相应锅炉运行数据的差值小于或等于允许误差，则根据当前的传热速率和阻力系数的取值及各段换热单元的热力状态量的计算结果得到模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值，完成锅炉稳态模型的求解。
45.图2是本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法中锅炉稳态模型的求解过程示意图。如图2所示，内层迭代计算热力状态参数，外层迭代计算阻力系数f和烟气和锅炉管壁之间的传热速率qh这两个模型参数。其主要步骤包括：
46.①
根据锅炉结构参数和dcs实测数据输入运行条件(锅炉进出口的工质温度、工质压力和工质流量，其中工质流量稳态下各个位置相同)，设置换热单元的分段数为n。
47.②
设定传热速率qh和工质流动阻力系数f的初值。
48.③
从第i＝1段开始，根据dcs实测数据设定工质定性温度初值为第i段入口工质温度(对于i＝1，为省煤器出口工质温度)。
49.④
利用coolprop(工质热物性计算库)计算工质的密度与比热容，根据稳态方程(锅炉稳态模型的方程)计算第i 1段工质的入口工质温度、工质压力及金属壁温(质量流量可以通过工质压力计算)。
50.⑤
计算第i段工质的平均温度，并与定性温度比较，当大于允许误差时更新定性温度(可以是根据定性温度和平均温度的平均值更新定性温度，定性温度变，密度和定压比热容变化)，并重复步骤
④
；当小于允许误差时，i＝i 1。
51.⑥
当i≥n时，比较第n段工质的温度(可以是第n段出口的工质温度)、工质压力与dcs实测的主蒸汽温度、工质压力(指锅炉出口的工质温度和工质压力)的差值。差值大于允许误差时则更新传热速率和阻力系数，重复步骤
③
、
④
、
⑤
；差值小于允许误差时则停止迭代，输出传热速率和阻力系数以及各段工质的温度、压力、密度和金属壁温，得到模型参数及各个换热单元的热力状态量的初始值。在比较第n段工质的温度、压力与dcs实测的主蒸汽温度、压力的差值时，工质的温度和压力中的其中一个大于允许误差则认为差值大于允许误差。温度和压力对应的允许误差可以分别设置。
52.本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，进一步提高了模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值确定的准确性。
53.根据本发明实施例提供的一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，所述锅炉稳态模型表示为：
[0054][0055]
其中，t
c,i 1
表示第i 1段换热单元的入口工质温度，t
w,i
表示第i段换热单元的金属壁温，kae表示汽水工质与管壁之间的传热系数，g
c,i
表示第i段换热单元汽水工质的热容流量，t
c,i
表示第i段换热单元的入口工质温度，qh表示烟气和锅炉管壁之间的所述传热速率，li表示第i段换热单元的长度，p
c,i 1
表示第i 1段换热单元的工质压力，p
c,i
表示第i段换热单元的工质压力，f表示所述阻力系数，表示第i段换热单元的工质流量；ac表示工质通流横截面积，ρ
c,i
表示第i段换热单元的工质密度，表示第i 1段换热单元的工质流量。
[0056]
其中，g
c,i
表示第i段换热单元汽水工质的热容流量，等于质量流量和定压比热容c
c,p,i
的乘积。f表示所述阻力系数，和管壁摩擦系数及管道截面积相关。
[0057]
本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，实现了锅炉稳态模型的合理建模。
[0058]
根据本发明实施例提供的一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，所述逐段对所述换热单元的所述热力状态量进行迭代计算，并根据所述迭代计算得到的所述热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新所述换热单元的所述热力状态量的初始值，包括：逐段对所述换热单元进行处理；其中，在对当前的处理单元进行处理时，设定工质定性温度，根据所述工质定性温度计算工质物性参数，根据所述工质物性参数及所述锅炉动态模型计算下一换热单元的热力状态量，根据当前处理的所述换热单元的所述热力状态量的初始值及下一所述换热单元的所述热力状态量计算当前处理的所述换热单元内的工质平均温度；其中，所述工质物性参数包括定压比热容，所述热力状态量包括入口工质温度，工质压力、工质密度及金属壁温；响应于所述平均工质温度和所述工质定性温度的差值小于或等于允许误差，当前所述换热单元处理完毕，开始对下一所述换热单元进行处理；响应于所述平均工质温度和所述工质定性温度的差值大于允许误差，更新所述定性温度，对当前所述换热单元进行重复处理；直至处理完毕各个所述换热单元后，将所述累计仿真时间增加一个仿真时间步长，根据各个所述换热单元的所述热力状态量的计算结果更新所述热力状态量的初始值，转到读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号的处理步骤。
[0059]
在根据仿真时间步长对换热单元迭代处理的过程中，当前换热单元满足收敛条件(平均工质温度和工质定性温度的差值小于或等于允许误差)后，再对下一换热单元进行处
理。所有的换热单元处理完毕后，再开始下一仿真时间步长的处理，直至累计仿真时间大于或等于一次调频时间，得到各个换热单元的热力状态量的输出结果。
[0060]
图3是本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法中锅炉动态模型的求解过程示意图。锅炉动态模型的求解过程可以理解为一次调频时间内热力状态量及相关参数的获取过程。如图3所示，该方法包括：
[0061]
①
输入模型参数、各段工质的温度、压力、密度和金属壁温等状态量初值。
[0062]
②
读取当前时刻的阀门开度。
[0063]
③
判断累计仿真时间t是否小于一次调频时间tm，若累计仿真时间t大于或等于一次调频时间tm，输出各段工质的温度、压力、密度和金属壁温等状态量。
[0064]
④
若累计仿真时间t小于一次调频时间tm，根据质量守恒计算下一步长各段工质的工质密度。
[0065]
⑤
设定各段工质定性温度初值为入口工质的温度，利用coolprop计算工质压力和定压比热容。
[0066]
⑥
根据动态方程计算下一步长各段工质的温度、压力、流量。
[0067]
⑦
计算各段换热单元工质进出口温度的平均值，并与定性温度比较，当大于允许误差时更新定性温度，并重复步骤
⑤
、
⑥
。
[0068]
⑧
否则令t＝t delta_t(delta_t为仿真时间步长)，更新状态量的初值，重复步骤
②
至
⑦
。
[0069]
需要说明的，多个实施例中均采用了允许误差的表述，为简单起见，并未对允许误差进行区分。但可以理解的，允许误差的值可以根据具体的应用进行设置。
[0070]
本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，实现了一次调频过程中锅炉热力状态量的动态求解。
[0071]
根据本发明实施例提供的一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，所述锅炉动态模型表示为：
[0072][0073]
其中，t
c,i 1
(t)表示t时刻第i 1段换热单元的入口工质温度，t表示时间，δt
c,i
表示工质流经第i段换热单元的时延，t
w,i
(t-δt
c,i
)表示t-δt
c,i
时刻第i段换热单元的金属壁温，kae表示汽水工质与管壁之间的传热系数，g
c,i
表示第i段换热单元汽水工质的热容流量，t
c,i
(t-δt
c,i
)表示t-δt
c,i
时刻第i段换热单元的入口工质温度，t
c,i
(t)表示t时刻第i段换热单元的入口工质温度，t0表示金属管壁和工质的换热时间常数，qh表示烟气和锅炉管壁之间的所述传热速率，li表示第i段换热单元的长度，t
w,i
(t-δt
c,i
)表示t-δt
c,i
时刻第i
段换热单元的金属壁温，ac表示工质通流横截面积，ρ
c,i
表示第i段换热单元的工质密度，表示第i段换热单元的工质流量，表示第i 1段换热单元的工质流量，p
c,i
表示第i段换热单元的工质压力，p
c,i 1
表示第i 1段换热单元的工质压力，f表示阻力系数。
[0074]
本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，实现了锅炉动态模型的合理建模。
[0075]
根据本发明实施例提供的一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，所述根据所述各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数，包括：根据所述各段换热单元的所述蓄热系数的变化趋势划分为两个蓄热容积；将各个所述蓄热容积内的所述换热单元的所述蓄热系数相加得到相应所述蓄热容积的蓄热系数。
[0076]
对于ieee标准锅炉模型，划分为两个蓄热容积。在求解ieee标准锅炉模型的蓄热系数时，根据各段换热单元的蓄热系数的变化趋势划分为两个蓄热容积，分别将各个蓄热容积内的换热单元的蓄热系数相加得到相应蓄热容积的蓄热系数，从而得到ieee标准锅炉模型的蓄热系数。
[0077]
本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，实现了ieee标准锅炉模型的蓄热系数的获取。
[0078]
根据本发明实施例提供的一种用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，所述热力状态量包括工质压力及工质流量，所述根据所述热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，表示为：
[0079][0080]
其中，ci表示第i段换热单元的蓄热系数，t1表示锅炉动态模型仿真求解的开始时刻，te表示锅炉动态模型仿真求解的结束时刻，表示t时刻第i段换热单元的工质流量，表示t时刻第i 1段换热单元的工质流量，表示t1时刻第i段换热单元的工质压力，表示te时刻第i段换热单元的工质压力，pn表示机组工质额定压力，表示机组工质额定流量。
[0081]
本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，实现了换热单元对应的蓄热系数的准确获取。
[0082]
图4是本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法的流程示意图之二。如图4所示，该方法包括：
[0083]
s1)：建立锅炉的传热与流动模型。通过空间分段的方法表征工质的分布参数特性，并基于流体热容引起的延迟效应将各段换热单元连接。
[0084]
s2)：锅炉模型中的结构参数由锅炉结构和热力说明书计算确定。将机组dcs采集工质的温度、压力、流量等运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及热力状态量的初始值。
[0085]
根据实际火电机组的锅炉设计手册及受热面规格参数表计算换热器长度li、工质通流横截面积ac、管壁金属热容cw、传热系数kae等锅炉结构参数，取dcs采集数据中省煤器
出口工质温度和压力作为锅炉模型第1段换热单元工质的热力状态参数，取主蒸汽温度和主蒸汽压力作为锅炉模型第n段工质的热力状态参数，取主蒸汽流量作为各段工质的流量。
[0086]
在稳态形式的锅炉模型中，每一段换热单元工质的状态参数可由上一段换热单元工质的状态参数得到。因此，当锅炉进口工质的温度、压力和流量已知，模型参数确定，可逐段递推得到锅炉出口工质的温度和压力。如图2所示，将计算值和实测的锅炉出口工质的温度、压力相减，迭代求解，得到模型参数qh和f，并得到各段换热单元的热力状态量的初始值。
[0087]
s3)：对锅炉动态模型施加阀门开度阶跃信号，对各段换热单元的热力状态量逐段进行迭代计算，并根据设置的计算步长逐步更新各段换热单元的热力状态量初始值。
[0088]
对锅炉模型在稳态时刻t1施加阀门开度阶跃信号，如图3所示，需要在每步求解时考虑工质的物性、温度及换热量的耦合关系，进行迭代求解。基于结构参数、模型参数和热力状态量的初始值，对各段换热单元的热力状态量逐段进行迭代计算，并根据设置的计算步长逐步更新各段换热单元的热力状态量初始值。
[0089]
s4)：根据净流量的积分值与压力变化量计算各段换热单元的蓄热系数，并根据蓄热系数的变化趋势划分蓄热容积，各部分蓄热系数相加即为该蓄热容积的蓄热系数，得到ieee标准锅炉模型的蓄热系数。
[0090]
经过动态模型的求解，工质压力由p
i,t1
变为p
i,te
，根据净流量的积分值与压力变化量计算各段换热单元的蓄热系数，进而得到锅炉蓄热系数。
[0091]
本发明实施例提供一种适用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，包括：构建火电机组锅炉动态的机理模型；将机组dcs采集工质的温度、压力、流量等运行数据输入稳态下的计算模型，迭代计算出模型参数及热力状态参数初始值。接下来，基于锅炉动态模型，通过阀门开度阶跃仿真计算出锅炉蓄热系数。在阀门开度阶跃仿真中，基于结构参数、模型参数和热力状态量的初始值，对各段换热单元的热力状态量逐段进行迭代计算，并根据设置的计算步长逐步更新各段换热单元的热力状态量初始值。根据净流量的积分值与压力变化量计算各段换热单元的蓄热系数，并根据蓄热系数的变化趋势划分蓄热容积，得到ieee标准锅炉模型的蓄热系数。本发明实施例能够根据dcs实时监测数据确定当前工况下的蓄热系数，为运行中准确掌握火电机组和系统的一次调频能力提供了一种有效的方法。
[0092]
需要说明的是，本实施例所给出的多个优选实施方式，在逻辑或结构相互不冲突的前提下，可以自由组合，本发明对此不做限定。
[0093]
下面对本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算装置进行描述，下文描述的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算装置与上文描述的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法可相互对应参照。
[0094]
图5是本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算装置的结构示意图。如图5所示，该装置包括锅炉稳态模型求解模块10、锅炉动态模型求解模块20及锅炉蓄热系数计算模块30，其中：锅炉稳态模型求解模块10用于：将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值；其中，锅炉通过空间分段的方法建模为前后连接的多个换热单元；锅炉动态模型求解模块20用于：将所述模型参数及所述换热单元的所述热力状态量的初始值输入至所述锅炉动态模型；读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号；响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对所述换热
单元的所述热力状态量进行迭代计算，并根据所述迭代计算得到的所述热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新所述换热单元的所述热力状态量的初始值；响应于所述累计仿真时间大于或等于所述一次调频时间，得到所述换热单元的所述热力状态量的输出结果；锅炉蓄热系数计算模块30用于：根据所述热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，根据所述各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数。
[0095]
本发明实施例提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算装置，通过将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值，将模型参数及换热单元的热力状态量的初始值输入至锅炉动态模型，读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号，响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对换热单元的热力状态量进行迭代计算，并根据迭代计算得到的热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新换热单元的热力状态量的初始值，响应于累计仿真时间大于或等于一次调频时间，得到换热单元的热力状态量的输出结果，根据热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，根据各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数，能够根据实时监测数据确定当前工况下的蓄热系数，为运行中准确掌握火电机组和系统的一次调频能力提供了一种有效的手段。
[0096]
图6是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(communications interface)620、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，该方法包括：将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值；其中，锅炉通过空间分段的方法建模为前后连接的多个换热单元；将所述模型参数及所述换热单元的所述热力状态量的初始值输入至所述锅炉动态模型；读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号；响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对所述换热单元的所述热力状态量进行迭代计算，并根据所述迭代计算得到的所述热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新所述换热单元的所述热力状态量的初始值；响应于所述累计仿真时间大于或等于所述一次调频时间，得到所述换热单元的所述热力状态量的输出结果；根据所述热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，根据所述各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数。
[0097]
此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0098]
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方
法，该方法包括：将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值；其中，锅炉通过空间分段的方法建模为前后连接的多个换热单元；将所述模型参数及所述换热单元的所述热力状态量的初始值输入至所述锅炉动态模型；读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号；响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对所述换热单元的所述热力状态量进行迭代计算，并根据所述迭代计算得到的所述热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新所述换热单元的所述热力状态量的初始值；响应于所述累计仿真时间大于或等于所述一次调频时间，得到所述换热单元的所述热力状态量的输出结果；根据所述热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，根据所述各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数。
[0099]
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的用于一次调频分析的锅炉蓄热系数计算方法，该方法包括：将采集的锅炉运行数据输入锅炉稳态模型，计算出模型参数及各段换热单元的热力状态量的初始值；其中，锅炉通过空间分段的方法建模为前后连接的多个换热单元；将所述模型参数及所述换热单元的所述热力状态量的初始值输入至所述锅炉动态模型；读取当前仿真时间步长的阀门开度阶跃信号；响应于累计仿真时间小于一次调频时间，逐段对所述换热单元的所述热力状态量进行迭代计算，并根据所述迭代计算得到的所述热力状态量及设置的仿真时间步长逐步更新所述换热单元的所述热力状态量的初始值；响应于所述累计仿真时间大于或等于所述一次调频时间，得到所述换热单元的所述热力状态量的输出结果；根据所述热力状态量的输出结果计算各段换热单元的蓄热系数，根据所述各段换热单元的蓄热系数得到锅炉蓄热系数。
[0100]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0101]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0102]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。