一种供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法及系统与流程

本发明涉及电力系统仿真，尤其涉及一种供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法及系统。

背景技术：

1、随着新能源的高速发展，新能源在电网中的占比将不断增加，但是清洁能源的随机性和不可控性将给电网调峰带来很大挑战。同时随着用电需求的增加，大量的火电机组需要参与深度调峰，保持低负荷运行。

2、在我国热电联产机组供热模式中，较为常见的供热模式是抽汽供热模式。传统热电联产机组大多采用汽轮机中压缸做功后的部分蒸汽直接抽出对外进行供热抽汽。国内大型热电联产常规抽气系统就是用中压缸排汽抽汽供热，可这种模式提供的蒸汽的参数往往较高，高于热网所需求的蒸汽参数。因此，尽管从理论上来说，热电联产的能源综合利用效率可达80％以上，但是由于供热蒸汽参数和热网参数的不匹配，在热交换的过程中难免造成能量的大量损失，目前抽汽供热机组最高能量转换效率低于40％，由此可见热电联产机组部分抽汽供热模式仍然拥有较大的提升空间。在这种供热模式中，进一步深入挖掘机组的提升潜力，优化机组的供热模式，更好的实现能级匹配和能量的利用，需要详细分析用于表征供热机组热电耦合特性的供热机组安全运行可行域。

3、综上所述，需要提出一种供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法，既满足深度调峰需求的同时，又满足对供热机组热电耦合特性的分析需求。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明提供了一种供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法及系统，能够解决背景技术中提到的问题。

4、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，一种供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法，包括：

5、基于目标供热机组内部各环节与电力系统的关联关系，结合热-电能量转化传递的仿真要求，选取建立仿真模型所需组件；

6、将所述建立仿真模型所需组件分类组合为五个子系统，并结合热力学、能量传递及转换规律，分别建立所述子系统的仿真模型，所述子系统包括锅炉子系统、汽轮机子系统、发电机子系统、回热子系统以及供热子系统；

7、根据所述子系统的仿真模型，结合目标供热机组汽水流程，将所述子系统的仿真模型进行连接，建立目标供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真模型；

8、根据所述目标供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真模型，完成对供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真。

9、作为本发明所述的供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法的一种优选方案，其中：所述将所述建立仿真模型所需组件分类组合为五个子系统，并结合热力学、能量传递及转换规律，分别建立所述子系统的仿真模型，所述子系统包括锅炉子系统、汽轮机子系统、发电机子系统、回热子系统以及供热子系统包括：

10、所述锅炉子系统的仿真模型用于接收输入的循环水与再热器再热冷端蒸汽，并输出主蒸汽与再热减温水；

11、所述汽轮机子系统的仿真模型包括高压缸、中压缸、低压缸、机械轴以及蒸汽管道；

12、所述发电机子系统的仿真模型用于将汽轮机的热功率转化为发电机的电磁功率；

13、所述回热子系统的仿真模型包括除氧器、凝汽器、回热加热器、小汽轮机、凝泵以及给水泵；

14、所述供热子系统的仿真模型用于在中压缸与低压缸连通管处开口，引出蒸汽供给至热用户，选取目标回水温度后，经过疏水泵打回除氧器入口，同时，在联通管上增加压力控制阀，控制深度调峰工况下供热压力，并通过控制抽气流量从而使热负荷达到目标值。

15、作为本发明所述的供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法的一种优选方案，其中：所述汽轮机子系统的仿真模型还包括：

16、根据汽轮机深度调峰低负荷工况运行特性，通过汽轮机组的蒸汽通流流量m'与额定设计工况下通过汽轮机组的蒸汽通流流量m的关系表征为：

17、

18、其中，m表示额定设计工况下通过汽轮机组的蒸汽通流流量，单位为t/h；m′表示深度调峰低负荷工况下通过汽轮机组的蒸汽通流流量，单位为t/h；tα表示额定设计工况下汽轮机组前的蒸汽温度，单位为℃；t′α表示深度调峰低负荷工况下汽轮机组前的蒸汽温度，单位为℃；pα表示额定设计工况下汽轮机组前的蒸汽压力，单位为mpa；p'α表示深度调峰低负荷工况下汽轮机组前的蒸汽压力，单位为mpa；pβ表示额定设计工况下汽轮机组后的蒸汽压力，单位为mpa；p'β表示深度调峰低负荷工况下汽轮机组后的蒸汽压力，单位为mpa。

19、作为本发明所述的供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法的一种优选方案，其中：所述回热子系统的仿真模型还包括：

20、在供热机组深度调峰低负荷工况运行状态时，对于除氧器的高温抽气蒸汽流量表征为

21、

22、其中，min2表示为四抽高温蒸汽入口高温抽气蒸汽流量，单位为t/h；hin2表示为四抽高温蒸汽入口焓值，单位为j；mout2表示为给水出口水流量，单位为t/h；hout2表示为给水出口水焓值，单位为j；min1表示为给水进口水流量，单位为t/h；hin1表示为给水进口水焓值，单位为j；mout1高压回热加热器疏水进口水流量，单位为t/h；hout1高压回热加热器疏水进口水焓值，单位为j。

23、作为本发明所述的供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法的一种优选方案，其中：所述回热子系统的仿真模型还包括：

24、在供热机组深度调峰低负荷工况运行状态时，对于回热加热器的两端温差表征为：

25、δt＝t1-t2

26、其中，δt表示为回热加热器中抽汽侧压力下饱和水温度与给水出口温度的差值，单位为℃；t1表示为回热加热器中抽汽侧压力下饱和水温度，单位为℃；t2表示为回热加热器中给水出口温度，单位为℃；

27、在供热机组深度调峰低负荷工况运行状态时，对于凝汽器的冷却水流量表征为：

28、

29、其中，mo表示为凝汽器冷却水流量，单位为t/h；mi表示为凝汽器凝气进口质量流量，单位为t/h；c表示为冷却水比热容，单位为j/(kg·℃)；δh表示为低压缸末级排气进口的焓值与凝结水出口的焓值差值，单位为j；δt表示为冷却介质出口温度与入口温度的差值，单位为℃。

30、作为本发明所述的供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法的一种优选方案，其中：所述供热子系统的仿真模型包括：

31、所述供热子系统的仿真模型中主蒸汽流量与供热蒸汽流量的关系表征为：

32、mheat＝mmain-msteam

33、其中，mheat是供热蒸汽流量，单位为t/h；mmain是主蒸汽流量，单位为t/h；msteam是输入低压缸的蒸汽流量，单位为t/h。

34、作为本发明所述的供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法的一种优选方案，其中：所述发电机子系统的仿真模型包括：用于将汽轮机的热功率转化为发电机的电磁功率具体表征为：

35、

36、其中，pelec是发电机的电磁功率，单位为mw；ηgen是发电机的转换效率；ηturbine是汽轮机的机械效率；是输入到汽轮机的热功率，单位为mw，ηthermal是热力循环的热效率。

37、一种供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真系统，包括：

38、选取模块，用于基于目标供热机组内部各环节与电力系统的关联关系，结合热-电能量转化传递的仿真要求，选取建立仿真模型所需组件；

39、第一模型建立模块，用于将所述建立仿真模型所需组件分类组合为五个子系统，并结合热力学、能量传递及转换规律，分别建立所述子系统的仿真模型，所述子系统包括锅炉子系统、汽轮机子系统、发电机子系统、回热子系统以及供热子系统；

40、第二模型建立模块，用于根据所述子系统的仿真模型，结合目标供热机组汽水流程，将所述子系统的仿真模型进行连接，建立目标供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真模型；

41、仿真模块，用于根据所述目标供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真模型，完成对供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真。

42、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。

43、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。

44、本发明的有益效果：本发明提出一种供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真方法及系统，基于目标供热机组内部各环节与电力系统的关联关系，结合热-电能量转化传递的仿真要求，选取建立仿真模型所需组件；将所述建立仿真模型所需组件分类组合为五个子系统，并结合热力学、能量传递及转换规律，分别建立所述子系统的仿真模型，所述子系统包括锅炉子系统、汽轮机子系统、发电机子系统、回热子系统以及供热子系统；根据所述子系统的仿真模型，结合目标供热机组汽水流程，将所述子系统的仿真模型进行连接，建立目标供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真模型；根据所述目标供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真模型，完成对供热机组低负荷工况热电耦合特性的仿真。本发明提供的技术方案中，当前主要供热抽气方案是基于额定设计工况所建立，本发明在额定设计工况供热抽气方案的基础上，实现了低负荷工况运行状态下供热抽气仿真，既满足了供热机组的发电功率深度调峰需求，又满足供热负荷的需求，进而可以表征供热机组低负荷运行工况下的热电耦合状态。综上，能提高供热机组的负荷调节能力，有利于可再生能源的大规模并网，可为实际机组的运行提供参考。