262型供热式汽轮机调峰范围的预测方法

第57卷第2期2015年4月汽轮机技术TURBINETECHNOL0GYVOL_57NO2APR2015C330262型供热式汽轮机调峰范围的预测方法张颖，姜延灿，邓彤天，吕泰萍，李勇1贵州电力试验研究院，贵阳550001；2东北电力大学能源与动力工程学院，吉林132012摘要随着电网负荷的峰谷差越来越大和供热机组容量的不断增加，给电网的稳定性和调度带来了较大的困难。由于供热机组受到供热负荷的限制，导致其低负荷调峰能力受到一定的影响。给出一种适用于不同工况、不同采暖抽汽量下较为简单快捷的供热式汽轮机调峰范围预测方法，并以某C330262167049538538型汽轮机为例，对其在一段时间内的电功率进行了预测计算。所提出的预测方法对于供热机组参与调峰有一定的指导意义。关键词供热式汽轮机；工况图；调峰范围；预测分类号TM6111文献标识码A文章编号10015884201502013903PREDICTIONMETHODOFTHELOADREGULATIONRANGEOFC330262TYPECOGENERATIONSTEAMTURBINEZHANGYING，BANGYANCAN，DENGTONGTIAN，LVTAIPING，LIYONG1GUIZHOUELECTRICPOWERTESTRESEARCHINSTITUTEGUIYANG550001，CHINA2SCHOOLOFENERGYANDPOWERENGINEERING，NORTHEASTDIANLIUNIVERSITY，JILIN132012，CHINAABSTRACTWITHTHEINCREASINGOFELECTRICPOWERSYSTEMPEAKVALLEYGAPANDTHECAPACITYOFCOGENERATIONUNIT，THEREARESOMEDIFFICULTYFORTHESTABILITYANDDISPATCHINGOFTHEPOWERSYSTEMTHEABILITYOFPEAKLOADREGULATIONOFCOGENERATIONUNITISINFLUENCEDDUETOTHELIMITATIONOFHEATINGLOADINTHISPAPERTHELOADREGULATIONRANGEPREDICTIONMETHODOFCOGENERATIONSTEAMTURBINEISGIVENWHICHISSUITABLEFORDIFFERENTCONDITIONSUNDERTHEDIFFERENTHEATINGLOADTAKINGC330262167049538538TYPESTEAMTURBINEASANEXAMPLE，THEELECTRICITYLOADISPREDICTEDTHEPREDICTIONMETHODPROPOSEDINTHISPAPERHASCERTAINGUIDINGSIGNIFICANCEFORPEAKLOADREGULATIONOFCOGENERATIONUNITKEYWORDSCOGENERATIONSTEAMTURBINE；WORKINGCONDITIONFIGURE；LOADREGULATIONRANGE；PREDICTION0前言随着电网负荷的峰谷差越来越大和供热机组容量的不断地增加，尤其是各种新能源发电的不断介入，电网迫切希望供热机组参与电网低负荷调峰。但是，供热机组由于受到供热负荷的限制，又导致其低负荷调峰能力受到一定的影响。如何在保证供热机组安全满足热负荷要求的前提下，挖掘供热式汽轮机的调峰潜力，预测其调峰能力，受到了电厂运行和电网调度部门的普遍关注。目前，已经有不少文献报道供热机组参与调峰的相关研究。文献1，2开发了供热机组在线监测与调度支持技术研究，实现了供热机组运行特性的在线监测。文献3对调节抽汽式汽轮机参与电网调峰的负荷特性进行了分析，对供热机组参与调峰所允许的最低负荷进行了研究。文献4给出了供热机组电功率与主蒸汽流量和供热抽汽量之间的关系，并给出了最大和最小主蒸汽流量与供热抽汽量之间的关系，但其未考虑到由于锅炉最低稳定燃烧负荷对主蒸汽流量的限制。为此，本文首先对制造厂家给出的供热式汽轮机的工况图进行了分析。然后，在考虑到锅炉最低稳定燃烧负荷的基础上，根据汽轮机工况图拟合出汽轮机电功率与主蒸汽流量和供热抽汽量之间的关系，并通过拟合出的函数对供热式汽轮机调峰范围进行了预测。最后，以C330262167049538538型汽轮机为例，对其调峰范围进行了预测。本文的工作对于根据热负荷预测调峰范围，提供了简单快捷的计算办法，且精度较高；这也为减少电网调峰压力及电网负荷的稳定性提供了支持和保障。1供热式汽轮机工况图简介供热式汽轮机的工况图是根据设计参数设定的，各个参数及运行条件也均是在设计工况下。它是表示汽轮机的主蒸汽流量、采暖供热抽汽量和功率之间关系的曲线，由一系列的抽汽流量工况线、最大主蒸汽流量工况线、最小排汽流量工况线、最小功率限制工况线共同组成，其横坐标为功率，纵坐标为主蒸汽流量。其中，抽汽量流量工况线是一组分别表示不同抽汽量的互相平行的曲线，在同一功率下，抽汽量越大，其对应的主蒸汽流量越大；最大主蒸汽流量工况线是表示供热式汽轮机的最大主蒸汽流量的曲线，也是供热式收稿日期20141126基金项目南方电网资助项目KGZ2012135。作者简介张颖1973一，男，高级工程师，主要从事发电厂汽机性能优化及节能经济运行研究。140汽轮机技术第57卷汽轮机最大功率的一个主要限制条件；最小排汽流量工况线，又称最小凝汽量工况线，其表示为避免低压端因鼓风摩擦损失产生的温度过高危及安全所需要的最小流量，其值一般为低压端设计流量的510，也是最小功率的限制条件之一；最小功率限制工况线是指供热式汽轮机允许的最小功率出力，即供热汽式轮机维持运行的最小发电功率。在工况图的使用中，多为已知主蒸汽流量和采暖抽汽量来确定功率的值，其具体操作方法为首先根据已知的主蒸汽流量，在纵坐标中找到该点并做垂直于纵坐标的直线，然后使该直线与已知的采暖抽汽量所确定的曲线相交，最后从交点做纵坐标的平行线与横坐标相交，则该交点即为该主蒸汽流量和采暖抽汽量下所对应的功率值。因此，根据供热式汽轮机的工况图，当已知汽轮机的主蒸汽流量、采暖供热抽汽流量和功率这3个量中的任意两个时，便可确定出第三个量值；当已知3个量中的一个时，便可以计算出另外两个量的变化范围。当考虑到供热机组参与调峰的工况时，主要关心在一定供热负荷下电负荷的情况，所谓的调峰范围指的也就是在一定热负荷下安全运行时电负荷的范围。图1为C330262167049538538型汽轮机的工况图曼最大流量限制，最D,TL汽流量40，最限制线GZL,YJ功警J限_希U线最，可L线；图1C330262167049538538型汽轮机的工况图符号说明GZ排汽量，TH；G采暖抽汽量，TH。计算条件主汽压力167MPA，主汽温度538C，采暖抽汽压力049MPA。使用说明在本工况图上，已知主汽流量、采暖抽汽量、功率3个参数中的两个，就可以查出另外一个量。例主汽量1000TH，采暖抽汽量300TH，由工况图可查出功率为275OMW。由图1可见，该工况图的适用条件为主蒸汽压力为167MPA，主蒸汽温度为538，采暖抽汽压力为049MPA，且汽轮机排汽压力及回热系统相关参数均为设计值。借助于该工况图，可以得到在任意功率与主蒸汽流量及采暖抽汽量之间的关系。例如，在此参数条件下，根据工况图得出当主蒸汽流量为1000TH，采暖抽汽量为300TH时，其功率为2750MW；当采暖抽汽量为300TH时，主蒸汽流量的变化范围为668TH1O00TH，功率的变化范围为172MW308MW。2工况图拟合的方法在实际工程中，工况图的使用较为频繁，而查询工况图的方法操作起来比较繁琐，所以本文对于工况图进行函数拟合，以便于工程上的使用。本文所运用的拟合办法为ORIGIN中的回归分析法。21回归分析法简介拟合又称为回归分析，所谓回归分析就是找到一种有效的相互关系来处理变量与变量联系的数理统计方法。运用这种数学方法可以从大量已知的散点数据中寻找出能反映该数据内部的一些统计规律，并以数学模型的形式表达出来，这个数学模型就是回归方程，即拟合的函数方程。回归分析是处理变量之间相互关系的一种较为有效的方法，它不仅提供了经验公式来便于建立变量之间的数学表达式，而且还利用统计学中的抽样理论来检验拟合方程的准确性；同时也可以根据一个或者几个变量的值，来预测或者控制其它变量的取值。22回归分析的过程在进行回归分析，即函数拟合时，具体的步骤如下1确定变量。这里主要是包括确定变量的个数、自变量与因变量，这些确定后有利于后面数学模型的选取。2数学模型的确定。即确定因变量与自变量之间的关系。在确定模型时，首先要注意的是尽可能寻找即能较好的表达因变量与白变量之间的关系又简单的模块，因为模块越简单，处理就越方便，思路也就更加清晰明了；其次就是要关注参数和模型的实际物理意义，因为拟合是用来解决实际问题的，并不只是简单的数学统计。3在确定模型之后，就可用ORIGIN软件进行函数的拟合，拟合时要确保因变量与自变量之间的区别，选择好范围。4在拟合出函数之后，应根据拟合结果对相关的系数进行检验；若拟合效果不是很理想，可重新修改模型或模型的参数来再次进行拟合。23拟合结果分析在拟合过程中，对数据进行拟合仅是完成了一部分的工作，还需要多拟合结果进行分析，并看是否能改善拟合函数的效果，使其能够更好地表达出因变量与自变量之问关系。对于拟合结果的分析，不论是线性拟合还是非线性拟合，其解释方法基本相同。通常情况下，主要是通过拟合的决定系数、加权卡方检验系数及残差图来分析拟合结果的优劣。所谓的决定系数是根据最小二乘法计算出来了，该计算方法是曲线拟合中检验参数常用的办法。一般情况下，决定系数越小，则拟合效果越好。加权卡方检验系数是对拟合优度的定量判断，其值越接近1，表明拟合效果越好；同时它受拟合数据点数量的影响，数据点数量的增加可提高该值。所谓残差就是指观测值与预测值拟合值之间的差，即是实际观察值与回归估计值的差；残差散点图可以提供较多的有用信息，通过它可以验证数学模型假设是否正确及如何改善模型等。例如，如果残差散点图显示为无序的，则表明拟合效果较好。对于改善模型方面，若残差散点图呈现出具有一定曲率的分布，则表明应该采用更高次数的模型进行拟合，这样可能会获得更好地拟合效果。本文主要是对功率与主蒸汽流量及采暖抽汽流量之间的关系进行函数拟合，所以根据自变量与因变量的数目及关系选择了多元线性拟合，如式1所示第2期张颖等C330262型供热式汽轮机调峰范围的预测方法141YAB11十B22B1式中，、表示自变量；Y表示因变量；B、B、B为系数，A为常量。多元线性拟合主要依据最小二乘法原理，通过对微分方程求偏导，从而解除各个系数，从而得到最终的定量公式。由于拟合的函数是在设计条件下的，当运行参数变化时，可以对结果进行修正，便可应用于其它工况下。3预测调峰范围的具体方法31采暖抽汽量的预测在调峰预测时，首先要确定次日的采暖抽汽量。次日采暖抽汽量的预测可采用两种方式一种是根据供热式汽轮机近日采暖抽汽量的统计规律来确定次日的采暖抽汽量；另一种是供热式汽轮机依照其供热范围的实际情况和设备状况申报次日采暖抽汽量的计划。第一种方式能够自动完成次日采暖抽汽量的预测，较为简单、省力，不过由于没有考虑到汽轮机的状况和热用户变化，在汽轮机出现异常或用户用热量波动较大时，其预测结果将出现较大的偏差，预测的精度也会随之下降；而第二种方式需人工填报，工作较为繁琐，但由于充分考虑了汽轮机的实际状态和供热范围的实际状况，其预测结果较为准确。本文采用两种相结合的方法，以第一种为主，第二种为辅。32最大功率的预测在保持外界热负荷稳定不变的情况下，汽轮机的最大功率受汽轮机最大主蒸汽流量以及汽轮机最大出力的限制。本文主要是在确定最大主蒸汽流量和采暖抽汽量后，根据拟合函数计算出相应的最大功率，并将该功率与汽轮机最大出力做对比，取较小值作为该采暖抽汽量下的最大功率。33最小功率的预测在保持外界热负荷稳定不变的情况下，汽轮机的最小功率主要受到最小主蒸汽量和汽轮机最小出力的限制。本文是在确定最小主蒸汽流量和采暖抽汽量后，根据拟合函数计算出相应的最小功率，并用该功率与汽轮机最小出力做对比，取较大值作为该采暖抽汽量下的最小功率。在预测出供热式汽轮机最大功率和最小功率的基础上，便可以预测该供热式汽轮机在该采暖抽汽量下的调峰范围。4实例分析本文以C330262167049538538型汽轮机为例，采用ORIGIN对其工况图和最大、最小主蒸汽流量与供热抽汽量之间的关系进行拟合，拟合结果如下PF03057DO一016436D十19586582D011003DO48068571022986D00013D275D5504D048196222046236D0000381059D0D2755式中，P表示发电机输出功率，MW；D。、DDMA、D、D分别表示主蒸汽流量、最大主蒸汽流量、最小主蒸汽流量和供热抽汽量，TH。运用该拟合结果，本文对工况图中给出的不同采暖抽汽量的调峰范围进行了预测，并与之实际情况相对比，其结果见表1。表1在不同采暖抽汽量下预测值及工况图值对比由表1可以看出，该预测方法预测的