第ｌ０卷第２期 ２０１ ４年４月 沈阳工程学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） ＶＯＬ １０ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１４ 供热机组负荷优化调度方法研究 张敏 ，薛永峰 ，王漪 （１．东北电力科学研究院有限公司，辽宁沈阳１１０００６；２．辽宁省电力有限公司，辽宁沈阳１１０００６） 摘要：根据供热机组的基本特性，建立了汽轮机变工况运行时以热定电的数学模型，对供热机组以热定电的运行方式 进行在线监测，研究了供热机组最大最小负荷调度方法、快速调整负荷调度方法和节能模式下的负荷调度方法，分析了 调度实施过程中优化方式的选择、供热能力和供回水温度限额问题，提出了基于气象参数的电力与电量预测方法．实践 证明，供热机组负荷优化调度方法为电网调度决策提供了技术支撑． 关键词：供热机组；以热定电；优化调度 中图分类号：ＴＭ６２１ 文献标识码：Ａ ’文章编号：１６７３—１６０３（２０１４）０２—０１２３—０５ 供热机组可以同时承担热力和电力两种形式的负 荷，被广泛应用于解决大面积集中供热的问题中．随着 供热机组在我国北方地区电网中所占比例的日益增 加，特别是近几年来，风电行业的迅猛发展，电网负荷 再热蒸汽压力和温度；④汽轮机排汽压力；⑤工业抽汽 压力、温度和流量；⑥采暖抽汽压力、温度和流量；⑦环 境温度等，并通过子站将这些参数传送至电网调度部 门的监控中心． ２）电网主站建设．目的是建立所有供热机组实时 数据库和历史数据库． ３）调度系统建设．根据监控的参数，对各电厂、各 机组的数据汇总分析，计算全厂的供热量、机组的工业 供热量、采暖供热量、供电负荷、机组的热电比、机组效 率等指标．通过对各参数进行分析，结合机组的运行状 态和运行方式，制定供热机组负荷优化调度的方法． 面临着供大于求的局面．在采暖期即要保证供热安全， 解决民生问题，又要按照国家全额接纳风电，同时 兼顾节能发电调度，因此在采暖期对供热机组的负荷 优化调度是亟待解决的问题． 以供热机组以热定电在线监测系统为依托，通过 实时监控供热机组的参数和对外采暖与工业供热的参 数，对汽轮机变工况运行时的参数进行计算，根据供热 量实施计算机组可调的最大与最小负荷区间 Ｊ，在此 基础上研究负荷优化调度方法，为电网合理调峰提供 依据和参考． ２供热机组最大与最小负荷的调度方法 ２．１以热定电计算方法 １供热机组以热定电在线监测系统 供热机组以热定电在线监测系统主要由３部分构 成，如图１所示． 计算的理论基础是依照各机组的ＴＨＡ工况、ＴＭ— ＣＲ工况和供热工况的热力特性，采用弗留格尔公式 对汽轮机变工况运行时的参数进行计算．当供热参数 变化时，对机组回热系统的抽汽量进行重新分配，在保 证汽轮机低压通流部分最小冷却蒸汽流量时，计算出 机组在不同供热工况下最大和最小发电负荷区间以及 基于ＴＭＣＲ工况主蒸汽参数时的最大发电负荷，形成 以热定电数学模型…．根据监控的主蒸汽参数、再热 １）电厂子站建设．采集以热定电监测所需要的数 据，其数据源于现场的ＤＣＳ系统以及额外增加的监控 测点，包含①热网系统中供回水压力、温度和流量；② 机组系统中的发电负荷、主蒸汽压力、温度和流量；③ 收稿日期：２０１３—０９—１３ 作者简介：张敏（１９６５一），男，辽宁沈阳人，高级工程师 沈阳工程学院学报（自然科学版） 蒸汽参数和汽轮机排汽参数以及性能试验得出的机组 实际效率，对数学模型进行修正，使数学模型与机组运 行的实际状况相符． ２．２负荷调度方法 第１０卷 荷．当电网平谷调峰时，往往以汽轮机铭牌功率为基 准，即以汽轮机热耗验收功率工况为基准再考虑供热 抽汽时的发电负荷，实时负荷应在ＴＨＡ最大负荷和最 小负荷之间；当需要机组顶尖峰负荷时，允许汽轮机以 最大连续出力工况对应的进汽流量条件下再考虑供热 １）机组增加负荷 对于机组增加负荷，研究了２套方案：一是以汽轮 机热耗率验收工况（ＴＨＡ）进汽量为基础的负荷；二是 以汽轮机最大连续出力（ＴＭＣＲ）进汽量为基础的负 需求时的发电负荷，这时从设计能力来讲，机组是安全 的，但由于机组设备缺陷或煤质等问题影响负荷增减 不在此系统考虑范围之内．换言之，机组在需要调峰的 图１ 以热定电在线检测系统模型 第２期 张敏，等：供热机组负荷优化调度方法研究 ・１２５・ 时候，以ＴＭＣＲ工况下计算得出的可增负荷（计算最 大负荷与机组当前负荷之差）实施调度，但在常规运 行状态时，以ＴＨＡ工况下计算得出的可增负荷实施调 度．当在线负荷增加时，通常机组采暖抽汽量也相应增 加．若采暖抽汽流量接近在线负荷下所对应的设计采 暖抽汽量时，由于增加负荷影响供热，主蒸汽流量未达 的增减负荷序位进行优化排序，如表１所示． 从而使调度运行人员在电网增减负荷过程中能够 根据机组的增减负荷序位快速进行调整，以最少的调 整次数或最短的调整时间达到最佳的调整效果．增减 负荷过程中既要参考可增与可减负荷的幅度，也要参 考机组增减负荷的速率，增减负荷的权重为Ｗ ，增减 负荷的速率为Ｗ ． 到设计值，可要求电厂增加锅炉负荷以达到主蒸汽流 量的设计值． 图２负荷调度曲线 ２）机组减少负荷 当电网需要最大限度地接纳风电等清洁能源时， 可对供热机组全部按照计算的最小发电负荷 进行 调度，调度幅度为可减负荷（机组当前负荷与计算最 小负荷之差）．此方法是基于实际的低压缸通流量，结 合状态参数、机组效率、厂用蒸汽等因素后计算得到的 最小发电负荷．常规情况下，应依据计算结果进行调 度，但在非常规情况时，例如春节期间，机组负荷的减 少量在原则上可以适当降低，但存在一定风险．当在线 负荷降低时，通常机组采暖抽汽量也相应降低．当在线 负荷未低于最小负荷时，电厂仍提出由于降低负荷影 响供热，可查看当前采暖抽汽量是否低于在线负荷下 所对应的设计采暖抽汽量，若不低于设计采暖抽汽量， 可通过改变蝶阀开度或热网加热器进汽门开度来自行 调整采暖抽汽流量． ３供热机组快速调整负荷的调度方法 当电网需要快速增加或减少供热机组负荷时，通 过计算得到机组在当前运行状态下的可增负荷和可减 负荷后，结合机组的爬坡速率和降谷速率，重新对机组 表１增减负荷序位 优化排序方法为 ＡＰ，＝Ｗ１ 。・ ＋＋Ｗ２ 。・ （１）） 式（１）为按 大小对上述机组进行动态优化增加 负荷进行排序． 一ｗ ‘～ｌ‘ ＋Ｗ２‘‘ （２）‘２ 式（２）为按， 大小对上述机组进行动态优化减少 负荷进行排序． 对各电厂机组进行排序后，按照排序顺序和电网 负荷需求进行调度． ４供热机组节能模式下的负荷调度方法 当电网需要进入节能调度模式时，就是在运行时 间内满足用户对热、电负荷的要求及机组总供热和总 出力的条件下，合理分配各个运行供热机组间的 热、电负荷，使整个热电厂的总热耗率达到最小 ３］，下 面以某电厂２台机组为例进行分析． １）开停机方式．当Ｑ ≥０时，即某台机组最大 供热能力大于等于热网需求的供热量时，系统将提示 ・１２６・ 沈阳工程学院学报（自然科学版） 第１０卷 可以停止另一台机组运行．根据机组热力试验结果，在 同容量的机组间，热耗大的机组处于备用状态（但需 要检修等特殊情况例外）． ２ ２）热电负荷优化分配．当Ｑ ≤Ｑ ≤∑Ｑ ｉ＝ｌ 时，即热网需求的供热量大于某单台机组最大供热量， 小于两台机组最大供热量之和时，总热耗率为 ＨＲ１（ 丑Ｒ＝ ×Ｐ１＋Ｑ“ ＋ Ｐ１ ＨＲ２（ｐ一—ｐｉ）×（Ｐ— Ｐ１）＋（Ｑｋ Ｑ１（ｋ）） Ｐ —Ｐ１ 式中：ＨＲ为热耗率，单位为ｋＪ・（ｋＷｈ）～；ＨＲ （ｐｌ 第一台机组热耗，单位为ｋＪ・（ｋＷｈ）～；Ｐ 为第一台机 组功率，单位为ｋＷ；Ｑ 为第一台机组供热量，单位 为ｋＪ・ｈ～；ＨＲ２（ｐ＿ｐ１）为第二台机组热耗，单位为 ｌ（Ｊ・（ｋＷｈ）～；Ｑｋ为热网需求供热量，单位为ｋＪ・ｈ～； Ｐ为二台机组发电功率之和，单位为ｋＷ． ３）优化调度步骤．第一台机组供热量最大时，计 算第一台机组的最小负荷，总需求热量减去第一台机 组的供热量即为第二台机组的供热量，计算第二台机 的组最小负荷，判断第二台机组的最小负荷是否满足 供热条件（供热压力和供热流量）．第一台机组由最大 供热量逐步减少供热量，增加第二台机组供热量直至 最大供热量，同时按系统中已经实现的功能根据供热 量分别计算两台机组最小发电负荷及总热耗．在计算 结果中选取热耗最小值，再根据两台机组最小发电负 荷进行调度．这样即解决了电网调峰的问题，又兼顾了 电厂的节能． ５机组调度实施过程 ５．１关于供热能力 机组供热参数（包括供回水温度等）的调整是自 然调节过程，系统已经计算出机组当前的供热量和最 小发电负荷，可根据计算出的可减负荷逐步降低机组 负荷．在减负荷过程中，如果电厂提出供水温度或回水 温度不足的问题，首先要通过减小抽汽蝶阀开度或增 加热网加热器进汽门的开度来提高供热量，这样供回 水温度就会相应提高，同时系统会根据供热量的变化 及时计算出变化后的可减负荷，再根据可减负荷调整 机组出力．当计算出的可减负荷为零时，如果需要增加 供热，原则上就应该增加负荷． ５．２关于供回水温度的限额 关于供回水温度限额的问题，主要是根据供暖面 积、居民住宅比例、供热半径、气象环境变化、室内温度 达标要求、热力公司调节方式等诸多因素相关．通常电 厂与供热公司是合同关系，合同中明确了供回水温度 的标准，但该供回水温度是一个基本要求，由于环境温 度的变化，供回水温度也会随之发生变化．当不满足要 求时，系统会提示报警． ５．３关于优化调度方式的选择 电网调度部门可根据电网实时需求选择上述３种 调度方式． １）当电网需要最大限度地接纳风电等清洁能源 时，可对供热机组全部按照计算的最小发电负荷进行 调度． ２）当电网需要快速增加或减少负荷时，按照机组 爬坡速率和降谷速率对所有供热机组的排序结果进行 调度，以实现最少的调整次数或最短的调整时间． ３）当电网需要进入节能调度模式时，在保证供 热、供电安全的前提下，按照热电负荷优化分配的方案 决定机组的开机方式和发电负荷．总体来说，以保证电 网安全和供热安全为优先条件，在可能的情况下，兼顾 电厂节能． ６供热机组的电力与电量预测 在线监测系统中根据气象部门发布的天气预报， 获取了下月各电厂所在地的天气状况．调用供热机组 的供热量历史数据，进行气象温度与供热负荷相似度 检验，当相似度大于０．６时，可根据天气预报进行供热 量预测． 根据相关研究 Ｊ，热负荷的９０％可认为是受室外 温度的影响，自然风影响热负荷约为１％～５％，太阳 辐射影响热负荷约为１％～５％． 因此，除了环境温度外，结合自然风和太阳辐射对 热负荷预测进行调整和修正，建议自然风对热负荷调 整系数：微风为１％；３～４级风为２％；５～６级风为 ３％；７～８级风为４％；７—８级以上风为５％．建议太阳 第２期 张敏，等：供热机组负荷优化调度方法研究 接纳了清洁能源并提高大机组出力，减少标准煤消耗 ４２．２７万ｔ，减少ＣＯ：排放量１０７．９万ｔ，减少ＳＯ２排放 辐射对负荷调整系数：晴为１％；多云为２％；小雨为 ３％；小雪、雨夹雪为４％；大雪为５％． １）电力预测．在得到机组的预测采暖供热量后， 量８ ０２７ ｔ，提高了社会经济效益． 可以根据 ＝ 专苦 计算出电厂的 ８ 结 论 供热机组负荷优化调度实现了机组供热与供电的 有效监督，对供热机组调度决策提供了技术支撑，为风 电、核电等清洁能源提供了发展空间，为和电网企 总采暖抽汽流量．在进行采暖抽汽流量分配后，根据采 暖抽汽流量和工业抽汽流量，结合每台机组对应的数 学模型预测出机组最大、最小电力． ２）电量预测．在得到电力预测后，可以根据 业科学、合理地制定用电计划提供了技术支撑，促进了 电力资源优化合理配置，推动“以热定电”调度模式向 安全、优质调度方向发展．满足电网安全、优质、经济、 ｗ＝Ｉ ｐｄｔ计算出电厂最大、最小电量． ７供热机组负荷优化调度的应用 供热机组负荷优化调度系统已在辽宁电网区域的 １９座电厂，４６台机组中正式投运，额定总容量达到 １２ ０１０ Ｍ－Ｗ．系统投运后，辽宁电网在采暖期每小时增 清洁、高效运行的需求．同时也是贯彻节约能源法、可 再生能源法及节能发电调度等得具体体现． 参考文献 ［１］王漪，薛永锋，邓楠．供热机组以热定电调峰范围的研 究［Ｊ］．中国电力，２０１３，４６（３）：５９—６２． ［２］王兴国，何燕玲，张海良．供热机组调峰运行中的最小出力 分析［Ｊ］．河北电力技术，２００６（１２）：４６—４８． 加调峰裕度达到１ ０５０ ＭＷ．若按照该方式进行优化 调度，可接纳清洁能源３５８ Ｍｗ，在一个供暖期内节约 标准煤４１．２万ｔ，按每ｔ标准煤６００元计算，可节约 ２．４７亿元．增加６００ Ｍｗ以上机组出力６９２ ＭＷ，发电 煤耗降低４．３ ｇ・（ｋＷｈ）～，在一个供暖期内节约标准 煤１．０７万ｔ，节约６４２万元．由于在采暖期最大限度地 ［３］金建国，国文学，姜铁骝，等．供热机组间热电负荷最佳分 配的研究［Ｊ］．汽轮机技术，２００７（２）：９０—９２． ［４］袁闪闪，田抬，朱能，等．利用气象参数进行热网动态 调节研究方法综述［Ｊ］．煤气与动力，２０１０（０７）：０８—１１． Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｄｉｓｐａｔｃｈ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ Ｈｅａｔ Ｕｎｉｔ Ｌｏａｄ ＺＨＡＮＧ Ｍｉｎ ，ＸＵＥ Ｙｏｎｇ—ｆｅｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｙｉ （１ ａ．Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，１ ｂ．Ｓｔｅａｍ Ｔｕｒｂｉｎｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０００６，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ； ２．Ｐｏｗｅｒ Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １０００６，Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｈｅａｔ ｓｕｐｐｌｙ ｕｎｉｔ，ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｈｅａｔ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｓｔｅａｍ ｔｕｒｂｉｎｅ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｏｎ—ｌｉｎｅ ｍｏｎｉ— ｔｏｒ ｏｆ ｏｒｄｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｈｅａｔ ｆｏｒ ｈｅａｔ ｕｎｉｔ，ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｌｏａｄ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｆｏｒ ｍａｘｉｍｕｍ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｕｍ ｌｏａｄ ａｎｄ ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｔｈｅ ｌｏａｄ ｒａｐｉｄｌｙ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｆｏｒ ｈｅａｔ ｕｎｉｔ ｎｄ ｔａｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｌｏａｄ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｉｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎ— ｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｉｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅ ｉｓｓｕｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｍｏｄｅｌｓ ａｎｄ ｈｅａｔｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔ ｏｆ ｓｕｐｐｌｙ ａｎｄ ｒｅｔｕｒｎ ｗａｔｅｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒｅ ａｌｌ ａｎａｌｙｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｌｏａｄ ｄｉｓｐａｔｃｈ．Ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｎｅｒｇｙ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｗｅａｔｈｅｒ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａ— ｄｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｈｅａｔ ｕｎｉｔ ｌｏａｄ ｏｆｆｅｒｓ ａ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｇｒｉｄ ｄｉｓｐａｔｃｈ ｄｅｃｉｓｉｏｎ—ｍａｋｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔ ｓｕｐｐｌｙ ｕｎｉｔ；ｏｒｄｅｒｉｎｇ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｂｙ ｈｅａｔ；ｄｉｓｐａｔｃｈ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ （责任编辑张凯校对佟金锴）
