大容量汽轮发电机组调峰过程滑压运行方式实时优化研究

☆项目详细内容

随着电网容量和峰谷差不断增大，大容量机组频繁参加电网调峰。为了使机组调峰运行时能获得最佳的热经济性，关键是正确选择机组的运行参数。大容量火电机组参与电网调峰时均采取滑压运行方式，按照汽轮机厂家推荐的或试验确定的固定滑压曲线运行。这种固定的滑压运行曲线仅仅考虑了负荷变化这一因素对机组运行参数的影响，而忽略了其他运行条件的变化，如季节变化引起循环水入口温度变化的影响，不能真正做到使机组始终处于最佳的运行状态。

本项目以机组的全系统变工况特性分析理论为基础，结合现场热力试验，综合考虑机组的实际负荷和运行条件，建立机组动态滑压曲线的计算模型，有效地确定机组在不同运行条件下的主蒸汽压力的最优值，实现机组运行的实时优化。主要研究内容有：（1）采用综合机理分析以及统计方法各自优点的针对火电厂热力设备的混合建模方法，通过对不同边界条件下管道流动阻力特性、加热器的传热特性、汽轮机机组的通流特性以及效率特性等各类设备的实际特性的精确建模，准确地描述了在设备层面上运行参数之间的关联关系。

（2）根据机组的历史运行数据，通过针对历史数据的时效性分析方法、准稳态筛选与处理方法以及失真数据的验证与筛选方法，为建立设备特性混合模型提供可靠的数据资源。

（3）引用系统分析思想，借助可靠合理的历史数据分析机组热力系统和设备的实际特性，通过汽水分布方程进行热力系统集成，确定了在系统层面上的各运行参数之间关联关系，实现针对实际机组在不同运行边界条件下的准确状态重构。

（4）采用多边界约束条件下的参数优化方法，结合现场试验，分析滑压运行参数在不同工况下的最优值，从综合理论与实用性的角度提高状态重构的准确性和工况的适应性，实现机组滑压运行参数在不同的运行边界条件下的实时优化。

☆主要技术创新

（1）摒弃以主蒸汽流量为主要参数的能耗率指标计算方法，应用全信息热力系统汽水分布矩阵方程，通过吸热量方程和功率方程得到机组效率。在计算低压缸末级排汽焓时引入了改进型弗留格尔公式，结果精度达到实用要求。

（2）建立了负荷、循环水温度、初温、初压、再热温度、循环水流量等边界条件和热耗的非线性映射模型，重构机组的整体运行状态。在模型基础上，在当前工况确定其他边界条件情况下，寻找到对应最低热耗的初压值，即最优初压。实现初压的实时优化。

（3）采用学科交叉的分析手段，综合机理分析以及统计方法各自优点，建立了基于机理及数据挖掘方法的系统模型。首先针对火电厂复杂的热力系统及其相关设备特性，进行机理分析，建立机理模型；然后根据机组实际运行数据，通过先进数据挖掘方法，修正机理模型关键参数。基于机理与参数辨识相结合的设备动力学特性模型及系统特性模型，既保留了传统基于机理模型的良好规律性及外延性，同时又使模型针对特定机组具有很高的精度。

（4）应用改进支持向量机方法来修正机理模型。改进支持向量机既保留了支持向量机方法良好泛化能力、不会陷入局部极小，不会陷入维数灾难等优点，又克服了传统支持向量机关键系数过于依赖经验的不足之处。用来修正机理模型，保证模型的精度和规律性。

☆项目应用情况

本项目研究成果成功应用于大唐湘潭发电有限责任公司，开发的汽轮发电机组调峰过程初压实时优化分析系统于2012 年8 月在该公司1 号机组和4 号机组上投入使用。在不同的边界约束条件下，通过先进的寻优方法，对机组的运行初压进行优化分析，在线实时确定机组的最优滑压运行曲线。应用该系统指导机组的优化运行，运行在系统最优初压值与现场实际操作初压值相比，1 号机热耗可降低0.29%，4 号机热耗可降低0.19%。

☆企业效益情况

应用该课题成果，大唐湘潭发电有限责任公司1 号、4 号机组在调峰运行过程中，运行在系统最优初压值与现场实际操作初压值相比，1 号机组热耗可降低0.29%，4 号机组热耗可降低0.19%。折算到供电煤耗，1 号机组可降低0.96g/(kW.h)，4 号机组可降低0.58g/(kW.h)。按1 号机组2013 年发电量10.8 亿kWh；4 号机组2013 年发电量16.2 亿kWh 计算，可节约标煤约1976 吨。标煤单价按600 元/吨计算，获得的经济效益为118.6万元。