[发明专利]用于动力驱动设备选型的蒸汽动力系统建模方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及蒸汽动力设备领域，具体而言，涉及一种用于动力驱动设备选型的蒸汽动力系统建模方法和装置。

背景技术

电机和蒸汽透平作为主要的动力驱动设备，在各类大型工业企业和热力发电厂都有着广泛的应用。目前，动力驱动设备的选型，以及相应的蒸汽动力系统的设计或改造主要依靠技术人员的经验。

在大型工业企业中，大量工艺过程都需要动力驱动，需要采用电机或者蒸汽透平作为驱动机。这部分驱动带来的能量消耗巨大。驱动选型和蒸汽动力系统的设计问题复杂，凭经验进行相关设计工作很难确保设计结果的最优。如果驱动设备本身选型有问题，会造成整个蒸汽动力系统结构的不合理，从而造成额外的能量和经济损失。对于已经采用不合理设计的蒸汽动力系统和不合理选型的驱动设备，在操作中即使采用相关操作优化等手段，也只能在现有工艺流程的基础上进行优化，效果有限。要改变这种局面需要进行蒸汽动力系统的改造设计和驱动设备的重新选型。

如何实现对全新系统的动力驱动设备选型和蒸汽动力系统最优设计；如何对一个已经存在的系统进行优化改造解决相关瓶颈，为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

本发明提供一种用于动力驱动设备选型的蒸汽动力系统建模方法和装置，用以克服现有技术中存在的至少一个问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于动力驱动设备选型的蒸汽动力系统建模方法，包括以下步骤：

确定蒸汽动力系统所包含的各设备的性能特征参数，以及蒸汽动力系统的工艺参数，其中，这里的各设备包括待选型的动力驱动设备和已经固定选型的设备；

根据蒸汽动力系统的能量守恒方程、蒸汽动力系统的质量守恒方程、各设备的能量守恒方程、各设备的质量守恒方程以及各设备的性能特征参数和蒸汽动力系统的工艺参数建立蒸汽动力系统的第一非线性数学模型；

根据蒸汽动力系统中各处动力驱动功率需求和待选型驱动所处位置的蒸汽管网的压力等级条件，生成供动力驱动设备选型使用的动力驱动设备选型备选方案，并为动力驱动设备选型备选方案配置相应的参数；

求解第一非线性数学模型，将第一非线性数学模型的求解结果和动力驱动设备选型备选方案进行线性转化，生成混合整数线性数学模型；

求解混合整数线性数学模型，根据混合整数线性数学模型的最优求解结果选出满足动力驱动需求的最优动力驱动设备设计方案，并判断最优动力驱动设备设计方案是否满足蒸汽动力系统的整体性能指标；

如果最优动力驱动设备设计方案满足蒸汽动力系统的整体性能指标，则根据最优动力驱动设备设计方案生成蒸汽动力系统的第二非线性数学模型。

可选的，上述方法还包括以下步骤：

如果所有动力驱动设备选型备选方案皆无法满足蒸汽动力系统的整体性能指标，则跳转执行根据蒸汽动力系统中各处驱动需求的性能指标和蒸汽管网的压力等级，生成供动力驱动设备选型使用的动力驱动设备选型备选方案，并为动力驱动设备选型备选方案配置相应的参数步骤，对动力驱动设备选型备选方案进行调整。

可选的，混合整数线性数学模型的目标函数为TOC＝TCC+TPC+TEC+TSC，并使目标函数在优化变量的取值范围内达到最小，其中，TOC为年操作费用；TCC为年投资费用；TPC为年用电费用；TEC为年燃料费用；TSC为年蒸汽购买费用；

混合整数线性数学模型的限定条件为：

Work(driver)＝sum(n,BV(driver,n))*W(driver,n)，以及

sum(n,BV(driver,n))＝1，

其中，Work(driver)表示待设计的驱动设备的驱动功率需求；BV(driver,n)为开关变量，表示每个待设计的驱动设备的所有待选结构的选取状况；sum(n,BV(driver,n))＝1用来保证优化计算从n个待选结构中选出1个最优设计方案；W(driver,n)表示每个待设计驱动设备的待选结构的做功能力。

为达到上述目的，本发明还提供了一种用于动力驱动设备选型的蒸汽动力系统建模装置，包括：

性能参数模块，用于确定蒸汽动力系统所包含的各设备的性能特征参数，以及蒸汽动力系统的工艺参数，其中，这里的各设备包括待选型的动力驱动设备和已经固定选型的设备；

第一建模模块，用于根据蒸汽动力系统的能量守恒方程、蒸汽动力系统的质量守恒方程、各设备的能量守恒方程、各设备的质量守恒方程以及各设备的性能特征参数和蒸汽动力系统的工艺参数建立蒸汽动力系统的第一非线性数学模型；