[发明专利]一种联合循环机组停机过程的剩余气量优化分配方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及联合循环机组运行过程中的停机优化，特别是燃气轮机在天然气气量不足情况下的停机过程气量的优化分配。

背景技术

电力系统机组启停优化就是在一定的研究周期内，根据负荷预报，在满足负荷需求和机组安全、启停限制等约束的条件下，优化选定各时段参加运行的机组，决定机组开停时间，使此周期内的系统燃料总耗量最小。随着电网峰谷差日益增大，“十二五”规划提出要推进智能电网建设，增加电网优化配置电力能力和供电可靠性，这对机组的调峰能力提出了更高要求。由于联合循环机组的运行特性不同于普通火电机组，传统机组启停优化问题的求解已相当困难，而联合循环机组的多状态运行特性，尤其是各模式间的转移会使其变得更复杂，更难以求得最优解。以往关于联合循环机组的启停优化研究，大多集中在机组的启动优化和负荷分配方面。近年来，国内外许多学者针对联合循环机组的机组启停优化也进行了较深入研究。陈坚红通过试验来核对模型，计算联合循环机组的变工况性能，并研究了某电厂的300MW联合循环机组在变工况下运行的最佳匹配方式及其机组开停机时间的最优化分配。姚利森利用机组气耗量特性曲线及修正曲线拟合公式，分析计算不同机组的性能，在天然气量约束条件下保证机组安全停机，以发电量最大为目标，分别制定各台机组的停机计划。葛荣彬考虑到拟合的二次气耗量特性曲线很难满足联合循环机组精度的要求，他利用机组的历史运行数据建立基于前馈型人工神经网络的机组变工况模型代替机组耗量特性曲线热耗率的映射，并将该变工况模型应用在机组组合优化及负荷经济分配问题数学模型的求解过程中。

在上述联合循环机组的机组启停优化的各种模型中，多数研究人员只使用的耗量特性曲线是蒸汽轮机的连续分布的耗量特性曲线(连续的二次函数)。实际上联合循环停机过程的气耗量特性曲线是分段函数。主要原因是联合循环机组负荷在130-240MW之间，汽轮机停机处于停机过程，燃气轮机的功率不变，所以这段时间的气耗量也是不变的。因此使用传统的蒸汽轮机的连续分布的耗量特性曲线，进行联合循环机组的停机优化会有比较大的误差。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明从热经济学的角度出发，以安全运行为前提，发电量最大为目标，提供一种联合循环机组停机过程的剩余气量优化分配方法及系统，制定不同机组间的最佳停机过程方案，使电厂运行的燃气轮机机组在最后剩余的天然气量下，实现最佳的经济运行。本发明的技术方案如下：

一种联合循环机组停机过程的剩余气量优化分配方法，包括如下步骤：

1)从SIS系统中的PI数据库中调取联合循环机组在设计工况下的负荷和气耗量的停机过程数据，拟合设计工况下的停机耗量特性曲线；

2)获取PI数据库中实时实际条件下的大气温度、大气压力和运行小时数的数据，把设计工况下的停机耗量特性曲线，修正到实际工况的停机耗量特性曲线；

3)计算所有机组开始停机优化时的剩余天然气量的上限值和下限值，并计算机组运行的最大负荷；

4)单台联合循环机组按照先以最大的升负荷率升负荷运行，接着以最大负荷运行，最后以最大的降负荷率降负荷运行；

5)建立多台机组的停机过程发电量最大的目标函数，对每台运行的机组均采用步骤4)中的方式进行停机；然后计算它们各自的发电量，使得发电量最大的机组采用“升负荷-维持最大负荷-降负荷”方式进行停机，其他机组安全稳定停机；最终，基于目标函数实现多台机组停机过程剩余气量的优化分配。

所述的联合循环机组的安全稳定停机过程，是机组在带负荷运行工况下，由降负荷、发电机解列、燃机熄火降速到机组连续盘车运行的4个过程组成，具体过程如下：

1)燃机和余热锅炉之间设有烟气挡板，机组满负荷运行时，挡板处于打开的状态，燃机排烟经余热锅炉排至主烟囱，余热锅炉产生的蒸汽通过主蒸汽管道送至汽轮机，形成联合循环，同时每台余热锅炉配有100％额定蒸发量的旁路系统；

2)当接到中调指令发出停机命令后，天然气流量开始减小，燃气轮机负荷降低，蒸汽轮机负荷基本保持不变；

3)当联合循环机组负荷下降至240MW左右时，高中压蒸汽调节阀开始逐步关闭，高中压蒸汽旁路阀开始逐步打开，汽轮机功率开始下降到零，此过程天然气流量不变，燃气轮机的功率也维持不变；

4)约30min后，高中压蒸汽调节阀完全关闭，高中压蒸汽旁路阀全打开，烟气挡板关闭，燃机排汽从旁路烟道排掉，汽轮机完成停机；此过程天然气流量再次开始减小，燃气轮机的功率也减小，此时为简单朗肯循环；