国产欧美日韩精品a在线观看-国产欧美日韩精品一区二区三区-国产欧美日韩精品综合-国产欧美中文字幕-一区二区三区精品国产-一区二区三区精品国产欧美

★南京科遠智慧科技集團股份有限公司門冉，方正，章禔，丁陽剛

★江陰蘇龍熱電有限公司沈麟

關鍵詞：供熱調(diào)度；AGC；一次調(diào)頻；網(wǎng)源協(xié)同

1　前言

大多數(shù)熱電廠在信息系統(tǒng)綜合供熱機組（下稱，熱源）數(shù)據(jù)和熱網(wǎng)數(shù)據(jù)，電廠熱網(wǎng)操作員通過信息系統(tǒng)監(jiān)視熱網(wǎng)負荷和用熱參數(shù)變化情況，并電話通知機組運行人員調(diào)整供熱量^[1]。在這種調(diào)度方式下，熱網(wǎng)操作員與機組操作員信息不能實時互通，這就導致熱網(wǎng)負荷調(diào)整與熱源一次調(diào)頻和自動發(fā)電控制（Automatic Generation Control，AGC）相互干擾，供熱量調(diào)整與熱源一次調(diào)頻和AGC過程不協(xié)調(diào)，影響在網(wǎng)機組運行性能，甚至受到電網(wǎng)考核^[2]。

2　熱網(wǎng)與熱源分析

2.1　熱網(wǎng)分析

典型熱網(wǎng)系統(tǒng)為多參數(shù)（不同用熱溫度和用熱壓力）、多熱源、多管線、多熱用戶、強耦合、大滯后的復雜熱力系統(tǒng)^[2]。我們對多個熱網(wǎng)運行情況進行分析，發(fā)現(xiàn)熱網(wǎng)系統(tǒng)具有以下特性：

（1）熱網(wǎng)總用熱量與熱用戶特性和時間有關；

（2）熱網(wǎng)參數(shù)波動與熱用戶和規(guī)模構(gòu)成有關；

（3）同一供熱參數(shù)的不同管線之間存在耦合；

（4）大型熱網(wǎng)具有較大慣性，參數(shù)調(diào)整緩慢；

（5）具備蓄熱能力，具有短時間段平衡能力；

（6）管線末端熱用戶用熱參數(shù)調(diào)整比較緩慢；

（7）熱網(wǎng)動態(tài)特性的變化與熱用戶變化相關。

熱網(wǎng)運行控制的主要目標是保證總供熱量和總用熱量相匹配，盡量保證熱用戶用熱參數(shù)并盡可能減少熱網(wǎng)管損。

2.2　熱源分析

通常熱源供熱參數(shù)需與熱網(wǎng)用熱參數(shù)匹配。供熱方式一般較復雜，主要包括：汽機抽汽減溫減壓后經(jīng)蒸汽匹配器或分汽缸供熱、采用背壓機組排汽供熱以及采用供熱鍋爐直接供熱等。為提高供熱可靠性以及靈活性，多采用多熱源并行或冗余供熱。當熱網(wǎng)用熱量變化后，熱源供熱量、燃料量或發(fā)電負荷等也相應做出調(diào)整，實現(xiàn)熱源供熱與熱網(wǎng)用熱相對平衡。電網(wǎng)對大型熱源（機組超過135MW）有明確的AGC和一次調(diào)頻考核，對小型熱源（機組小于135MW），一般沒有考核要求。

3  網(wǎng)源協(xié)同控制研究及應用

網(wǎng)源協(xié)同控制依托供熱實時調(diào)度系統(tǒng)（下稱，調(diào)度系統(tǒng)）實現(xiàn)，重點在于根據(jù)熱網(wǎng)、熱源機組的不同特性，利用熱網(wǎng)蓄熱優(yōu)化提高熱源機組ACG和一次調(diào)頻性能。

3.1　供熱調(diào)度系統(tǒng)

3.1.1整體功能設計

調(diào)度系統(tǒng)旨在綜合協(xié)調(diào)調(diào)度熱源機組供熱，實現(xiàn)熱源供熱和熱網(wǎng)用熱平衡及控制熱用戶用熱參數(shù)，是實現(xiàn)網(wǎng)源協(xié)同控制的基礎。調(diào)度系統(tǒng)主要包括以下功能：

（1）實時采集和分析各熱源機組實際運行數(shù)據(jù)；

（2）實時采集和分析熱網(wǎng)管線熱用戶用熱數(shù)據(jù)；

（3）安全高效使用調(diào)度系統(tǒng)整體數(shù)據(jù)；

（4）根據(jù)熱網(wǎng)情況對熱源機組供熱量進行預測；

（5）根據(jù)熱源機組整體情況實時發(fā)出供熱指令；

（6）目標總供熱量在各熱源之間進行平衡分配；

（7）熱源系統(tǒng)、調(diào)度系統(tǒng)和網(wǎng)源協(xié)同控制功能整體實現(xiàn)。

3.1.2　整體網(wǎng)絡架構(gòu)

根據(jù)供熱調(diào)度和網(wǎng)源協(xié)同控制功能要求設計整體網(wǎng)絡架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 基于調(diào)度系統(tǒng)的網(wǎng)源協(xié)同控制網(wǎng)絡架構(gòu)

說明：①和②為供熱調(diào)度操作站，③為供熱調(diào)度工程師站，④為熱網(wǎng)服務器，⑤和⑥為供熱調(diào)度系統(tǒng)交換機，⑦和⑧為雙向隔離裝置，⑨和⑩為供熱調(diào)度控制機柜，?、?、?和?為熱源系統(tǒng)控制機柜，?為熱網(wǎng)系統(tǒng)交換機。

調(diào)度系統(tǒng)與網(wǎng)源協(xié)同控制整體網(wǎng)絡架構(gòu)設計符合控制系統(tǒng)設計規(guī)范及標準。調(diào)度系統(tǒng)、熱源系統(tǒng)和熱網(wǎng)系統(tǒng)邊界明確并在網(wǎng)絡邊界設計網(wǎng)絡安全防護裝置，以滿足等保要求，還接入全廠時鐘信號，調(diào)度系統(tǒng)時間與全廠時間一致。

3.1.3　數(shù)據(jù)通訊

（1）熱網(wǎng)數(shù)據(jù)通訊

熱力公司或供熱公司配置熱網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，用以實現(xiàn)熱網(wǎng)數(shù)據(jù)采集分析、熱網(wǎng)設備管理以及付費管理等。

調(diào)度系統(tǒng)可從熱網(wǎng)信息管理系統(tǒng)采集熱網(wǎng)數(shù)據(jù)。調(diào)度系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集周期應小于熱網(wǎng)信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集周期，必要時還可縮小熱網(wǎng)信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集周期。為提高數(shù)據(jù)應用效率，重要熱網(wǎng)數(shù)據(jù)，如管線供熱壓力、供熱溫度、供熱流量以及儀表狀態(tài)等，可通訊至調(diào)度系統(tǒng)下位機。

若熱網(wǎng)規(guī)模不大，熱網(wǎng)用戶與熱源機組距離較近，可從熱網(wǎng)儀表系統(tǒng)采集熱網(wǎng)數(shù)據(jù)。無論采用何種數(shù)據(jù)采集方式，均需采用安全可靠的通訊協(xié)議并保證通訊實時性和效率。主要采集數(shù)據(jù)包括管線總表數(shù)據(jù)，如壓力、溫度、流量及儀表狀態(tài)等，以及每條管線上熱用戶用熱壓力、用熱溫度、用熱流量及儀表狀態(tài)等。

（2）熱源數(shù)據(jù)通訊

調(diào)度系統(tǒng)與熱源系統(tǒng)采用安全可靠的通訊方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，具體可采用485通訊方式或硬接線。采用485通訊協(xié)議能夠保證通訊安全和實時性，在通訊異常時會保持前一時刻正常數(shù)值，能滿足調(diào)度系統(tǒng)各項功能實現(xiàn)。

調(diào)度系統(tǒng)從熱源系統(tǒng)采集表征熱源運行狀況的數(shù)據(jù)，包括鍋爐主蒸汽流量、給煤量、供熱流量、主蒸汽壓力、數(shù)字電液控制系統(tǒng)（Digital Electric Hydraulic Control System，DEH）閥位指令、負荷限值、供熱限值、AGC以及供熱設備（壓力調(diào)節(jié)閥、溫度調(diào)節(jié)閥以及流量調(diào)節(jié)閥等）運行狀態(tài)等。調(diào)度系統(tǒng)向熱源發(fā)送的數(shù)據(jù)主要包括供熱量目標值（供熱流量目標值或供熱壓力目標值）和供熱溫度目標值等。

（3）雙向通訊檢測

調(diào)度系統(tǒng)與熱網(wǎng)系統(tǒng)設計通訊檢測功能，在熱網(wǎng)系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)通訊發(fā)生異常后，調(diào)度系統(tǒng)應當能夠及時切除調(diào)度功能并在熱源和調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出報警，避免數(shù)據(jù)通訊異常對熱源運行帶來不利影響。

在熱源控制系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)分別設計通訊檢測功能，熱源控制系統(tǒng)或調(diào)度系統(tǒng)任一檢測出通訊異常后，調(diào)度系統(tǒng)能夠及時切除自動調(diào)度功能并在熱源控制系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)發(fā)出報警，避免通訊異常對熱源運行帶來不利影響。

3.1.4　調(diào)度系統(tǒng)功能

調(diào)度系統(tǒng)功能主要包括熱源機組供熱總量實時計算以及熱源機組供熱調(diào)度指令分配等。

（1）熱源供熱總量目標值計算

在調(diào)度系統(tǒng)中對熱網(wǎng)用熱量數(shù)據(jù)和熱源供熱量數(shù)據(jù)進行分析，采用機器學習技術和數(shù)字孿生技術，建立熱網(wǎng)用熱量-熱源供熱量機理與數(shù)據(jù)模型。為解決熱網(wǎng)特性變化導致的模型劣化問題，采用數(shù)字孿生技術，在調(diào)度系統(tǒng)運行過程中對模型運行情況進行實時評估。當評估模型偏差過大時，使用已有數(shù)據(jù)對模型進行修正或更新。

為保證末端和重要用戶用熱，使用末端和重要熱用戶用熱參數(shù)實時值對模型計算的熱源供熱總量初值進行修正，得出熱源供熱總量目標值。熱源供熱總量目標值實時計算過程如圖2所示。

圖2 熱源供熱總量目標值實時計算

（2）熱源供熱總量目標值分配

在調(diào)度系統(tǒng)中，采用合理的分配機制并綜合考慮熱源供熱的能力和調(diào)節(jié)熱網(wǎng)的能力，將熱源供熱總量目標值分配至各熱源，并采用經(jīng)濟性最優(yōu)分配機制，以保證供熱經(jīng)濟性。熱源供熱總量目標值分配如圖3所示。

圖3 熱源供熱總量目標值分配

在實際應用中，還應對熱源供熱目標初值進行處理，綜合考慮熱源供熱限制（如供熱上限、安全限值等）。當熱源供熱受限時（異常退出運行或供熱量達限值），為保證各熱源供熱目標值總和與熱源供熱總量目標值的平衡，調(diào)度系統(tǒng)設計供熱總量平衡功能。

3.2　網(wǎng)源協(xié)同控制

3.2.1　熱網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)特性分析

針對具體熱網(wǎng)動態(tài)特性分析是實現(xiàn)網(wǎng)源協(xié)同控制功能的基礎。典型供熱系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 某熱電廠熱網(wǎng)系統(tǒng)示意圖

對某電廠大型熱網(wǎng)分析，其末端熱用戶與熱源距離超過10km，熱源供熱參數(shù)發(fā)生變化后，末端用戶處蒸汽參數(shù)經(jīng)30min左右才變化；單個或多個熱用戶的用熱量（總計5%以內(nèi)）變化后，短時間內(nèi)對整個熱網(wǎng)參數(shù)干擾較小，不影響其他熱用戶用熱。熱網(wǎng)操作員監(jiān)視到熱網(wǎng)用熱量變化后，進行熱源供熱量調(diào)整后，整個熱網(wǎng)熱用戶用熱情況幾乎不受影響。綜合熱網(wǎng)運行工況分析，熱網(wǎng)動態(tài)響應時間在5~30min，具體動態(tài)響應時間與熱網(wǎng)用熱規(guī)模和運行狀況相關^[1-4]。

3.2.2　熱源系統(tǒng)動態(tài)特性分析

熱源系統(tǒng)最終能量來源為蒸汽鍋爐，熱源響應外部能量（供熱量變化、一次調(diào)頻動作和AGC負荷變化）變化，短時間可依靠鍋爐蓄熱量，最終需要鍋爐熱量輸入改變來實現(xiàn)。供熱汽輪機、供熱流量/壓力調(diào)節(jié)閥、供熱溫度調(diào)節(jié)閥的響應速度較快（與具體設備有關），大多在5~30s左右^[5,6]。

蒸汽鍋爐主要包括循環(huán)流化床鍋爐、煤粉鍋爐、燃氣（煤氣或天然氣）鍋爐和余熱鍋爐（聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組）等。其中，燃氣鍋爐或余熱鍋爐動態(tài)響應時間在1~2min左右；循環(huán)流化床鍋爐動態(tài)響應時間在51~5min左右。蒸汽鍋爐具體動態(tài)響應時間與其實際狀況和承擔功能有關^[7,8]。

3.2.3　控制原理

在建立供熱調(diào)度系統(tǒng)的基礎上，搭建網(wǎng)源協(xié)同控制功能，以減小供熱量變化對熱源一次調(diào)頻和AGC調(diào)節(jié)的影響。

大型熱源接入?yún)^(qū)域電網(wǎng)，受電網(wǎng)“兩個細則”的技術考核，本文主要研究一次調(diào)頻和AGC。根據(jù)“兩個細則”，一次調(diào)頻考核過程在1分鐘內(nèi)結(jié)束，AGC考核過程在數(shù)分鐘內(nèi)結(jié)束^[9]。

在調(diào)度系統(tǒng)分配至熱源的供熱目標值改變時，若判斷供熱目標值變化方向與AGC調(diào)節(jié)方向相同時，閉鎖供熱目標值變化，避免供熱量變化影響AGC調(diào)節(jié)。若判斷供熱目標值變化方向與AGC調(diào)節(jié)方向相反，不閉鎖供熱目標值變化，供熱調(diào)度在一定程度上可提升AGC調(diào)節(jié)品質(zhì)。進一步地，根據(jù)熱網(wǎng)動態(tài)響應時間、熱源設備動態(tài)響應時間和“兩個細則”技術考核時間的不同，可在一定時間內(nèi)利用熱網(wǎng)蓄熱優(yōu)化熱源一次調(diào)頻和AGC性能^[7-9]。

3.2.4　一次調(diào)頻優(yōu)化

網(wǎng)源協(xié)同一次調(diào)頻優(yōu)化是在傳統(tǒng)一次調(diào)頻基礎上增加供熱參與一次調(diào)頻功能。根據(jù)供熱和負荷數(shù)據(jù)分析建立一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速偏差-供熱模型，一次調(diào)頻轉(zhuǎn)速偏差通過硬接線接入到調(diào)度系統(tǒng)。一次調(diào)頻動作后，直接改變供熱設備操作指令（如流量調(diào)節(jié)閥開度）來提高一次調(diào)頻響應速度。網(wǎng)源協(xié)同一次調(diào)頻優(yōu)化整體調(diào)節(jié)過程如圖5所述。

圖5 網(wǎng)源協(xié)同一次調(diào)頻優(yōu)化原理

在實際應用中，供熱調(diào)節(jié)參與一次調(diào)頻優(yōu)化的調(diào)節(jié)量要與DEH調(diào)門修正值和CCS（Coordination Control System）修正值相配合。供熱參與一次調(diào)頻優(yōu)化的狀態(tài)不同，DEH調(diào)門修正值和CCS修正值也不同。一次調(diào)頻動作后，供熱參與一次調(diào)頻的速度應當盡可能快。一次調(diào)頻結(jié)束后，熱源正常接收供熱量目標值，供熱量調(diào)整速度應當放慢。

3.2.5　AGC控制優(yōu)化

在網(wǎng)源系統(tǒng)整體特性分析的基礎上，根據(jù)熱源額定功率，設計網(wǎng)源協(xié)同AGC控制優(yōu)化功能。通過數(shù)據(jù)分析建立機組功率-供熱量函數(shù)關系，通過改變供熱設備供熱目標（如供熱流量目標值）來提高熱源AGC性能。網(wǎng)源協(xié)同AGC控制優(yōu)化整體調(diào)節(jié)過程如圖6所述。

圖6 網(wǎng)源協(xié)同AGC控制優(yōu)化

在實際應用中，供熱調(diào)節(jié)參與AGC優(yōu)化調(diào)節(jié)量應與CCS調(diào)節(jié)相配合，供熱參與AGC優(yōu)化受供熱限值限制，且在AGC目標負荷變化后的前一段負荷（達到AGC變負荷量的50%）內(nèi)起作用，并逐步減弱作用。熱源負荷達到AGC目標值后，正常接收供熱量目標值，供熱量調(diào)整速度應當放慢。機組供熱參與AGC優(yōu)化與參與一次調(diào)頻優(yōu)化同時投入時，應當優(yōu)先參與一次調(diào)頻優(yōu)化。

3.3　系統(tǒng)應用分析

根據(jù)以上研究和設計，在某熱電廠設計實現(xiàn)了供熱調(diào)度系統(tǒng)和網(wǎng)源協(xié)同功能。在實際應用中，使用熱網(wǎng)用熱量-熱源供熱量模型計算得出的熱源供熱量目標初值與熱源實際供熱量偏差在1.5%～5.0%，熱網(wǎng)用熱量變化不大時，偏差在1.5%以內(nèi)，可滿足工程實際應用的要求。投入網(wǎng)源協(xié)同機組的一次調(diào)頻和AGC性能優(yōu)于未投入功能的機組。

4　總結(jié)

隨著電網(wǎng)機組性能的提升和智能技術發(fā)展，熱源和熱源系統(tǒng)協(xié)同控制將會在實際電力生產(chǎn)過程中得到越來越廣泛的應用。基于供熱實時調(diào)度的網(wǎng)源協(xié)同優(yōu)化控制綜合信息技術、數(shù)字孿生技術和數(shù)據(jù)建模技術并與控制系統(tǒng)進行深度融合，在提高熱網(wǎng)系統(tǒng)運行的自動化水平和智能化運行水平的同時，還能夠提升熱電機組一次調(diào)頻和AGC調(diào)節(jié)性能。

作者簡介：

門　冉（1989-），男，河南南陽人，中級工程師，碩士，現(xiàn)就職于南京科遠智慧科技集團股份有限公司，主要從事電廠優(yōu)化控制、熱網(wǎng)智能化及燃機智能化技術方面的研究。

方　正（1973-），男，江蘇南京人，中級工程師，學士，現(xiàn)就職于南京科遠智慧科技集團股份有限公司，主要從事控制系統(tǒng)及智能化產(chǎn)品管理方面的工作。

章　禔（1989-），男，江蘇常州人，高級工程師，學士，現(xiàn)就職于南京科遠智慧科技集團股份有限公司，主要從事熱網(wǎng)智能化及燃機智能化產(chǎn)品管理方面的工作。

沈　麟（1980-），男，江蘇江陰人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于江陰蘇龍熱電有限公司，主要從事火電廠熱控方面的工作。

參考文獻：

[1] 張慧帥. 600MW熱電聯(lián)產(chǎn)機組利用熱網(wǎng)蓄能特性的靈活性研究[D]. 河北: 華北電力大學, 2019.

[2] 孫建國, 姚坤, 等. 供熱機組AGC綜合優(yōu)化策略研究[J]. 科技創(chuàng)新導報, 2017(32) : 38 - 39.

[3] 牛陽, 張峰, 張輝, 等. 提升火電機組AGC性能的混合儲能優(yōu)化控制與容量規(guī)劃[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2016, 40 (10) : 38 - 45.

[4] 高遠. 供熱機組高靈活性運行控制策略[D]. 河北: 華北電力大學, 2021.

[5] 趙征, 孫赫宇, 等. 基于AGC負荷指令優(yōu)化分解的火電機組蓄能綜合利用[J]. 動力工程學報, 2023, 43 (5) : 575 - 579.

[6] 王建強, 鄭渭建, 等. 基于熱網(wǎng)蓄熱提升機組AGC、一次調(diào)頻品質(zhì)的試驗研究[J]. 中國電力, 2014, 47 (9) : 1 - 5.

[7] 王瑋, 孫陽, 劉吉臻, 等. 適應電網(wǎng)快速調(diào)頻的熱電聯(lián)產(chǎn)機組新型變負荷控制策略[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2018, 42 (21) : 63 - 69.

[8] 呂泉, 陳天佑, 王海霞, 等．配置儲熱后熱電機組調(diào)峰能力分析[J]. 電力系統(tǒng)自動化, 2014, 38 (11) : 34 - 41.

[9] 國家能源局西北監(jiān)管局. 關于公開征求《西北區(qū)域電力并網(wǎng)運行管理實施細則(征求意見稿)》《西北區(qū)域電力輔助服務管理實施細則(征求意見稿)》意見建議的通知[EB/OL].2022-11-29.

摘自《自動化博覽》2024年9月刊