[发明专利]考虑机组特性的冷-热-电三联供能源站稳态调度方法

摘要

本发明涉及一种考虑机组特性的冷‑热‑电三联供能源站稳态调度方法，属于综合能源系统的运行调度技术领域。本方法面向对同时具有电、定压蒸汽、冷水负荷的工业园区进行能源供应的三联供能源站，其中热和冷在区域中实现供需平衡，而电力可以与外电网进行交换。本发明充分考虑三联供系统内部各机组(如燃气‑蒸汽联合循环、溴化锂制冷机、电制冷机、电锅炉、燃气锅炉、直燃机)的特性，提出可用于综合能源系统中能源站优化的稳态模型，以实现能源站优化调度的功能。本发明针对以天然气为能量来源的能源站，由于天然气的清洁、高热值等优点，因此本发明的能源站稳态调度方法，可以为能源站的运行管理提供高效的运行指导，节约成本，且保护环境。

主权项

1.一种考虑机组特性的冷‑热‑电三联供能源站稳态调度方法，其特征在于该调度方法包括以下步骤：(1)建立一个冷‑热‑电三联供能源站的运行优化目标函数，以冷‑热‑电三联供能源站总运行成本最小为目标，即：其中，下标i代表冷‑热‑电三联供能源站中的设备，所述的设备包括燃气轮机、余热锅炉、背压式蒸汽轮机、抽凝式蒸汽轮机、燃气锅炉、直燃机、溴化锂制冷机、电锅炉和电制冷机，GT代表冷‑热‑电三联供能源站中所有燃气轮机构成的集合，GB代表所有燃气锅炉构成的集合，GC代表所有直燃机构成的集合，M_f,i代表设备i消耗的天然气量，c_f为天然气价格，P_e,out代表能源站在满足区域电负荷后，向电网输送的电能，c_e为电能上网价格，c_m,i为设备i额定工况下的运行费用，s_i为设备i的使用率；(2)建立冷‑热‑电三联供能源站运行优化的约束条件，包括：(2‑1)对冷‑热‑电三联供能源站的能量平衡约束，即冷‑热‑电三联供能源站产生的冷、热、电总能量减去消耗的能量等于外界需要的能量值，其中电能用功率描述，热能用蒸汽流量描述，冷用冷水流量描述，即：其中，ST代表冷‑热‑电三联供能源站中所有蒸汽轮机构成的集合，EB代表所有电锅炉构成的集合，EC代表所有电制冷机构成的集合，HRSG代表所有余热锅炉构成的集合，LBC代表所有溴化锂制冷机构成的集合，P_e,i代表第i台设备发出的电功率，P_in,i代表第i台设备消耗的电功率，P_d代表对冷‑热‑电三联供能源站电能的需求总功率，m_l,i代表第i台余热锅炉产生的低压蒸汽量，m_out,i代表第i台设备产生的蒸汽流量，m_d代表对冷‑热‑电三联供能源站的蒸汽总需求流量，q_out,i代表第i台设备产生的冷水流量，q_d代表对冷‑热‑电三联供能源站的冷水总需求流量；(2‑2)对冷‑热‑电三联供能源站设备特性约束：a.对于燃气轮机特性约束，包括：T₁＝T_a,p₁＝p_aξM₄＝M_r＝(1‑g)M₁+M_fP_e＝(M₄c_T(T₄‑T₃)‑M₁c_C(T₂‑T₁))η_me其中，T代表温度，p代表压力，M代表流量，下标a代表外界空气，下标f代表入口天然气，下标r代表烟气，下标1代表燃气轮机的压气机入口处，下标2代表燃气轮机的燃烧室入口处，下标3代表燃气轮机的透平入口处，下标4代表燃气轮机的透平出口处，c_p代表气体定压比热容，c_T为透平膨胀过程中气体平均比热容，c_C为压气机压缩过程中气体平均比热容，ξ为燃气轮机进口压力保持系数，g为漏风系数，η_y为压气机效率，η_B为燃烧室效率，η_t为透平效率，η_me为发电效率，R为燃气轮机后续余热回收设备的总阻力系数，取值为4～6×10^‑6MPa·s²·kg^‑2，ε为燃气轮机的压气机压比，δ为燃气轮机的透平膨胀比，LHV为冷‑热‑电三联供能源站消耗的天然气低位热值，由天然气组分计算获得，K为外界空气绝热指数，绝热指数等于定压比热容与定容比热容之比，K取值为1.4，K_r为烟气绝热指数，取值范围为1.5～1.6，由天然气与空气混合燃烧方程及各气体物性参数算得；b.对于余热锅炉中的每个换热器的约束，包括：M_r×c_p,r(T_r1,i‑T_r2,i)Ψ＝M_s,ic_ps,i(T_s1,i‑T_s2,i)M_r×c_p,r(T_r1,i‑T_r2,i)Ψ＝K_i×A_i×ΔT_i其中，c_p,r代表余热锅炉中烟气定压比热容，T_r1,i代表第i个换热器的烟气侧入口温度，T_r2,i代表第i个换热器烟气侧出口温度，M_s,i代表流过第i个换热器的工质流量，c_ps,i代表流过第i个换热器的工质定压比热容，T_s1,i代表第i个换热器工质侧出口温度，T_s2,i第i个换热器工质侧入口温度，当余热锅炉中的换热器为蒸发器，其工质侧出口温度为汽包压力下的饱和温度T_pi，T_pi由蒸汽热力性质表查得或由水蒸气物性公式计算，Ψ代表换热器传热效率，取值为0.9～0.95，K_i和A_i分别为第i个换热器的传热系数和换热面积，ΔT_i为第i个换热器的对数平均温差：当余热锅炉中的换热器为蒸发器时，T_s1,i＝T_s2,i＝T_pi，其中T_pi为汽包压力下的饱和温度；c.对于背压式蒸汽轮机，包括：其中，下标s代表工质蒸汽，下标in1代表入口，下标out代表蒸汽出口，下标0代表额定工况，h₁代表蒸汽入口焓值，代表等熵膨胀至蒸汽出口压力的焓值，η_u为蒸汽轮机级组的内效率，η_me为蒸汽轮机的发电效率；d.对于抽凝式蒸汽轮机，包括：M_s1＝M_s2+M_ex其中，下标s代表工质蒸汽，下标ex代表抽汽，即供热蒸汽，M_s2代表流入抽汽级之后级组的蒸汽流量，下标0代表额定工况，h₁代表蒸汽轮机的蒸汽入口焓值，代表等熵膨胀至蒸汽出口压力的焓值，Δh₂为抽汽级后到排汽的焓降值，通常变化不大，可取额定工况时的数值，η_u为蒸汽轮机级组的内效率，η_me为蒸汽轮机的发电效率，可由说明书获得；e.对于烟气型溴化锂制冷机，有：其中，q_out为溴化锂制冷机产生的冷水量，M_r为溴化锂制冷机通入的烟气流量，T_r,in和T_r,out为溴化锂制冷机的烟气入口、出口温度，COP_LBC为溴化锂制冷机的性能系数，c_p,w为溴化锂制冷机出水的定压比热容，T_re为溴化锂制冷机冷水回水温度，T_su为冷水供水温度；f.对于燃气锅炉，有：其中，M_out为燃气锅炉产生的蒸汽量，M_f为燃气锅炉入口天然气量，η_GB为燃气锅炉效率，Δh_s为燃气锅炉给水加热至工业用蒸汽的焓变；g.对于直燃机，有：其中，q_out为直燃机产生的冷水量，M_f为直燃机入口天然气量，COP_GC为直燃机的性能系数；h.对于电锅炉，有：其中，M_out为电锅炉产生的蒸汽量，P_in为电锅炉消耗电能，η_EB为电锅炉效率，Δh_s为电锅炉给水加热至工业用蒸汽的焓变；i.对于电制冷机，有：其中，q_out为电制冷机产生的冷水量，P_in为电制冷机消耗的电能，COP_EC为电制冷机的性能系数，；(2‑3)冷‑热‑电三联供能源站中各设备运行及安全约束，设备运行及安全约束由设备说明书及运行规程获得，表达式为：x_min≤x≤x_max其中x为约束变量所构成的列向量，x_min及x_max分别为约束变量下限值及上限值构成的列向量；(3)用内点法求解由上述目标函数和约束条件构成的优化模型，得到在冷‑热‑电三联供能源站总运行成本最小条件下各设备的最优出力，并将该出力指令下发至各相应设备，使相应各设备按指令调节出力至最优值，此时在满足所有约束条件下，该冷‑热‑电三联供能源站总运行成本最小，实现对冷‑热‑电三联供能源站的稳态调度。