张敏，薛永峰，王漪

(1.东北电力科学研究院有限公司，辽宁沈阳110006;2.辽宁省电力有限公司，辽宁沈阳110006)

供热机组可以同时承担热力和电力两种形式的负荷，被广泛应用于解决大面积集中供热的问题中.随着供热机组在我国北方地区电网中所占比例的日益增加，特别是近几年来，风电行业的迅猛发展，电网负荷面临着供大于求的局面.在采暖期即要保证供热安全，解决民生问题，又要按照国家政策全额接纳风电，同时兼顾节能发电调度，因此在采暖期对供热机组的负荷优化调度是亟待解决的问题.

以供热机组以热定电在线监测系统为依托，通过实时监控供热机组的参数和对外采暖与工业供热的参数，对汽轮机变工况运行时的参数进行计算，根据供热量实施计算机组可调的最大与最小负荷区间［1］，在此基础上研究负荷优化调度方法，为电网合理调峰提供依据和参考.

1 供热机组以热定电在线监测系统

供热机组以热定电在线监测系统主要由3部分构成，如图1所示.

1)电厂子站建设.采集以热定电监测所需要的数据，其数据源于现场的DCS系统以及额外增加的监控测点，包含①热网系统中供回水压力、温度和流量;②机组系统中的发电负荷、主蒸汽压力、温度和流量;③再热蒸汽压力和温度;④汽轮机排汽压力;⑤工业抽汽压力、温度和流量;⑥采暖抽汽压力、温度和流量;⑦环境温度等，并通过子站将这些参数传送至电网调度部门的监控中心.

2)电网主站建设.目的是建立所有供热机组实时数据库和历史数据库.

3)调度系统建设.根据监控的参数，对各电厂、各机组的数据汇总分析，计算全厂的供热量、机组的工业供热量、采暖供热量、供电负荷、机组的热电比、机组效率等指标.通过对各参数进行分析，结合机组的运行状态和运行方式，制定供热机组负荷优化调度的方法.

2 供热机组最大与最小负荷的调度方法

2.1 以热定电计算方法

计算的理论基础是依照各机组的THA工况、TMCR工况和供热工况的热力特性，采用弗留格尔公式对汽轮机变工况运行时的参数进行计算.当供热参数变化时，对机组回热系统的抽汽量进行重新分配，在保证汽轮机低压通流部分最小冷却蒸汽流量时，计算出机组在不同供热工况下最大和最小发电负荷区间以及基于TMCR工况主蒸汽参数时的最大发电负荷，形成以热定电数学模型［1］.根据监控的主蒸汽参数、再热蒸汽参数和汽轮机排汽参数以及性能试验得出的机组实际效率，对数学模型进行修正，使数学模型与机组运行的实际状况相符.

2.2 负荷调度方法

1)机组增加负荷

1．4 统计学方法 所有的资料均统一编码，用SPSS 13．0建立数据库，根据资料性质分别进行统计学描述、t检验、χ2检验和多因素回归分析。

对于机组增加负荷，研究了2套方案:一是以汽轮机热耗率验收工况(THA)进汽量为基础的负荷;二是以汽轮机最大连续出力(TMCR)进汽量为基础的负荷.当电网平谷调峰时，往往以汽轮机铭牌功率为基准，即以汽轮机热耗验收功率工况为基准再考虑供热抽汽时的发电负荷，实时负荷应在THA最大负荷和最小负荷之间;当需要机组顶尖峰负荷时，允许汽轮机以最大连续出力工况对应的进汽流量条件下再考虑供热需求时的发电负荷，这时从设计能力来讲，机组是安全的，但由于机组设备缺陷或煤质等问题影响负荷增减不在此系统考虑范围之内.换言之，机组在需要调峰的时候，以TMCR工况下计算得出的可增负荷(计算最大负荷与机组当前负荷之差)实施调度，但在常规运行状态时，以THA工况下计算得出的可增负荷实施调度.当在线负荷增加时，通常机组采暖抽汽量也相应增加.若采暖抽汽流量接近在线负荷下所对应的设计采暖抽汽量时，由于增加负荷影响供热，主蒸汽流量未达到设计值，可要求电厂增加锅炉负荷以达到主蒸汽流量的设计值.

图1 以热定电在线检测系统模型

图2 负荷调度曲线

2)机组减少负荷

当电网需要最大限度地接纳风电等清洁能源时，可对供热机组全部按照计算的最小发电负荷［2］进行调度，调度幅度为可减负荷(机组当前负荷与计算最小负荷之差).此方法是基于实际的低压缸通流量，结合状态参数、机组效率、厂用蒸汽等因素后计算得到的最小发电负荷.常规情况下，应依据计算结果进行调度，但在非常规情况时，例如春节期间，机组负荷的减少量在原则上可以适当降低，但存在一定风险.当在线负荷降低时，通常机组采暖抽汽量也相应降低.当在线负荷未低于最小负荷时，电厂仍提出由于降低负荷影响供热，可查看当前采暖抽汽量是否低于在线负荷下所对应的设计采暖抽汽量，若不低于设计采暖抽汽量，可通过改变蝶阀开度或热网加热器进汽门开度来自行调整采暖抽汽流量.

3 供热机组快速调整负荷的调度方法

当电网需要快速增加或减少供热机组负荷时，通过计算得到机组在当前运行状态下的可增负荷和可减负荷后，结合机组的爬坡速率和降谷速率，重新对机组的增减负荷序位进行优化排序，如表1所示.

从而使调度运行人员在电网增减负荷过程中能够根据机组的增减负荷序位快速进行调整，以最少的调整次数或最短的调整时间达到最佳的调整效果.增减负荷过程中既要参考可增与可减负荷的幅度，也要参考机组增减负荷的速率，增减负荷的权重为w1，增减负荷的速率为w2.

表1 增减负荷序位

优化排序方法为

式(1)为按fi大小对上述机组进行动态优化增加负荷进行排序.式(2)为按大小对上述机组进行动态优化减少负荷进行排序.

对各电厂机组进行排序后，按照排序顺序和电网负荷需求进行调度.

4 供热机组节能模式下的负荷调度方法

当电网需要进入节能调度模式时，就是在运行时间内满足用户对热、电负荷的要求及机组总供热和总出力的限制条件下，合理分配各个运行供热机组间的热、电负荷，使整个热电厂的总热耗率达到最小［3］，下面以某电厂2台机组为例进行分析.

式中:HR为热耗率，单位为kJ·(kWh)－1;HR1(p1)第一台机组热耗，单位为kJ·(kWh)－1;P1为第一台机组功率，单位为kW;Q1(k)为第一台机组供热量，单位为kJ·h－1;HR2(p－p1)为第二台机组热耗，单位为kJ·(kWh)－1;Qk为热网需求供热量，单位为kJ·h－1;P为二台机组发电功率之和，单位为kW.

3)优化调度步骤.第一台机组供热量最大时，计算第一台机组的最小负荷，总需求热量减去第一台机组的供热量即为第二台机组的供热量，计算第二台机的组最小负荷，判断第二台机组的最小负荷是否满足供热条件(供热压力和供热流量).第一台机组由最大供热量逐步减少供热量，增加第二台机组供热量直至最大供热量，同时按系统中已经实现的功能根据供热量分别计算两台机组最小发电负荷及总热耗.在计算结果中选取热耗最小值，再根据两台机组最小发电负荷进行调度.这样即解决了电网调峰的问题，又兼顾了电厂的节能.

5 机组调度实施过程

5.1 关于供热能力

机组供热参数(包括供回水温度等)的调整是自然调节过程，系统已经计算出机组当前的供热量和最小发电负荷，可根据计算出的可减负荷逐步降低机组负荷.在减负荷过程中，如果电厂提出供水温度或回水温度不足的问题，首先要通过减小抽汽蝶阀开度或增加热网加热器进汽门的开度来提高供热量，这样供回水温度就会相应提高，同时系统会根据供热量的变化及时计算出变化后的可减负荷，再根据可减负荷调整机组出力.当计算出的可减负荷为零时，如果需要增加供热，原则上就应该增加负荷.

5.2 关于供回水温度的限额

关于供回水温度限额的问题，主要是根据供暖面积、居民住宅比例、供热半径、气象环境变化、室内温度达标要求、热力公司调节方式等诸多因素相关.通常电厂与供热公司是合同关系，合同中明确了供回水温度的标准，但该供回水温度是一个基本要求，由于环境温度的变化，供回水温度也会随之发生变化.当不满足要求时，系统会提示报警.

5.3 关于优化调度方式的选择

电网调度部门可根据电网实时需求选择上述3种调度方式.

1)当电网需要最大限度地接纳风电等清洁能源时，可对供热机组全部按照计算的最小发电负荷进行调度.

2)当电网需要快速增加或减少负荷时，按照机组爬坡速率和降谷速率对所有供热机组的排序结果进行调度，以实现最少的调整次数或最短的调整时间.

3)当电网需要进入节能调度模式时，在保证供热、供电安全的前提下，按照热电负荷优化分配的方案决定机组的开机方式和发电负荷.总体来说，以保证电网安全和供热安全为优先条件，在可能的情况下，兼顾电厂节能.

6 供热机组的电力与电量预测

在线监测系统中根据气象部门发布的天气预报，获取了下月各电厂所在地的天气状况.调用供热机组的供热量历史数据，进行气象温度与供热负荷相似度检验，当相似度大于0.6时，可根据天气预报进行供热量预测.

根据相关研究［4］，热负荷的90%可认为是受室外温度的影响，自然风影响热负荷约为1%～5%，太阳辐射影响热负荷约为1%～5%.

因此，除了环境温度外，结合自然风和太阳辐射对热负荷预测进行调整和修正，建议自然风对热负荷调整系数:微风为1%;3～4级风为2%;5～6级风为3%;7～8级风为4%;7～8级以上风为5%.建议太阳辐射对负荷调整系数:晴为1%;多云为2%;小雨为3%;小雪、雨夹雪为4%;大雪为5%.

7 供热机组负荷优化调度的应用

供热机组负荷优化调度系统已在辽宁电网区域的19座电厂，46台机组中正式投运，额定总容量达到12 010 MW.系统投运后，辽宁电网在采暖期每小时增加调峰裕度达到1 050 MW.若按照该方式进行优化调度，可接纳清洁能源358 MW，在一个供暖期内节约标准煤41.2万t，按每t标准煤600元计算，可节约2.47亿元.增加600 MW以上机组出力692 MW，发电煤耗降低4.3 g·(kWh)－1，在一个供暖期内节约标准煤1.07万t，节约642万元.由于在采暖期最大限度地接纳了清洁能源并提高大机组出力，减少标准煤消耗42.27万t，减少CO2排放量107.9万t，减少SO2排放量8 027 t，提高了社会经济效益.

8 结论

供热机组负荷优化调度实现了机组供热与供电的有效监督，对供热机组调度决策提供了技术支撑，为风电、核电等清洁能源提供了发展空间，为政府和电网企业科学、合理地制定用电计划提供了技术支撑，促进了电力资源优化合理配置，推动“以热定电”调度模式向安全、优质调度方向发展.满足电网安全、优质、经济、清洁、高效运行的需求.同时也是贯彻节约能源法、可再生能源法及节能发电调度等政策得具体体现.

［1］ 王漪，薛永锋，邓楠.供热机组以热定电调峰范围的研究［J］.中国电力，2013，46(3):59－62.

［2］ 王兴国，何燕玲，张海良.供热机组调峰运行中的最小出力分析［J］.河北电力技术，2006(12):46－48.

［3］ 金建国，国文学，姜铁骝，等.供热机组间热电负荷最佳分配的研究［J］.汽轮机技术，2007(2):90－92.

［4］ 袁闪闪，田喆，朱能，等.利用气象参数进行热网动态调节研究方法综述［J］.煤气与动力，2010(07):08－11.