一種基于火電機組的電站智能化控制系統及方法與流程

本發明涉及供電控制，具體為一種基于火電機組的電站智能化控制系統及方法。

背景技術：

1、火電機組是以燃煤、燃氣等燃料為能源的發電機組，通常由鍋爐、蒸汽輪機和發電機等組成，通過燃燒燃料產生高溫高壓的蒸汽，然后利用蒸汽驅動渦輪發電機發電，是火力發電站的重要組成部分。由于火力發電直接面向供電電網發電，因此，需要額外超需發電以保證供電穩定，并使用蓄電池將多余電力存儲起來，這一定程度上造成了電力的浪費。

2、此外，在火電機組的發電過程中，燃料的品質、發電用水的水質和鍋爐壽命都對發電的穩定性具有較大的影響，當燃料和水源品質不穩定時，鍋爐內的蒸汽壓力將存在持續波動，不僅影響發電輪機的穩定轉動，也容易影響火電機組的壽命。

3、當前的火電控制系統通過控制投料速度來調節鍋爐燃燒艙室內的溫度，從而穩定鍋爐內蒸汽的壓力，但從投料變化到氣壓變化需要時間，這種方法存在一定的滯后性，并且過高的燃燒溫度還會使水垢大量析出，影響發電質量。

技術實現思路

1、本發明的目的在于提供一種基于火電機組的電站智能化控制系統及方法，以解決上述背景技術中提出的問題。

2、為了解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種基于火電機組的電站智能化控制系統，包括：電網反饋模塊、艙室分離模塊、品質監測模塊、蒸汽輸出模塊和投料控制模塊；

3、所述電網反饋模塊用于將電站的蓄電池接入電網，檢測到蓄電池的電量變化時，根據變化率評估電網需求，計算出電站的期望發電功率，再由期望發電功率計算火電機組鍋爐的蒸汽氣壓；

4、所述艙室分離模塊用于將鍋爐隔離為兩個艙室，根據火電機組鍋爐尾氣的溫度計算尾氣的回收量，把尾氣引入第一艙室后將第一艙室加熱到預定溫度，并把發電用水引入第二艙室加熱至沸騰；

5、所述品質監測模塊用于根據第二艙室的蒸汽溫度，計算蒸汽的輸出壓力，繪制蒸汽的輸出壓力隨時間的變化規律，得到蒸汽輸出函數，對所述蒸汽輸出函數的穩定性進行監測，根據穩定性計算驅動蒸汽量；

6、所述蒸汽輸出模塊用于將第二艙室的蒸汽輸入驅動艙室，根據蒸汽輸出函數以及第一艙室內氣體參數，計算第一艙室的蒸汽補償函數，按蒸汽補償函數從第一艙室中抽取蒸汽，在驅動艙室的出汽口混合，得到穩定的調和蒸汽；

7、所述投料控制模塊用于根據第二艙室內的歷史蒸汽輸出函數與歷史投料速度函數，擬合投料速度與蒸汽壓力的關聯系數，結合第一艙室中氣壓的下降速度，調節燃料的投料速度，并通過燃料的投入量計算氣壓轉換比例，根據所述氣壓轉換比例，調節第一艙室中的預定溫度。

8、進一步的，所述電網反饋模塊包括：蓄電池單元、功率需求單元和氣壓折算單元；

9、所述蓄電池單元用于存儲發電廠的電力，平衡電網電力需求，并反饋電網功率的變化情況；

10、所述功率需求單元用于根據蓄電池的電能變化情況，判斷電網的功率需求，計算電站的期望發電功率；

11、所述氣壓折算單元用于根據期望發電功率和火電機組的規格參數，計算鍋爐的驅動蒸汽壓力。

12、進一步的，所述艙室分離模塊包括：尾氣回收單元和艙室加熱單元；

13、所述尾氣回收單元用于根據驅動輪機后剩余尾氣的溫度，計算尾氣的回收量；

14、所述艙室加熱單元用于將鍋爐的加熱艙室分為兩部分，將尾氣導入第一艙室加熱到預定溫度，將發電用水導入第二艙室加熱，直到艙室氣壓達到期望發電功率。

15、進一步的，所述品質監測模塊包括：傳感器單元和穩定監測單元；

16、所述傳感器單元用于檢測艙室的氣壓與蒸汽的溫度；

17、所述穩定監測單元用于生成蒸汽輸出函數，根據蒸汽輸出函數的穩定性計算第二艙室驅動輪機的蒸汽量。

18、進一步的，所述蒸汽輸出模塊包括：蒸汽調和單元和輸出反饋單元；

19、所述蒸汽調和單元用于將第一艙室與第二艙室的蒸汽混合，生成驅動輪機的驅動蒸汽；

20、所述輸出反饋單元用于根據蒸汽輸出函數以及第一艙室內氣體參數，計算第一艙室內氣體的混合量。

21、進一步的，所述投料控制模塊包括：燃料需求單元、氣壓轉換單元和重復加熱單元；

22、所述燃料需求單元用于根據鍋爐內歷史蒸汽輸出函數和投料速度，計算投料量與蒸汽壓力的相關系數；

23、所述氣壓轉換單元用于根據第一艙室中氣壓的下降速度，調節燃料的投料速度；

24、所述重復加熱單元用于燃料的投入量計算氣壓轉換比例，調節第一艙室的加熱參數。

25、一種基于火電機組的電站智能化控制方法，包括以下步驟：

26、步驟s1.把電站的蓄電池接入電網，根據蓄電池的電量變化情況，判斷電網的功率需求，從而計算電站的期望發電功率，再由所述期望發電功率計算火電機組鍋爐的驅動蒸汽壓力；

27、步驟s2.在火電機組的鍋爐分隔為兩個獨立艙室，將蒸汽驅動輪機后產生的尾氣導入第一艙室，將第一艙室加熱到預定溫度后，在第二艙室中導入發電用水加熱，利用傳感器檢測第二艙室出氣口的蒸汽壓力，直到第二艙室的氣壓首次達到步驟s1中所述驅動蒸汽壓力；

28、步驟s3.記錄第二艙室蒸汽壓力隨時間的變化情況，得到蒸汽輸出函數，根據蒸汽輸出函數的穩定性計算驅動蒸汽量，將對應體積的蒸汽輸送到驅動艙室；

29、步驟s4.根據蒸汽輸出函數以及第一艙室內的氣體參數，計算第一艙室的蒸汽補償函數，按蒸汽補償函數從第一艙室中抽取蒸汽到驅動艙室中，混合得到穩定的調和蒸汽，將調和蒸汽輸出驅動輪機；

30、步驟s5.根據蒸汽輸出函數與投料口的歷史投料速度，計算投料速度與第二艙室內蒸汽壓力的關聯性，調節關聯性調節燃料的投料速度，并根據第一艙室中氣壓的下降量，更新尾氣回收量，使第一艙室的溫度保持恒定。

31、進一步的，步驟s1包括：

32、步驟s11.將蓄電池接入供電網，監測蓄電池的電量變化情況，根據蓄電池的電能變化量與變化速度，計算發電功率與電網功率的差值，將所述差值轉換為信號反饋到火電機組；

33、步驟s12.獲取火電機組當前的輪機轉速與驅動艙室內的蒸汽壓力，根據發電功率與電網功率的差值，計算電站滿足電網需求時的期望發電功率，由輪機組轉速與輸出功率間的規格參數，計算達到電網需求功率時輪機的期望轉速；

34、步驟s13.根據歷史驅動蒸汽的壓力與輪機轉速，計算達到輪機的期望轉速時驅動蒸汽的氣壓大小，記作鍋爐的驅動蒸汽壓力。

35、本步驟能夠使火電機組的發電量與電網的需求量相匹配，避免過度發電導致電力的浪費。

36、進一步的，步驟s2包括：

37、步驟s21.將火電機組的鍋爐分隔為兩個獨立艙室，分別作為第一艙室與第二艙室，所述第二艙室與機組燃燒室相連，第一艙室由加熱絲單獨加熱；

38、步驟s22.從蒸汽輪機尾部引入驅動輪機后產生的尾氣，檢測尾氣的溫度后，將尾氣導入第一艙室，導入尾氣的體積按以下公式計算：

39、；

40、其中，v1代表導入尾氣的體積，p1代表鍋爐的驅動蒸汽壓力，p0代表預設的壓強參數，v0代表第一艙室的體積，t0代表第一艙室的預定溫度，p2代表標準大氣壓，t1代表尾氣的溫度，導入尾氣后，將第一艙室加熱到預定溫度；

41、步驟s23.將發電用水導入第二艙室中，利用燃燒室的能量加熱第二艙室，在第二艙室的出氣口出設置檢測裝置，根據蒸汽的流速推算第二艙室中的蒸汽氣壓與蒸汽溫度，當檢測到第二艙室中的蒸汽氣壓達到步驟s1中鍋爐的驅動蒸汽壓力時，轉到步驟s3。

42、本步驟可以通過兩個艙室氣體獨立加熱的方式，形成兩個互補的氣壓區域，使實際驅動輪機的蒸汽氣壓保持恒定。

43、進一步的，步驟s3包括：

44、步驟s31.實時記錄第二艙室中蒸汽的壓力，以時間為自變量，蒸汽壓力為因變量，生成蒸汽輸出函數p(t），其中t代表時間；

45、步驟s32.按照穩定性計算方法，檢測第二艙室中蒸汽壓力的穩定性，所述穩定性計算方法如下：

46、；

47、其中，a代表第二艙室中蒸汽壓力的穩定性，tc代表當前時刻，t0為預設時延，p1代表鍋爐的驅動蒸汽壓力；

48、步驟s33.根據蒸汽輸出函數的穩定性，計算驅動蒸汽量v2，所述v2=v3·a，其中v3代表驅動艙室的容量，將v2體積的蒸汽從第二艙室預先輸送到驅動艙室中。

49、本步驟可以根據火電機組的實際運行情況，調節各艙室的驅動比例，從而平衡驅動艙室的蒸汽氣壓，防止第一艙室蒸汽用盡導致的蒸汽不平衡現象。

50、進一步的，步驟s4包括：

51、步驟s41.根據第二艙室的蒸汽輸出函數以及第一艙室內的氣體參數，計算第一艙室的蒸汽補償函數:

52、；

53、其中v（t）代表第一艙室的蒸汽補償函數，t2代表第二艙室內蒸汽的溫度，t0代表第一艙室的預定溫度；

54、步驟s42.按照蒸汽補償函數將第一氣室內的蒸汽輸出到驅動艙室中，在驅動艙室中混合來自第一艙室與第二艙室的蒸汽；

55、步驟s43.打開驅動艙室的出氣口，推動發電輪機發電，并使所述蒸汽補償函數隨檢測到的蒸汽輸出函數實時變化，持續從第一艙室和第二艙室中接收蒸汽輸出。

56、本步驟能夠克服原有控制系統的滯后性，使發電機組實現穩定可靠的電力供應，解決鍋爐蒸汽輸出不穩定的問題。

57、進一步的，步驟s5包括：

58、步驟s51.獲取投料口的投料速度隨時間的變化函數r（t），根據相同時間段內第二艙室的蒸汽輸出函數p(t），計算投料速度與蒸汽輸出函數p(t）的關聯系數：

59、；

60、其中，w代表關聯系數，t1為預設時延，cod為取整函數，tc為當前時刻；

61、步驟s52.估計關聯系數調節投料口在當前時刻的投料速度r（tc），使r(tc)=w·p（tc），其中p（tc）代表當前時刻第二艙室中蒸汽的壓力；

62、步驟s53.根據第一艙室的蒸汽補償函數，計算第一艙室中的氣壓，當第一艙室中的氣壓下降到閾值時，按照步驟s22的方法重新計算尾氣回收量，向第一艙室中通入壓縮后的尾氣，使第一艙室的溫度保持預定溫度t0。

63、與現有技術相比，本發明所達到的有益效果是：

64、本發明能夠根據蓄電池中電量消耗的功率，計算火電機組的期望運行功率，使火電機組的發電量與電網的需求量相匹配，避免過度發電導致電力的浪費，可以優化火電機組的能源消耗，減少能源浪費，提高能源利用效率，從而降低運行成本和環境影響。

65、本發明能夠將驅動輪機后產生的低溫尾氣和加熱發電用水產生的蒸汽放在不同艙室中進行加熱，在需要調節鍋爐氣壓時，將兩個艙室的蒸汽混合，達到輸出標準后共同輸入汽輪機，克服了原有控制系統的滯后性，可以使發電機組實現穩定可靠的電力供應，提升火電機組電站的智能化水平。

66、本發明能夠智能調節燃料的送料速度，并根據燃料和鍋爐中的氣壓轉換比例，調節艙室中不同溫度蒸汽的比例，解決了燃料品質不穩定，導致鍋爐蒸汽輸出不穩定的問題，有助于提高火力電站的發電效率，降低運行成本。