本发明涉及多能源互补发电系统运行控制领域，具体涉及一种光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法。
背景技术：
近年来，为解决化石燃料的使用造成的环境污染问题，可再生能源发展迅猛，但由于太阳能等可再生能源是间歇性能源，大规模并网会导致电网波动剧烈的问题，需要借助火电机组进行调峰，因此多能互补发电系统成为国家的一个大力发展方向。光煤互补作为多能互补的典型方式，光煤互补电站可以弱化外部环境对系统的影响，使系统能够平稳地将太阳能转化为电能，达到节能减排的目的，同时光煤互补可以省去传统光热电站中的汽轮机等设备，使其具有投资小的优点。然而现有光煤互补系统大多存在控制困难的问题，多数控制方法只考虑设计工况的运行，并未考虑如何在光照波动以及光煤互补系统变工况情况下仍然可以维持太阳能的高效利用，难以准确评价太阳能在光煤互补系统的作用，且难以满足光煤互补系统变工况运行的同时保证顺利消纳可再生能源。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法，该系统通过建立光煤互补系统变工况下光煤流量分配比与光电转换效率的关系，调节光煤流量分配比，控制进入太阳能集热系统的加热的水流量，实现光电转换效率最优的控制目标，充分利用太阳能，提高光煤互补系统在变工况条件下的能量利用率和经济性。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法，以光电转换效率最优作为光煤互补系统变工况运行控制的目标，其中光电转换效率指光煤互补系统接收到的太阳辐照能量转化为电能的比率，即当光煤互补系统和未耦合太阳能的传统燃煤发电系统的锅炉吸热量相同时，光煤互补系统增加的发电量与所接收到的太阳辐照能量之比；
光电转换效率的计算方法是：首先利用式(1)计算通过太阳能集热系统加热和高压加热器加热的水混合后的比焓，再结合热力系统变工况计算方法利用式(2)计算光煤互补系统的发电功率wscpp，然后假设光煤互补系统和未耦合太阳能的传统燃煤发电系统的在锅炉中吸热量相同，根据式(3)-(4)计算光电转换效率ηse；
hw(i-1),in＝αtcs×hs,out (1-αtcs)hwi,out(1)
式中，hw(i-1),in是通过太阳能集热系统加热和高压加热器加热的水混合后的比焓，i＝1,2,…,n，kj/kg；n为光煤互补系统回热加热器的总个数，回热加热器由高压至低压依次编号为1至n；αtcs是光煤流量分配比；hs,out是通过太阳能集热系统加热后的水的比焓，kj/kg；hwi,out是通过原有高压加热器加热后的水的比焓，kj/kg；
式中，wscpp是光煤互补系统发电功率，mw；d0是光煤互补系统主蒸汽流量，kg/s；h0是光煤互补系统主蒸汽比焓，kj/kg；dzr是光煤互补系统再热蒸汽流量，kg/s；hzr是光煤互补系统再热蒸汽比焓，kj/kg；di是光煤互补系统中燃煤发电的汽轮机第i级抽汽流量，i＝1,2,…,n，kg/s；hwi,in是光煤互补系统中燃煤发电的汽轮机第i级抽汽比焓，kj/kg；dc是光煤互补系统排汽流量，kg/s；hc是光煤互补系统排汽比焓，kj/kg；dsg1和dsg2是光煤互补系统中燃煤发电的前轴封汽量和后轴封汽量，kg/s；hsg1和hsg2是光煤互补系统中燃煤发电的前轴封汽比焓和后轴封汽比焓，kj/kg；
wadd＝wscpp-weq(3)
式中，wadd是光煤互补系统等吸热量下的新增功率，mw；weq是在相同发电负荷要求下，与光煤互补系统等吸热量时的未耦合太阳能的传统燃煤发电系统的等效发电功率，mw；
式中，ηse是光煤互补系统的光电转换效率；dni是太阳直接法相辐射，w/m2；ac是太阳光照集热面积，m2；
光煤互补系统优化光电转换效率的变工况运行控制，包括以下步骤：
步骤1：读取光煤互补系统中，与高压加热器并联的太阳能集热系统、燃煤发电系统及环境条件的相关信息；
步骤2：读取光煤互补系统所需运行的工况条件；
步骤3：根据太阳能集热单元导热油工作温度区间及其设备安全工作范围确定太阳能集热单元可加热的水流量范围，再根据水流量范围与燃煤机组给水流量之比确定光煤互补系统可运行的光煤流量分配比范围；
步骤4：在步骤3计算出的光煤流量分配比变化范围内，计算当前光照条件和电负荷条件下光煤互补系统的光电转换效率ηse，建立光煤互补系统的光电转换效率与光煤流量分配比的关系；
步骤5：选择优化的光煤流量分配比：即，在步骤4建立的所要求运行的工况下的光电转换效率与光煤流量分配比的关系中，选择光电转换效率的最大值所对应的光煤流量分配比作为优化的光煤流量分配比；
步骤6：根据步骤5得出的优化的光煤流量分配比，调节流入太阳能集热系统加热的优化的水流量
式中，
当光煤互补系统运行工况改变或太阳光照强度改变时，重复步骤1至步骤6，重新达到控制目标。
所述步骤1中，所读取的环境条件的相关信息包括当前光照强度和环境温度，所读取的太阳能集热系统的相关信息包括太阳能集热单元的相关信息和镜场相关信息，所读取的燃煤发电系统的信息包括进行发电功率计算所需的主蒸汽的参数、汽轮机抽汽参数、高压加热器和低压加热器的运行的信息。
所述设计光照强度取光煤互补系统运行地点的典型气象年的平均太阳直接法相辐射强度；步骤5中，光电转换效率的最大值所对应的光煤流量分配比如下：80％至100％电负荷时，控制光煤流量分配比在下限值运行；60％至80％电负荷时，当太阳直接法相辐射强度不小于85％-105％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在下限值运行，当太阳直接法相辐射强度小于85％-105％的设计光照强度时，光煤流量分配比在控制在0.2至0.3之间运行；40％至60％电负荷时，当太阳直接法相辐射强度不小于94％-110％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在0.4至0.45之间运行，当太阳直接法相辐射强度小于94％-110％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在0.25至0.3之间运行。
所述光煤互补系统的太阳能集热系统与第二级高压加热器和第三级高压加热器并联。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明考虑了变工况条件下光煤互补系统的运行，通过确定光煤互补系统光电转换效率与光煤流量分配比的关系，利用进入太阳能集热系统给水流量的调节，能够实现光电转换效率最好的目标，提高了光煤互补系统在变工况条件下的能量利用效率和经济性。
(2)本发明操作简单，易于实现，投资低，回收周期短。
附图说明
图1为本发明光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法流程图。
图2为本发明光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法实施系统回热加热器连接示意图
图3为本发明光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法实施例100％tha光电转换效率与光煤流量分配比对应关系示意图。
图4为本发明光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法实施例75％tha光电转换效率与光煤流量分配比对应关系示意图。
图5为本发明光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法实施例50％tha光电转换效率与光煤流量分配比对应关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明一种光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法，以光电转换效率最优作为光煤互补系统变工况运行控制的目标，其中光电转换效率指光煤互补系统接收到的太阳辐照能量转化为电能的比率，即当光煤互补系统和未耦合太阳能的传统燃煤发电系统的锅炉吸热量相同时，光煤互补系统增加的发电量与所接收到的太阳辐照能量之比；
光电转换效率的计算方法是：首先利用式(1)计算通过太阳能集热系统加热和高压加热器加热的水混合后的比焓，再结合热力系统变工况计算方法利用式(2)计算光煤互补系统的发电功率wscpp，然后假设光煤互补系统和未耦合太阳能的传统燃煤发电系统的在锅炉中吸热量相同，根据式(3)-(4)计算光电转换效率ηse；
hw(i-1),in＝αtcs×hs,out (1-αtcs)hwi,out(1)
式中，hw(i-1),in是通过太阳能集热系统加热和高压加热器加热的水混合后的比焓，i＝1,2,…,n，kj/kg；n为光煤互补系统回热加热器的总个数，回热加热器由高压至低压依次编号为1至n；αtcs是光煤流量分配比；hs,out是通过太阳能集热系统加热后的水的比焓，kj/kg；hwi,out是通过原有高压加热器加热后的水的比焓，kj/kg；
式中，wscpp是光煤互补系统发电功率，mw；d0是光煤互补系统主蒸汽流量，kg/s；h0是光煤互补系统主蒸汽比焓，kj/kg；dzr是光煤互补系统再热蒸汽流量，kg/s；hzr是光煤互补系统再热蒸汽比焓，kj/kg；di是光煤互补系统中燃煤发电的汽轮机第i级抽汽流量，i＝1,2,…,n，kg/s；hwi,in是光煤互补系统中燃煤发电的汽轮机第i级抽汽比焓，kj/kg；dc是光煤互补系统排汽流量，kg/s；hc是光煤互补系统排汽比焓，kj/kg；dsg1和dsg2是光煤互补系统中燃煤发电的前轴封汽量和后轴封汽量，kg/s；hsg1和hsg2是光煤互补系统中燃煤发电的前轴封汽比焓和后轴封汽比焓，kj/kg；
wadd＝wscpp-weq(3)
式中，wadd是光煤互补系统等吸热量下的新增功率，mw；weq是在相同发电负荷要求下，与光煤互补系统等吸热量时的未耦合太阳能的传统燃煤发电系统的等效发电功率，mw；
式中，ηse是光煤互补系统的光电转换效率；dni是太阳直接法相辐射，w/m2；ac是太阳光照集热面积，m2；
光煤互补系统优化光电转换效率的变工况运行控制，包括以下步骤：
步骤1：读取光煤互补系统中，与高压加热器并联的太阳能集热系统、燃煤发电系统及环境条件的相关信息；
步骤2：读取光煤互补系统所需运行的工况条件；
步骤3：根据太阳能集热单元导热油工作温度区间及其设备安全工作范围确定太阳能集热单元可加热的水流量范围，再根据水流量范围与燃煤机组给水流量之比确定光煤互补系统可运行的光煤流量分配比范围；
步骤4：在步骤3计算出的光煤流量分配比变化范围内，计算当前光照条件和电负荷条件下光煤互补系统的光电转换效率ηse，建立光煤互补系统的光电转换效率与光煤流量分配比的关系；
步骤5：选择优化的光煤流量分配比：即，在步骤4建立的所要求运行的工况下的光电转换效率与光煤流量分配比的关系中，选择光电转换效率的最大值所对应的光煤流量分配比作为优化的光煤流量分配比；
步骤6：根据步骤5得出的优化的光煤流量分配比，调节流入太阳能集热系统加热的优化的水流量
式中，
当光煤互补系统运行工况改变或太阳光照强度改变时，重复步骤1至步骤6，重新达到控制目标。
作为本发明的优选实施方式，步骤1中，所读取的环境条件的相关信息包括当前光照强度和环境温度，所读取的太阳能集热系统的相关信息包括太阳能集热单元的相关信息和镜场相关信息，所读取的燃煤发电系统的信息包括进行发电功率计算所需的主蒸汽的参数、汽轮机抽汽参数、高压加热器和低压加热器的运行的信息。
作为本发明的优选实施方式，设计光照强度取光煤互补系统运行地点的典型气象年的平均太阳直接法相辐射强度；步骤5中，光电转换效率的最大值所对应的光煤流量分配比如下：80％至100％电负荷时，控制光煤流量分配比在下限值运行；60％至80％电负荷时，当太阳直接法相辐射强度不小于85％-105％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在下限值运行，当太阳直接法相辐射强度小于85％-105％的设计光照强度时，光煤流量分配比在控制在0.2至0.3之间运行；40％至60％电负荷时，当太阳直接法相辐射强度不小于94％-110％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在0.4至0.45之间运行，当太阳直接法相辐射强度小于94％-110％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在0.25至0.3之间运行。
如图2，作为本发明的优选实施方式，所述光煤互补系统的太阳能集热系统与第二级高压加热器和第三级高压加热器并联。
作为本发明的实施例，表1列出实施例中光煤互补系统主要参数和主要环境信息；
表1光煤互补系统主要参数和主要环境信息
研究表明光电转换效率与光煤流量分配比的对应关系在不同工况下有差异且与光照强度有关；实施例系统80％至100％电负荷运行时，以100％电负荷为例，如图3所示，光电转换效率与光煤流量分配比的对应关系是单调递减关系，因此，控制光煤流量分配比在下限值运行；实施例系统60％至80％电负荷运行时，以75％电负荷为例，如图4所示，光电转换效率与光煤流量分配比在太阳直接法相辐射强度不小于85％-105％的设计光照强度时呈递减关系，光电转换效率与光煤流量分配比在太阳直接法相辐射强度小于85％-105％的设计光照强度时呈先增加后逐渐减小关系，极大值出现在0.2至0.3的区间内，因此，当太阳直接法相辐射强度不小于85％-105％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在下限值运行，当太阳直接法相辐射强度小于85％-105％的设计光照强度时，光煤流量分配比在控制在0.2至0.3之间运行；实施例系统40％至60％电负荷运行时，以50％电负荷为例，如图5所示，光电转换效率与光煤流量分配比在太阳直接法相辐射强度不小于94％-110％的设计光照强度时呈递减关系，光电转换效率与光煤流量分配比在当太阳直接法相辐射强度小于94％-110％的设计光照强度时呈先增加后逐渐减小关系，因此，当太阳直接法相辐射强度不小于94％-110％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在0.4至0.45之间运行，当太阳直接法相辐射强度小于94％-110％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在0.25至0.3之间运行。
本发明通过给出调节光煤流量分配比，控制进入太阳能集热系统的给水流量，保证光电转换效率达到最大值，为变工况条件下优化太阳能利用率的控制提供明确的指导，可以提高机组能量利用率且操作简单易于实现。
1.一种光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法，其特征在于：
以光电转换效率最优作为光煤互补系统变工况运行控制的目标，其中光电转换效率指光煤互补系统接收到的太阳辐照能量转化为电能的比率，即当光煤互补系统和未耦合太阳能的传统燃煤发电系统的锅炉吸热量相同时，光煤互补系统增加的发电量与所接收到的太阳辐照能量之比；
光电转换效率的计算方法是：首先利用式(1)计算通过太阳能集热系统加热和高压加热器加热的水混合后的比焓，再结合热力系统变工况计算方法利用式(2)计算光煤互补系统的发电功率wscpp，然后假设光煤互补系统和未耦合太阳能的传统燃煤发电系统的在锅炉中吸热量相同，根据式(3)-(4)计算光电转换效率ηse；
hw(i-1),in＝αtcs×hs,out (1-αtcs)hwi,out(1)
式中，hw(i-1),in是通过太阳能集热系统加热和高压加热器加热的水混合后的比焓，i＝1,2,…,n，kj/kg；n为光煤互补系统回热加热器的总个数，回热加热器由高压至低压依次编号为1至n；αtcs是光煤流量分配比；hs,out是通过太阳能集热系统加热后的水的比焓，kj/kg；hwi,out是通过原有高压加热器加热后的水的比焓，kj/kg；
式中，wscpp是光煤互补系统发电功率，mw；d0是光煤互补系统主蒸汽流量，kg/s；h0是光煤互补系统主蒸汽比焓，kj/kg；dzr是光煤互补系统再热蒸汽流量，kg/s；hzr是光煤互补系统再热蒸汽比焓，kj/kg；di是光煤互补系统中燃煤发电的汽轮机第i级抽汽流量，i＝1,2,…,n，kg/s；hwi,in是光煤互补系统中燃煤发电的汽轮机第i级抽汽比焓，kj/kg；dc是光煤互补系统排汽流量，kg/s；hc是光煤互补系统排汽比焓，kj/kg；dsg1和dsg2是光煤互补系统中燃煤发电的前轴封汽量和后轴封汽量，kg/s；hsg1和hsg2是光煤互补系统中燃煤发电的前轴封汽比焓和后轴封汽比焓，kj/kg；
wadd＝wscpp-weq(3)
式中，wadd是光煤互补系统等吸热量下的新增功率，mw；weq是在相同发电负荷要求下，与光煤互补系统等吸热量时的未耦合太阳能的传统燃煤发电系统的等效发电功率，mw；
式中，ηse是光煤互补系统的光电转换效率；dni是太阳直接法相辐射，w/m2；ac是太阳光照集热面积，m2；
光煤互补系统优化光电转换效率的变工况运行控制，包括以下步骤：
步骤1：读取光煤互补系统中，与高压加热器并联的太阳能集热系统、燃煤发电系统及环境条件的相关信息；
步骤2：读取光煤互补系统所需运行的工况条件；
步骤3：根据太阳能集热单元导热油工作温度区间及其设备安全工作范围确定太阳能集热单元可加热的水流量范围，再根据水流量范围与燃煤机组给水流量之比确定光煤互补系统可运行的光煤流量分配比范围；
步骤4：在步骤3计算出的光煤流量分配比变化范围内，计算当前光照条件和电负荷条件下光煤互补系统的光电转换效率ηse，建立光煤互补系统的光电转换效率与光煤流量分配比的关系；
步骤5：选择优化的光煤流量分配比：即，在步骤4建立的所要求运行的工况下的光电转换效率与光煤流量分配比的关系中，选择光电转换效率的最大值所对应的光煤流量分配比作为优化的光煤流量分配比；
步骤6：根据步骤5得出的优化的光煤流量分配比，调节流入太阳能集热系统加热的优化的水流量
式中，
当光煤互补系统运行工况改变或太阳光照强度改变时，重复步骤1至步骤6，重新达到控制目标。
2.根据权利要求1所述的一种光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法，其特征在于：步骤1中，所读取的环境条件的相关信息包括当前光照强度和环境温度，所读取的太阳能集热系统的相关信息包括太阳能集热单元的相关信息和镜场相关信息，所读取的燃煤发电系统的信息包括进行发电功率计算所需的主蒸汽的参数、汽轮机抽汽参数、高压加热器和低压加热器的运行的信息。
3.根据权利要求1所述的一种光煤互补系统变工况的光电转换效率寻优控制方法，其特征在于：设计光照强度取光煤互补系统运行地点的典型气象年的平均太阳直接法相辐射强度；步骤5中，光电转换效率的最大值所对应的光煤流量分配比如下：80％至100％电负荷时，控制光煤流量分配比在下限值运行；60％至80％电负荷时，当太阳直接法相辐射强度不小于85％-105％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在下限值运行，当太阳直接法相辐射强度小于85％-105％的设计光照强度时，光煤流量分配比在控制在0.2至0.3之间运行；40％至60％电负荷时，当太阳直接法相辐射强度不小于94％-110％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在0.4至0.45之间运行，当太阳直接法相辐射强度小于94％-110％的设计光照强度时，光煤流量分配比控制在0.25至0.3之间运行。
4.根据权利要求1所述的一种光煤互补系统变工况优化光电转换效率运行的控制方法，其特征在于：所述光煤互补系统的太阳能集热系统与第二级高压加热器和第三级高压加热器并联。
技术总结