一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法和装置与流程

1.本发明涉及核电机组控制技术领域，特别涉及一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法和装置。


背景技术：

2.近年来，我国提出积极安全有序发展核电，积极稳妥开展核能供热示范。在保障能源安全前提下，大力实施可再生能源替代，加快构建清洁低碳安全高效的能源体系。核电迎来新一轮发展机遇，同时也面临挑战。
3.我国北方地区冬季需要集中供暖，热源主要来自燃煤机组或燃煤锅炉，每年约消耗5亿吨标煤。核能作为清洁能源，是重要的“清洁”热源。然而，长期以来我国核电多以电力生产为唯一目的。随着风电、光伏并网比重的不断上升，小容量、高能耗煤电逐步被关停，核能综合利用及电力辅助需求日益增加。在电力生产同时，兼顾满足不同品位热负荷需求等民生问题，符合国家能源局“核电+”与能源综合利用提倡，经济和环境效益突显。热电联产的核电机组利用二次回路的汽机抽汽实现供热，是热电联产来源得到拓展，同时也使核电机组负荷调整的灵活性及空间得到提升，对推动“双碳”目标的早日实现具有重要意义。
4.目前，核电机组的调峰通常采用调节核反应堆输出功率来实现。对于压水堆，一般采用控制棒位移和硼酸溶液浓度作为控制量，实现对反应堆负荷跟踪控制，这种调节方式对于核电机组寿命和运行安全性存在较大影响。因此，基于安全性和经济性等多方面考虑，我国在运核电机组通常不参与电网调峰，以基本负荷运行。随着电网峰谷差和新能源消纳压力日趋增大，电网调峰需求不断增加，核电调峰逐渐提上日程。
5.而对于承担供热的核电机组，在不改变核反应堆功率的情况下，从二次回路的汽机侧抽出部分蒸汽供热会使机组出力降低，对于因供热造成的出力降低成为一种调峰资源，使在不调节核反应堆输出功率的前提下通过调整抽汽量改变机组出力参与电网调峰成为可能。


技术实现要素：

6.本发明实施例提供了一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法和装置，避免了传统核电调峰的安全隐患，有助于提升热电联产的核电机组热电负荷调整的灵活性及空间。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
7.根据本发明实施例的第一方面，提供了一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，包括：
8.收集热电联产核电机组的热平衡图，根据热平衡图建立核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程；其中，二次回路中设置有蓄热罐，以灵活调整抽汽量、拓宽电负荷调整范围；
9.将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程，根据汽水分布方程进一步获得核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况，若满足，则进一步利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率；
10.以小于等于最大汽机功率、大于等于最小汽机功率为核电机组电负荷调整范围，并根据电负荷调整范围进行调峰。
11.在一个实施例中，该方法中根据热平衡图建立核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程的步骤进一步包括：
12.质量平衡方程为：
13.m
fw
＝m1+m2+m3+m4+m5+m6+m7+mh+mc+m
cw
14.式中，mi为第i级回热抽汽量,单位为t/h；m
cw
为低压缸的排汽流量；mh为供热抽汽流量；mc为主蒸汽通过二次再热器到七级加热器的进汽流量；
15.第一级加热器：
16.mfw(h
w,1-h
w,0
)
17.＝m1(h
1-h
d,1
)+m2(h
d,2-h
d,1
)+(m3+m4+m5+m6+m718.+mh)(h
w,1-h
w,0
)
19.第二级加热器：
20.mfw(h
w,2-h
w,1
)
21.＝m2(h
2-h
d,2
)+(m3+m4+m5+m6+m7+mh)(h
w,2-h
w,1
)
22.第三级加热器：
23.mfw(h
w,3-h
w,2
)
24.＝m3(h
3-h
w,2
)+m4(h
d,4-h
w,2
)+(m5+m6+m7+mh)(h
w,3
[0025]-h
w,2
)
[0026]
第四级加热器：
[0027]
mfw(h
w,4-h
w,3
)
[0028]
＝m4(h
4-h
d,4
)+mh(h
w,4-h
w,3
)+(m5+m6+m7)(h
w,4-h
w,3
)
[0029]
除氧器：
[0030]
mfw(h
w,5-h
w,4
)＝m5(h
5-h
w,4
)+mh(h
h-h
w,4
)+(m6+m7)(h
d,6-h
w,4
)
[0031]
第六级加热器：
[0032]
mfw(h
w,6-h
w,5
)＝m6(h
6-h
d,6
)+m7(h
d,7-h
d,6
)
[0033]
第七级加热器：
[0034]
mfw(h
w,7-h
w,6
)＝m7(h
7-h
d,7
)+mchc；
[0035]
式中，mfw为主蒸汽流量，单位为t/h；h
w,i
为第i级加热器给水焓；h
d,i
为第i级加热器疏水焓。
[0036]
在一个实施例中，该方法中将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程的步骤进一步包括：
[0037]
在蓄热罐不投入时，将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程的公式为：
[0038][0039]
式中，τi为第i级加热器给水焓升：τi＝h
w,i-h
w,(i+1)
；hh为抽汽焓值；a为系统矩阵；hc为汽轮机通过二次再热器到七级加热器的抽汽焓值。
[0040]
在蓄热罐投入时，将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程的公式为：
[0041][0042]
式中，ma为到蓄热罐蒸汽流量。
[0043]
在一个实施例中，该方法中系统矩阵a为：
[0044][0045]
式中，qi为回热抽汽焓降：qi＝h
i-h
d,i
；yi为加热器疏水焓降；yi＝h
d,(i-1)-h
d,i
；h
d,i
为第i级加热器疏水焓；hi为第i级回热抽汽焓。
[0046]
在一个实施例中，该方法中根据汽水分布方程进一步获得核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况的步骤进一步包括：
[0047]
采用公式：
[0048][0049]
式中，m
l
为高压缸的轴封漏汽与阀杆漏汽之和，m
lpt,min
为机组自身所满足的低压缸最小进汽量；
[0050]
验证回热抽汽量是否满足低压缸最小进汽流量工况；
[0051]
若不满足，则对汽水分布方程的给水流量和第i级回热抽汽量重新设定，直至抽汽量满足低压缸最小进汽流量工况。
[0052]
在一个实施例中，该方法中利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率的步骤进一步包括：
[0053]
做功方程为：
[0054][0055]
式中，h0为主蒸汽焓值；δh
σ
为再热热段焓升；h
es
为排除低压缸的蒸汽焓值；α为汽水分离器两端的焓差。
[0056]
在一个实施例中，该方法中利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率的步骤进一步包括：
[0057]
通过以下公式选取抽汽量的最大值：
[0058]mh,max
＝min{m
h1
,m
h2
}
[0059]
式中，m
h1
为核电机组设计最大供热抽汽流量，m
h2
为低压缸最小进汽量工况对应的供热抽汽量，单位均为t/h；
[0060]
利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，供热抽汽量的最小值为满足当前供热的最小抽汽量，在不供热时取为0，此时低压缸进汽量达到最大值，汽机功率同时达到最大值。
[0061]
在一个实施例中，该方法中根据电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：
[0062]
对采暖季每日等时长划分为至少两个时间段；
[0063]
收集热电联产的核电机组一天内的电负荷实际数据，根据电网调峰实际需求情况，确定需要降低或升高机组发电功率的时间段，进而确定该时间段需要降低或升高发电功率的改变量。
[0064]
在一个实施例中，该方法中根据电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：
[0065]
对采暖季每日进行等时长划分为0:00～4:00、4:00～8:00、8:00～12:00、12:00～16:00、16:00～20:00、20:00～24:00六个时间段；
[0066]
收集热电联产的核电机组一天内的电负荷实际数据，根据电网调峰实际需求情况，确定需要降低或升高机组发电功率的时间段，进而确定该时间段需要降低或升高发电功率的改变量。
[0067]
在一个实施例中，该方法中根据电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：
[0068]
维持核反应堆输出功率不变的条件下，即在主蒸汽流量不变的前提下，针对6个时间段，对每个时间段的负荷需求进行评估，通过调整机组抽汽量与蓄热罐充、放热速率进行策略优化；
[0069]
根据汽水分布方程和做功方程，得出电功率和热负荷的对应关系，从而根据发电功率改变量计算热负荷的改变量，进而确定抽汽改变量，通过下式得到：
[0070]
△
mh＝qh/(h
h-h
is
)
[0071]
式中，
△
mh为抽汽改变量,单位为t/h；qh为热负荷改变量,单位为mw；hh为抽汽焓值,h
is
为疏水焓值，单位均为kj/kg。
[0072]
在一个实施例中，该方法中根据电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：
[0073]
在降低发电负荷的时间段内，增加抽汽量并将热量储存在蓄热罐中，以进行压低发电出力；通过蓄热罐储存热量，改变二次回路抽汽量，以达到核电机组灵活调峰的目的。
[0074]
在一个实施例中，该方法中根据电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：
[0075]
在提高发电负荷的时间段内将蓄热罐中储存的热量放出，降低抽汽量，以提升发电出力；通过蓄热罐释放热量，改变二次回路抽汽量，以达到核电机组灵活调峰的目的。
[0076]
根据本发明实施例的第二方面，提供了一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰装置。
[0077]
在一个实施例中，该装置包括平衡方程建立模块、汽机功率计算模块和调峰模块；其中，
[0078]
平衡方程建立模块，用于收集热电联产核电机组的热平衡图，根据热平衡图建立核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程；
[0079]
汽机功率计算模块，用于将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程，根据汽水分布方程进一步获得核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况，若满足，则进一步利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率；
[0080]
调峰模块，以小于等于最大汽机功率、大于等于最小汽机功率为核电机组电负荷调整范围，用于根据电负荷调整范围进行调峰。
[0081]
在一个实施例中，该装置中二次回路中设置有蓄热罐；调峰模块进一步包括：
[0082]
在降低发电负荷的时间段内，将提高的抽汽量储存在蓄热罐中，以进行压低发电出力。
[0083]
在一个实施例中，该装置中调峰模块进一步包括：
[0084]
在提高发电负荷的时间段内将抽汽量放出，以提升发电出力。
[0085]
根据本发明实施例的第三方面，提供了一种计算机设备。
[0086]
在一些实施例中，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现如第一方面方法的步骤。
[0087]
根据本发明实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质。
[0088]
在一些实施例中，计算机可读存储介质上存储有计算机程序；计算机程序被处理器执行以实现如第一方面方法的步骤。
[0089]
本发明实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0090]
本发明提出了一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，提出了增设蓄热罐来进一步提升其调峰灵活性的方法，并给出了增设蓄热罐后电负荷调整范围的计算方法，避免了传统核电调峰的安全隐患，有利于推动核电机组参与调峰的进程。与此同时，通过在二次回路引入蓄热装置的手段不仅可以提高供热的稳定性、安全性，在一定程度上也能实现部分的热电解耦，有助于提升热电联产的核电机组热电负荷调整的灵活性及空
间，是一种可行的调峰策略。
[0091]
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
[0092]
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
[0093]
图1是本技术实施例提供的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法的流程图；
[0094]
图2是本技术实施例提供的热电联产核电机组的热平衡图；
[0095]
图3是本技术实施例提供的热电联产的核电机组热电耦合特性示意图；
[0096]
图4是本技术实施例提供的热电联产核电机组的含蓄热罐的热平衡图；
[0097]
图5是本技术实施例提供的热电联产的核电机组含蓄热罐的热电耦合特性示意图；
[0098]
图6是本技术实施例提供的热电联产核电机组某日实际电负荷数据示意图；
[0099]
图7是本技术实施例提供的热电联产核电机组某日平均电负荷数据示意图；
[0100]
图8是本技术实施例提供的热电联产核电机组加入蓄热罐后运行策略优化效果示意图；
[0101]
图9是本技术实施例提供的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰装置的结构图；
[0102]
图10是根据一示例性实施例示出的计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
[0103]
以下描述和附图充分地示出本文的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本文的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。本文中，术语“第一”、“第二”等仅被用来将一个元素与另一个元素区分开来，而不要求或者暗示这些元素之间存在任何实际的关系或者顺序。实际上第一元素也能够被称为第二元素，反之亦然。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的结构、装置或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种结构、装置或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的结构、装置或者设备中还存在另外的相同要素。本文中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0104]
本文中，除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
[0105]
图1示出了本发明的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法的流程图，如图1所示：
[0106]
s100：收集热电联产核电机组的热平衡图，根据热平衡图建立核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程；其中，二次回路中设置有蓄热罐，以灵活调整抽汽量、
拓宽电负荷调整范围。
[0107]
s200：将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程，根据汽水分布方程进一步获得核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况，若满足，则进一步利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率。
[0108]
s300：以小于等于最大汽机功率、大于等于最小汽机功率为核电机组电负荷调整范围，并根据电负荷调整范围进行调峰。
[0109]
在具体实施中，根据图2，建立核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程：
[0110]
质量平衡方程为：
[0111]mfw
＝m1+m2+m3+m4+m5+m6+m7+mh+mc+m
cw
[0112]
式中，mi为第i级回热抽汽量，单位为t/h；m
cw
为低压缸的排汽流量；mh为供热抽汽流量；mc为主蒸汽通过二次再热器到七级加热器的进汽流量；
[0113]
第一级加热器：
[0114]
mfw(h
w，1-h
w，0
)
[0115]
＝m1(h
1-h
d，1
)+m2(h
d，2-h
d，1
)+(m3+m4+m5+m6+m7+mh)(h
w，1-h
w，0
)
[0116]
第二级加热器：
[0117]
mfw(h
w，2-h
w，1
)
[0118]
＝m2(h
2-h
d，2
)+(m3+m4+m5+m6+m7+mh)(h
w，2-h
w，1
)
[0119]
第三级加热器：
[0120]
mfw(h
w，3-h
w，2
)
[0121]
＝m3(h
3-h
w，2
)+m4(h
d，4-h
w，2
)+(m5+m6+m7+mh)(h
w，3-h
w，2
)
[0122]
第四级加热器：
[0123]
mfw(h
w，4-h
w，3
)
[0124]
＝m4(h
4-h
d，4
)+mh(h
w，4-h
w，3
)+(m5+m6+m7)(h
w，4-h
w，3
)
[0125]
除氧器：
[0126]
mfw(h
w，5-h
w，4
)＝m5(h
5-h
w，4
)+mh(h
h-h
w，4
)+(m6+m7)(h
d，6-h
w，4
)
[0127]
第六级加热器：
[0128]
mfw(h
w，6-h
w，5
)＝m6(h
6-h
d，6
)+m7(h
d，7-h
d，6
)
[0129]
第七级加热器：
[0130]
mfw(h
w，7-h
w，6
)＝m7(h
7-h
d，7
)+mchc[0131]
式中，mfw为主蒸汽流量，单位为t/h；h
w,i
为第i级加热器给水焓；h
d,i
为第i级加热器疏水焓。
[0132]
在具体实施中，将核电机组二次回路的各级加热器能量方程整理成汽水分布方程：
[0133][0134]
式中，τi为第i级加热器给水焓升：τi＝h
w,i-h
w,(i+1)
；hh为抽汽焓值；a为系统矩阵；hc为汽轮机通过二次再热器到七级加热器的抽汽焓值。
[0135]
进一步的，
[0136][0137]
式中，qi为回热抽汽焓降：qi＝h
i-h
d,i
；yi为加热器疏水焓降：yi＝h
d,(i-1)-h
d,i
；h
d,i
为第i级加热器疏水焓；hi为第i级回热抽汽焓。
[0138]
进一步的，设定汽水分布方程的主要参数，具体的，主要参数包括给水流量与第i级回热抽汽量。
[0139]
进一步的，利用汽水分布方程，求解热电联产的核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量。
[0140]
在具体实施中，求解二次回路中各级回热抽汽量后，采用公式：
[0141][0142]
式中，m
l
为高压缸的轴封漏汽与阀杆漏汽之和，m
lpt,min
为机组自身所满足的低压缸最小进汽量；
[0143]
验证抽汽量是否满足低压缸最小进汽流量工况；
[0144]
若不满足，则对汽水分布方程的给水流量和第i级回热抽汽量重新设定，直至抽汽量满足低压缸最小进汽流量工况。
[0145]
在具体实施中，做功方程为：
[0146][0147]
式中，h0为主蒸汽焓值；δh
σ
为再热热段焓升；h
es
为排除低压缸的蒸汽焓值；σ为汽水分离器两端的焓差。
[0148]
具体的，首先利用核电机组二次回路的做功方程求解该工况下汽机功率，其目的
为定量计算核电机组在不改变核反应堆输出功率前提下，以某一抽汽量运行时的发电功率，进而表征通过单一调节抽汽量从而达到的电负荷的调整。
[0149]
如图3所示，本技术分别计算了tha、90％tha、80％tha、70％tha四种工况下机组对应的热电耦合特性以进一步说明上述步骤；图中实线为tha工况，虚线从上至下依次为90％tha、80％tha、70％tha。
[0150]
基于此，本技术考虑的是在不改变核反应堆输出功率的条件，实现核电机组发电出力的调整，以满足日内相应时段的调峰功能。
[0151]
进一步的，本技术通过单纯靠抽汽来调节电负荷。
[0152]
在具体实施中，计算出在不改变核反应堆输出功率的条件下，核电机组对应的最小汽机功率。当电负荷调节至最小功率点时，此时回热抽汽量按以下规则选取：
[0153]mh,max
＝min{m
h1
,m
h2
}
[0154]
式中，m
h1
为为核电机组设计最大供热抽汽流量，m
h2
为低压缸最小进汽量工况对应的供热抽汽量，单位均为t/h。实际运行时，机组允许的最大供热抽汽量取二者较小值。
[0155]
在具体实施中，计算出在不改变核反应堆输出功率的条件下，核电机组对应的最大汽机功率。当电负荷调节至最大功率点时，此时的核电机组二次回路低压缸进汽量达到最大值，回热抽汽量为0。
[0156]
在具体实施中，记录上述两个汽机功率，两功率之间为该指定给水流量下机组电负荷调整范围。考虑核反应堆输出功率不改变工况，热电联产核电机组的热电负荷运行域呈线性特征，反应出机组可根据日内热负荷需求的改变，实现一定范围内的电负荷调整，具备相应的调峰能力和空间。
[0157]
在本技术的其中一些实施例中，为进一步提升核电机组电功率调整的灵活性及可调空间，本技术加入蓄热罐。
[0158]
如图4所示，将蓄热罐引入原二次回路系统之后，重复上述步骤：
[0159]
建立加入蓄热罐的核电机组热电耦合特性，得到如下新的汽水分布方程：
[0160][0161]
式中，式中，a为系统矩阵，与前述步骤中的a相同。加入蓄热罐后机组运行域变为如图5所示(即由原来的ab变为a1b1a2b2)，其负荷灵活性调整空间增大，实现了一定程度的热电解耦。
[0162]
在具体实施中，对采暖季每日等时长划分为至少两个时间段；收集热电联产的核电机组一天内的电负荷实际数据，根据电网调峰实际需求情况，确定需要降低或升高机组发电功率的时间段，进而确定该时间段需要降低或升高发电功率的改变量。
[0163]
在本技术的其中一些实施例中，在采暖季傍晚时段16:00～20:00内，风、光电等新能源并不能承担相应供电能力，导致在此时间段出现供电不足的问题，为了更好的解决上
述问题，将此时段的长度设定为平均时长，对于24小时进行划分，即将时间段分为0:00～4:00；4:00～8:00；8:00～12:00；12:00～16:00；16:00～20:00；20:00～24:00六段。收集热电联产的核电机组一天内的电负荷实际数据按照电力负荷需求情况，选择需要降低机组发电功率和升高机组发电功率的时间段，以及在该时间段需要降低和升高发电功率的空间。
[0164]
在本实施例中，维持核反应堆输出功率不变的条件下，即在主蒸汽流量不变的前提下，针对选取的6个时间段，对每个时间段的负荷需求进行评估，通过调整机组抽汽量与蓄热罐充、放热速率实现运行策略优化。通过前述步骤中得到的热电耦合特性可以得出电负荷和热负荷的对应关系从而计算热负荷的改变量。此后，抽汽量可以通过下式所得：
[0165]
△
mh＝qh/(h
h-h
is
)
[0166]
此时
△
mh为抽汽改变量,t/h；qh为实时热负荷,mw；hh为抽汽焓值,h
is
为疏水焓值，单位均为kj/kg。
[0167]
在具体实施中，在降低发电负荷的时间段内，将提高的抽汽量储存在蓄热罐中，以进行压低发电出力；在提高发电负荷的时间段内将抽汽量放出，以提升发电出力。
[0168]
具体的，在降低发电负荷时间段内，将提高的抽汽量储存在蓄热罐中，实现压低发电出力；然后在提高发电负荷时间段内放出，以减少汽机的抽汽量，提升发电出力。最终得到不同时段不改变核反应堆功率时机组负荷调整能力及相应的蓄热罐充放热情况。
[0169]
综上所述，本技术基于热电联产的核电机组在核反应堆输出功率不变的情况，通过二次回路供热抽汽量的调整实现核电机组参与调峰；通过在供热系统引入蓄热装置，一定程度上实现“热电解耦”，提升核电机组参与电力调峰的灵活性及有效空间。本技术所涉及的核电参与电网调峰模式，区别于传统的通过调整核岛侧输出功率参与调峰的方式，从而提高了机组的综合经济效益，也降低了传统核电调峰方式存在的风险。本技术所涉及的调峰策略有助于增加电力系统的调峰资源，有效促进了风、光等可再生能源的消纳。
[0170]
本技术提供一具体实施例对上述步骤进行示例性说明：
[0171]
请参见图6-图8，本实施例为某ap1000级核电机组，其设计功率为1203mw，共有7级加热器，第五级回热抽汽段进行采暖抽汽。
[0172]
步骤a：收集热电联产机组的热平衡图。
[0173]
步骤b：根据热平衡图，建立各级加热器的质量、能量平衡方程。
[0174]
步骤c：将步骤b中各级加热器能量方程整理成如下的矩阵方程形式。
[0175]
[0176][0177]
步骤d：设定步骤c中的汽水分布方程主要参数：给水流量、采暖抽汽量，如下表所示：
[0178][0179]
步骤e：利用步骤c中的汽水分布方程求解各级回热抽汽量。求解结果如下表所示：
[0180][0181]
与机组热平衡图中的设计数据误差在3％之内，模型验证合理。
[0182]
步骤f：利用做功方程求解该工况下汽机功率：
[0183][0184]
计算可得p＝1201mw，与实际的1203mw误差在合理范围，证明模型可行。
[0185]
步骤g：计算出在不改变核反应堆输出功率的条件下，核电机组对应的最小电功率。此时，当电负荷调节至最小功率点时，此时供热抽汽量按以下规则选取。
[0186]mh,max
＝min{m
h1
,m
h2
}
[0187]
式中，m
h1
为机组设计最大供热抽汽流量，m
h2
为低压缸最小进汽量工况对应的供热抽汽流量，单位均为t/h。实际运行时，机组允许的最大供热抽汽量取二者较小值。本实施例中，m
h1
1500t/h；m
h2
＝3258t/h。综上，m
h,max
＝1500t/h。
[0188]
对应的电负荷最小值p
min
＝996mw
[0189]
步骤h：计算出在不改变核反应堆输出功率的条件下，核电机组对应的最大电功率，此时供热抽汽量为0。
[0190]
计算如下：
[0191]mh,max
＝0t/h
[0192]
p
max
＝1263mw
[0193]
步骤i：记录步骤g与步骤h中计算的汽机功率，可得两功率之间为该指定给水流量下机组电负荷调整范围为996-1263mw,只要通过改变抽汽量便可使负荷得到调整。
[0194]
步骤j：取该机组一天的实际数据，如下表所示，具体数据如图6所示。
[0195][0196]
平均之后的数据，如下表所示，具体数据如图7所示。
[0197][0198]
步骤k：假设某一天4:00～14:00此时间段光照充足，可以将抽汽量提高，从而压低电负荷来消纳更多的新能源，多抽汽的量储存在蓄热罐中。16:00～20:00因为此时间段光照降低，风电还未能及时供给，所以需要顶峰出力，将蓄热罐中储存的热量在此时间段中放出，所以机组可以减小抽汽或仅用蓄热罐中的热量而不再抽汽，进而提升了机组的顶峰出力能力。20:00～4:00因为此时间段，晚上用电量小，并且要消纳风电，此时也有降负荷需求。
[0199]
综上所述，选取16:00～20:00为顶峰出力时间段，其他时间段都进行降低电负荷。
[0200]
步骤l：假设在16:00～20:00时间段内，使得机组可以维持机组最大功率1263mw运行。计算可得各时间段所改变的抽汽量如下表所示。
[0201][0202]
其中，抽汽量的改变量，-为减少，+为增大。
[0203]
步骤m：在20:00～16:00时间段内将提高的抽汽量储存在蓄热罐中，然后在16:00～20:00时间段内放出，最终得到最终想要达到的顶峰出力能力及相应的蓄热罐充放热情况。
[0204]
结果如下表所示，结果呈现如图7。
[0205][0206]
其中蓄热罐的充放速率，-为储存，+为释放。
[0207]
综上所述，加入蓄热罐之后，不加入蓄热罐情况下的弊端得到改善，并且可以在16:00～20:00时间段内提高122mw的电负荷，在其他时间段内的调峰容量可以达到488mw
·
h，提升了可再生能源的消纳。
[0208]
本实施例所采用的数据仅作为介绍调度策略，实际运行时，可以按照具体的调峰需求进行时间段的重新划分，或根据蓄热罐实际容量改变机组各时段内抽汽量的增减与蓄热罐的储蓄情况。
[0209]
应该理解的是，虽然流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行
并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0210]
请参见图9，本技术一个实施例提供了基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰装置，包括平衡方程建立模块10、汽机功率计算模块20和调峰模块30；其中，
[0211]
平衡方程建立模块10，用于收集热电联产核电机组的热平衡图，根据热平衡图建立核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程；其中，二次回路中设置有蓄热罐，以灵活调整抽汽量、拓宽电负荷调整范围；
[0212]
汽机功率计算模块20，用于将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程，根据汽水分布方程进一步获得核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况，若满足，则进一步利用核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率；
[0213]
调峰模块30，以小于等于最大汽机功率、大于等于最小汽机功率为核电机组电负荷调整范围，用于根据电负荷调整范围进行调峰。具体的，在二次回路中设置有蓄热罐；本模块进一步包括：在降低发电负荷的时间段内，将提高的抽汽量储存在蓄热罐中，以进行压低发电出力；在提高发电负荷的时间段内将抽汽量放出，以提升发电出力。
[0214]
关于上述基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰装置的具体限定可以参见上文中对于基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法的限定，在此不再赘述。上述基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0215]
在本技术的另一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图10所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储静态信息和动态信息数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述方法实施例中的步骤。
[0216]
本领域技术人员可以理解，图10中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0217]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法实施例中的步骤。
[0218]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机
可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-onlymemory，rom)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。
[0219]
本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

技术特征：
1.一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，包括：收集热电联产核电机组的热平衡图，根据所述热平衡图建立所述核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程；其中，所述二次回路中设置有蓄热罐，以灵活调整抽汽量、拓宽电负荷调整范围；将所述各级加热器的所述质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程，根据所述汽水分布方程进一步获得所述核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况，若满足，则进一步利用所述核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据所述供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率；以小于等于所述最大汽机功率、大于等于所述最小汽机功率为所述核电机组电负荷调整范围，并根据所述电负荷调整范围进行调峰。2.根据权利要求1所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，根据所述热平衡图建立所述核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程的步骤进一步包括：质量平衡方程为：m
fw
＝m1+m2+m3+m4+m5+m6+m7+m
h
+m
c
+m
cw
式中，m
i
为第i级回热抽汽量,单位为t/h；m
cw
为低压缸的排汽流量；m
h
为供热抽汽流量；m
c
为主蒸汽通过二次再热器到七级加热器的进汽流量；第一级加热器：mf
w
(h
w,1-h
w,0
)＝m1(h
1-h
d,1
)+m2(h
d,2-h
d,1
)+(m3+m4+m5+m6+m7+m
h
)(h
w,1-h
w,0
)第二级加热器：mf
w
(h
w,2-h
w,1
)＝m2(h
2-h
d,2
)+(m3+m4+m5+m6+m7+m
h
)(h
w,2-h
w,1
)第三级加热器：mf
w
(h
w,3-h
w,2
)＝m3(h
3-h
w,2
)+m4(h
d,4-h
w,2
)+(m5+m6+m7+m
h
)(h
w,3-h
w,2
)第四级加热器：mf
w
(h
w,4-h
w,3
)＝m4(h
4-h
d,4
)+m
h
(h
w,4-h
w,3
)+(m5+m6+m7)(h
w,4-h
w,3
)除氧器：mf
w
(h
w,5-h
w,4
)＝m5(h
5-h
w,4
)+m
h
(h
h-h
w,4
)+(m6+m7)(h
d,6-h
w,4
)第六级加热器：mf
w
(h
w,6-h
w,5
)＝m6(h
6-h
d,6
)+m7(h
d,7-h
d,6
)第七级加热器：mf
w
(h
w,7-h
w,6
)＝m7(h
7-h
d,7
)+m
c
h
c
；式中，mf
w
为主蒸汽流量，单位为t/h；h
w,i
为第i级加热器给水焓；h
d,i
为第i级加热器疏水焓；h
i
为第i级回热抽汽焓。3.根据权利要求2所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在
于，将所述各级加热器的所述质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程的步骤进一步包括：在所述蓄热罐不投入时，将各级加热器的质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程的公式为：式中，τ
i
为第i级加热器给水焓升：τ
i
＝h
w,i-h
w,(i+1)
；h
h
为抽汽焓值；a为系统矩阵；h
c
为汽轮机通过二次再热器到七级加热器的抽汽焓值。在所述蓄热罐投入时，将所述各级加热器的所述质量、能量平衡方程转换为所述汽水分布方程的公式为：式中，m
a
为到蓄热罐蒸汽流量。4.根据权利要求3所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，系统矩阵a为：式中，q
i
为回热抽汽焓降：q
i
＝h
i-h
d,i
；y
i
为加热器疏水焓降；y
i
＝h
d,(i-1)-h
d,i
；h
d,i
为第i级加热器疏水焓；h
i
为第i级回热抽汽焓。5.根据权利要求4所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，根据所述汽水分布方程进一步获得所述核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况的步骤进一步包括：采用公式：
式中，m
l
为高压缸的轴封漏汽与阀杆漏汽之和，m
lpt,min
为机组自身所满足的低压缸最小进汽量；验证所述回热抽汽量是否满足所述低压缸最小进汽流量工况；若不满足，则对所述汽水分布方程的所述给水流量和所述第i级回热抽汽量重新设定，直至所述抽汽量满足所述低压缸最小进汽流量工况。6.根据权利要求5所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，利用所述核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据所述供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率的步骤进一步包括：所述做功方程为：式中，h0为主蒸汽焓值；δh
σ
为再热热段焓升；h
es
为排除低压缸的蒸汽焓值；σ为汽水分离器两端的焓差。7.根据权利要求6所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，利用所述核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据所述供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率的步骤进一步包括：通过以下公式选取所述抽汽量的最大值：m
h,max
＝minm
h1
,m
h2
式中，m
h1
为核电机组设计最大供热抽汽流量，m
h2
为低压缸最小进汽量工况对应的供热抽汽量，单位均为t/h；利用所述核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据所述供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，所述供热抽汽量的最小值为满足当前供热的最小抽汽量，在不供热时取为0，此时低压缸进汽量达到最大值，所述汽机功率同时达到最大值。8.根据权利要求7所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，根据所述电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：对采暖季每日等时长划分为至少两个时间段；收集所述热电联产的核电机组一天内的电负荷实际数据，根据电网调峰实际需求情况，确定需要降低或升高机组发电功率的时间段，进而确定该所述时间段需要降低或升高发电功率的改变量。9.根据权利要求8所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，根据所述电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：对采暖季每日进行等时长划分为0:00～4:00、4:00～8:00、8:00～12:00、12:00～16:
00、16:00～20:00、20:00～24:00六个所述时间段；收集所述热电联产的核电机组一天内的电负荷实际数据，根据电网调峰实际需求情况，确定需要降低或升高机组发电功率的时间段，进而确定该所述时间段需要降低或升高发电功率的改变量。10.根据权利要求9所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，根据所述电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：维持核反应堆输出功率不变的条件下，即在主蒸汽流量不变的前提下，针对6个所述时间段，对每个所述时间段的负荷需求进行评估，通过调整机组抽汽量与蓄热罐充、放热速率进行策略优化；根据所述汽水分布方程和所述做功方程，得出电功率和热负荷的对应关系，从而根据所述发电功率改变量计算热负荷的改变量，进而确定抽汽改变量，通过下式得到：
△
m
h
＝q
h
/(h
h-h
is
)式中，
△
m
h
为抽汽改变量,单位为t/h；q
h
为热负荷改变量,单位为mw；h
h
为抽汽焓值,h
is
为疏水焓值，单位均为kj/kg。11.根据权利要求10所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，根据所述电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：在降低所述发电负荷的时间段内，增加抽汽量并将热量储存在所述蓄热罐中，以进行压低发电出力；通过所述蓄热罐储存热量，改变二次回路抽汽量，以达到核电机组灵活调峰的目的。12.根据权利要求11所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法，其特征在于，根据所述电负荷调整范围进行调峰的步骤进一步包括：在提高所述发电负荷的时间段内将所述蓄热罐中储存的热量放出，降低抽汽量，以提升发电出力；通过所述蓄热罐释放热量，改变二次回路抽汽量，以达到核电机组灵活调峰的目的。13.一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰装置，其特征在于，包括平衡方程建立模块、汽机功率计算模块和调峰模块；其中，平衡方程建立模块，用于收集热电联产核电机组的热平衡图，根据所述热平衡图建立所述核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程；其中，所述二次回路中设置有蓄热罐，以灵活调整抽汽量、拓宽电负荷调整范围；汽机功率计算模块，用于将所述各级加热器的所述质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程，根据所述汽水分布方程进一步获得所述核电机组二次回路中各级回热的回热抽汽量，并验证是否满足二次回路的低压缸最小进汽流量工况，若满足，则进一步利用所述核电机组二次回路的做功方程求解汽机功率，在不改变核反应堆输出功率的条件下，根据供热抽汽量的最大值计算最小汽机功率，根据所述供热抽汽量的最小值计算最大汽机功率；调峰模块，以小于等于所述最大汽机功率、大于等于所述最小汽机功率为所述核电机组电负荷调整范围，用于根据所述电负荷调整范围进行调峰。14.根据权利要求13所述的基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰装置，其特征在于，所述调峰模块进一步包括：在降低所述发电负荷的时间段内，增加抽汽量并将热量储存在所述蓄热罐中，以进行
压低发电出力；在提高所述发电负荷的时间段内将所述蓄热罐中储存的热量放出，降低抽汽量，以提升发电出力；通过所述蓄热罐储存和释放热量，改变二次回路抽汽量，以达到核电机组灵活调峰的目的。15.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-12中任一项所述的方法的步骤。16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1-12任一项所述的方法。

技术总结
本发明属于核电机组控制技术领域，公开一种基于二次回路调整的热电联产核电机组调峰方法和装置，其中方法包括：收集热电联产核电机组的热平衡图，建立核电机组二次回路的各级加热器的质量、能量平衡方程，二次回路中设置有蓄热罐；将质量、能量平衡方程转换为汽水分布方程，根据汽水分布方程获得核电机组二次回路中各级回热的抽汽量；通过核电机组二次回路的做功方程，计算最小汽机功率和最大汽机功率；以小于等于最大汽机功率、大于等于最小汽机功率为核电机组电负荷调整范围，并根据电负荷调整范围进行调峰。本发明避免了传统核电调峰的安全隐患，有助于提升热电联产的核电机组热电负荷调整的灵活性及空间。热电负荷调整的灵活性及空间。热电负荷调整的灵活性及空间。


技术研发人员：祝令凯 郑威 钟子威 郭俊山 巩志强 商攀峰 韩悦 梁凯 王倩
受保护的技术使用者：国家电网有限公司
技术研发日：2022.12.02
技术公布日：2023/5/30